施工中的深基坑变形观测与控制分析

莫祖传

【摘  要】本文先介绍了深基坑变形机理研究并突出深基坑工程变形监测意义，在此基础上论证影响基坑变形的主要因素，提出施工中的深基坑变形观测与控制的要点。

【关键词】施工;深基坑变形;观测

1深基坑变形机理研究

基坑支护结构除满足强度要求外，还需满足变形要求，即设计由变形控制。基坑工程的变形主要由围护结构位移、周围地表沉降及基坑底部土体隆起三部分组成。深基坑开挖过程中，开挖面上因土体开挖而卸载，因此引起基坑底部土体产生以向上为主的位移，围护结构在两侧压力差作用下产生向基坑内的水平位移和相应的土体变形，而周围地表沉降主要来自坑底土体隆起和围护结构位移。这三者之问存在藕合关系，影响基坑变形的因素很复杂。1990年，Clough对深基坑开挖引致的变形进行了较全面的研究，他将深基坑变形分为两种：一种是基坑开挖和支撑的基本过程引起的变形;另一种则是由于相关的施工活动如墙体的施工、基础的施工或支撑的拆除等引起的变形。他认为只考虑引起变形的主要原因，就能将变形的预测限制在较合理的范围内。

2 深基坑工程变形监测意义

深基坑工程施工是城市基础设施建设的关键环节，也是劳动安全与社会公共安全监管的重点。全国各地基坑安全事故造成了严重的人员伤亡和经济损失。目前，国内工程界对基坑工程事故多发的原因有着较为一致的认识。基坑工程活动面对的是历经千百万年地质历史形成的物理力学性状极为复杂，不同地域条件下又千差万别的岩土工程类材料，而基坑工程设计却是基于有限点位上岩土勘察报告取得的土性参数进行的，存在着较多的不确定性;另外，指导施工的国家、行业技术规程是基于全国范围内的典型案例建立的，未必完全适用于工程所在地的工程地质背景。对于基坑工程来说，设计是基于对岩土物理力学性状不完备的认识完成的，施工中又经常遇到市政管网漏水、暴雨突袭、地面超载等多种偶然因素的影响，这是基坑工程事故高发的直接原因。土木工程施工的其它环节一般不存在如基坑施工这样的知识不完备性和由此导致的潜在危险性。

3影响基坑变形的主要因素

3.1坑底土体隆起

坑底隆起是垂自向卸载而改变坑底土体原始应力状态的反应，在开挖深度不大时，坑底土体在卸载后发生垂自的弹性隆起。当围护墙底下为清孔良好的原状土或注浆加固土体时，围护墙随土体回弹而抬高。随着开挖深度增加，基坑内外的土而高差不断增大，当开挖到一定深度，基坑内外而高差所形成的加载和地而各种超载的作用，就会使围护墙外侧土体产生向基坑内的移动，使基坑坑底产生向上的塑性隆起，同时在基坑周围产生很大的塑性区，并引起地而沉降。

3.2围护墙位移

围护墙墙体变形从水平向改变基坑外围土体的原始应力状态而引起地层移动。基坑开挖后，围护墙便开始受力。在基坑内侧卸去原有的土压力时，在墙外侧则受到主动土压力，而在坑底的墙内侧则受到全部或部分的被动土压力。

4施工中的深基坑变形观测与控制分析

4.1基坑工程变形监测项目分级

为使基坑开挖工作顺利进行，及时了解周围建筑物和道路的变形情况，验证围护结构设计和施工质量，对基坑开挖过程进行动态监测，以便在偶然或突发的情况下及时反馈信息并采取必要补救措施，确保基坑的安全。不同的国家规范、行业规程是根据不同的经验背景编制的，在实际应用中都发挥了重要作用，但同时产生了一些问题，主要是两方面：①监测项目过多，变形监测成本过高，业主难以承受;②规范、规程规定的监测项目不尽合理，一些强制性监测项目对工程安全并不具有决定性影响。结合深基坑工程实践，根据基坑工程结构破坏后果严重程度，将基坑划分为三级：当破坏后果“很严重”时确定为一级;当破坏后果“严重”时确定为二级;当破坏后果“不严重”时可确定为三级。

