浅谈深基坑施工中的监测技术分析
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摘要: 基坑开挖所引起的土体变形将直接影响这些建筑物和管线的正常使用。当地基变形过大时甚至会造成临近结构和设施的破坏，同时，过大变形又会使周围管线内的地表水渗漏，可能加剧土体变形。论述了如何利用深基坑监测技术及时反映基坑变形情况，研判基坑及周边设施的状态，并根据监测数据，进一步指导施工，以采取有效措施确保基坑及其周边设施的安全。
关键词:深基坑，监测方法，围护结构
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：
由于基坑越来越大，对基坑周围的环境保护要求也越来越高，基坑的结构围护和稳定问题也尤为重要。所以在基坑的开挖施工中，对支护结构、基坑邻近建筑物、地下管线以及周围土体等在理论分析指导下有计划地监测，以此监测数据为依据，对基坑支护进行动态设计，是十分必要的。因此，需要严格的做好基坑工程监测，尤其是基坑工程监测在建筑工程施工中的应用。基坑监测是指在施工过程中，对建筑基坑及周边环境实施的检查、监控工作。基坑监测主要是在施工过程中通过对基坑的监测，从而保证工程可以安全的投入使用，为人们的生活带来便利。
1 工程概况及难点
某地铁2 号线A路站位于某市河东区，车站为地下2层结构，标准段基坑开挖深度16.6m～17.4m，东端头井基坑深度19.1m，西端头井基坑深度18.1 m。换乘段主体地下3层，开挖深度25.7m。钢筋混凝土地下连续墙围护结构，采用明挖及顺作法施工。本场地地下水类型为孔隙潜水，赋存于第四系黏性土、粉土及砂土中。地下水埋深1.3m～1.5m(高程0.68m～0.85m)，水位变幅1.0m～2.0m，地下水主要补给来源为大气降水及地表河水。第Ⅱ，Ⅲ陆相层局部相对隔水层之间粉土、粉砂层中的地下水具有微承压性。车站基坑支护安全等级为一级。控制周边地表沉降不大于0.1% H，地连墙最大水平位移不大于0.14%H(H为基坑开挖深度)。沿车站南侧有不少的管线; 在车站北侧有多栋建筑，基坑最近距离只有9.1m。
2 监测施工简况
根据设计及专家论证，确定对以下项目进行监测:
1) 设置143个监测点，均采用高精度的安平水准，配合刚标尺进行测量，采用不等距几何水准观测方法来监测地表沉降。2)基坑外观测井29口，基坑内承压水观测井6口。采用钢尺水位仪(仪器精度±1mm) 观测地下水位的变化。3)预埋测斜孔32孔。本项监测是深入到围护体(连续墙或围护桩) 内部，用测斜仪自下而上测量预先埋设在围护体内的测斜管的变形情况，得出自下而上整体测量深度各不同部位的水平位移量来监测围护结构变形。4) 支撑轴力监测: 安装轴力计38个点。用振弦式频率计，当轴力计受到轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，通过换算即可得出轴力计受力的大小，即是支撑杆的受力。5) 围护结构钢筋内力监测: 预埋钢筋应力计16 组。监测方法采用测频仪量测围护结构内部钢筋计的频率变化，通过换算即可得出围护结构受力的大小和方向。6) 基坑外侧土压力监测: 距基坑连续墙外侧2 m，埋设土压力25 组。本工程通过钻孔，采用在土体内埋设土压力计的方法，意图想监测土体内的压力变化。用频率仪测得频率值，通过换算即可得出压力值。7) 围护结构墙顶定向位移监测: 布设82个点。在基坑周围自设好平面控制网，采用极坐标法每次测出各监测点的坐标，仪器自动记录传输，每个测点与虚拟基点构成基线，基线垂直于基坑围护墙，每次监测通过计算基线长与上次基线长比较，得出垂直于基坑方向的位移变化量。8)布设83个点。沉降监测是获取点位的竖向变化。使用精密水准仪测量，采用不等距几何水准观测方法监测围护结构墙顶沉降。
3 监测成果分析
某地铁2号线明挖区间段监测时间: 2007年6月5日～2009年11月9日主体结构施工结束。在此期间严格按照监测方案要求进行监测，及时向有关单位上报监测成果，并在监测报告中针对施工中存在的问题，以监测数据为依据进行分析，及时提醒施工中存在的问题，以保证施工的顺利进行，为信息化施工积累经验。
通过对某地铁2号线A站明挖区间段地表沉降，墙顶沉降，墙顶水平位移，围护结构变形，坑外水位、钢筋内力、支撑轴力等各监测项进行了监测。从不同施工段的不同阶段对土方施工区域内各监测项进行分析，及时掌握基坑信息状态变化，为保证基坑安全，科学决策提供第一手参考数据。下面举例对各项监测成果进行分析。
基坑周边地表沉降监测。
图1时间—沉降曲线图
图1 为某断面开挖开始至开挖完成以及后续主体结构施工期间的监测数据。通过主体结构施工阶段的监测，受基坑施工和周边施工机械动载的影响，各断面地表沉降监测点变化与施工各阶段情况相符合。地表沉降变化较大的是: 基坑右侧10～11断面间地表沉降最大总变化量D10-1(－67.45 mm)，原因是: 6月1日6点基坑围护结构墙体透水的影响。及时的进行了注浆封堵，6月2日基本控制了透水现象，透水得到控制后，10～11断面间地表沉降变化逐渐趋于稳定。
2) 基坑围护结构(桩) 墙顶沉降监测。通过对基坑土方施工和主体结构施工阶段的监测，各断面(桩) 墙顶沉降监测点沉降变化不大，从图1 可明显看出均呈上升过程，与地面沉降比较反差明显，相当符合基坑变形规律。
3) 基坑围护结构(桩) 墙顶位移监测。通过基坑土方施工和主体结构施工阶段的监测，各断面(桩) 墙顶位移监测点随基坑施工深度增加均有变化，总体变化不大。受基坑外施工车辆动载、后期支撑拆除和主体结构与围护结构间无支撑的影响，向基坑内位移变化较大，总变化量最大－34.17mm。因此，施工中应严格控制基坑周边堆载以及重型车辆等动荷载。
4) 基坑围护结构墙体变形(测斜) 监测。通过对19个监测孔的监测，各监测孔监测数据显示，变化合理符合规律，变化不大，土方开挖期间由于种种原因支撑不及时的部位变形速率较快，应引起高度重视。端头井11断面为基坑深度最深的部位，左侧围护结构墙体测斜A11孔监测数据显示施工状态良好，墙体变形不大，表明在基坑施工中，随着基坑施工深度的增加及时安装支护，将有效的控制围护结构的变形，是保证施工的安全和质量的必要条件。
5) 围护结构支护监测。通过对支撑轴力计监测数据显示，各监测点总受力变化不大，符合设计要求，与围护结构(测斜) 变形相符合。但基坑外侧注浆时轴力变化明显，因此注浆时应将轴力作为一个参考指标，指导施工，保证基坑安全。
6) 围护结构钢筋内力监测。监测数据显示，总变化量不大，因为围护结构配筋设计有一定的安全储备，基坑在正常状况下与极端状态下的受力相差巨大。
7) 基坑外土压力监测。通过对监测点的监测，各深度受力变化不明显，说明施工过程中基坑外侧土体受施工影响不大。
8) 坑外水位观测井水位监测。除10～11断面基坑右侧围护结构受透水影响外，各观测井水位累计均呈上升趋势，这与施工季节赶在雨季有关。
综上所述，通过地表沉降、围护结构墙顶沉降、位移、围护结构桩墙变形( 测斜) 等各项监测数据显示，基坑施工本着先支后挖的原则，是确保基坑施工安全和控制变形量的必要条件，能有效的控制围护结构(桩) 墙体的变形; 再有，围护结构安装支撑时预加力值应严格执行施工技术要求，预加力过大或过小对基坑围护结构影响较大; 各步支撑受力应均匀，随施工状况及时调整支撑轴力，防止局部受力过大。监测件预埋和材料选择的合理对监测件预埋的后期保护及数据采集的正确性影响很大。总之，监测件预埋完好率和正确性是保证监测是否正确反映施工变形信息的重要前提。