4.2严格布置观察点控制

做好几方面的观测点监测要求。第一，监测方法。基坑坡顶的沉降位移观测采用DS02水准仪配合铟瓦合金标尺光学测微法往返测定高差，根据基准点与变形监测点的相对位置关系布设成附合或闭合水准路线。水平位移可采用基准线法进行，将全站仪设于基准点上，用另一端基准点定向后，第三点辅助检核，分别量取各观测点与基准点的垂直距离，即可得各观测点的水平位移值，数据应精确到mm。测量时必须在基本相同的环境条件下由固定的专职人员按照相同的观测线路和方法，采用相同的仪器设备进行观测，并形成记录。第二，监测频率。自基坑开挖起进行监测，监测频度每两天一次，逢下雨、爆破、变形速率異常等特殊情况应加密监测频度，基坑工程回填完毕可结束监测。坡顶地表位移监测、周边建筑物沉降观测，基坑工程施工期间，每两天监测一次，并根据施工进度适当调整。基坑变形监测的测量等级为三等，精度要求如下：①垂直位移测量时，变形点的高程中误差不超过±1.0mm，相邻变形点高差中误差不超过±0.5 mm;②水平位移测量时，变形点的点位中误差不超过±6.0 mm。第三，监测报警值。变形速率预警值为：开挖支护过程中，连续每天变形速度大于5 mm/d;开挖至坑底后，连续每天变形速度大于2 mm/d。当水平位移、沉降达到安全值或12h内位移超过5 mm时，应及时通知设计人员，并同时报告业主和监理工程师。要加密观测，同时进行基坑周围巡回目测。在出现裂缝的位置灌注水泥浆，以便观察裂缝的发展情况。基坑变形报警值分别为：坡顶水平位移30 mm，边坡墙体水平位移50 mm，坡顶竖向位移30 mm。

4.3深基坑变形控制措施

第一，先期预控。首先根据工程实际类型和特点以及相关工程经验，确定基坑支护结构及周围地层变形的控制目标，对基坑进行变形分析，将预测的变形与控制目标对比，如果预测的变形超出控制目标，则对支护结构设计进行调整，或是采取地基加固措施，自到满足变形控制要求。根据工程的特点及变形控制目标设计详细的施工方案及监测方案。施工方案设计时，不仅要确定合理的开挖与支撑顺序、挖土参数（分层厚度、分段长度、开挖与支撑时间等）、安全措施等，还要充分考虑施工中可能出现的不利影响因素或险情，做好技术保障措施，保证在出现险情时能够及时采取措施制止。制定监测方案时，对预测变形较大的部位要进行加密观测。

第二，优化深基坑地下水治理措施。基坑开挖前一个月左右，需要设置坑内井点降低地下水位并加以排除，使坑内上体通过排水固结达到一定强度，从而提高坑内上体的水平抗力，减少基坑的变形量，增强基坑稳定性，减少坑底上体的隆起。基坑降水以不影响临近建筑物和地下管线的安全为原则，为此在坑内外设置足够的观察孔，并在坑外设地而沉降观察点和回灌井，必要时应采取回灌措施，确保防止因围护墙渗漏水而使坑外四周的地下水位也下降，造成对其坑周边的管线、道路及建筑物的破坏。如需抽降承压水，要严格控制承压水的抽降时间与抽降深度，底板硅施工完毕的地段随即停止抽水。承压水抽降高度应根据观测井内测得的承压水位来确定。

总之，深基坑变形的允许值国内以前没有统一的标准，各地区在工程实践中都是结合各自地区经验和具体问题来确定。我们作为测绘工作人员要严格按照当地的规定并结合实践经验来做好观测及控制工作，保障地方的安全。

参考文献：

[1]《建筑施工手册》编写组.建筑施工手册【M】.4版.北京：中国建筑工业出版社，2008。

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50497- 2009建筑基坑工程监测技术规范【S】.北京：中国建筑工业出版社，2009

（作者单位：广西壮族自治区玉林市勘察测绘设计研究院）