基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊建筑變形監(jiān)測分析摘要：隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，我國對于建筑物的質(zhì)量要求日漸提高。基坑監(jiān)測成為建筑工程中的重點問題，這是因為如果基坑周圍地面與建筑物之間發(fā)生沉降或者變形就很容易導(dǎo)致建筑工程的安全問題。本文以大連地鐵的某個基坑為研究案例，從基坑開挖過程開始，對其結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行研究，希望能夠?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)和周圍建筑物沉降等問題的解決提供借鑒。關(guān)鍵詞：基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)，沉降變形。目錄（一）工程情況簡述1（二）基坑監(jiān)測方案概述1（三）大連地鐵2號線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析2（四）監(jiān)測總結(jié)12（五）結(jié)語12隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市建筑越來越密集，這就使得基坑工程的實施往往要在建筑物密集的區(qū)域進(jìn)行，這不僅給基坑工程的施工帶來了困難，也帶來了新的問題考量。例如，傳統(tǒng)的基坑施工是采用強(qiáng)度控制，但是由于目前我國建筑發(fā)展的情況，不得不注意到的一個問題就是基坑工程的變形控制，這么做的原因是要確保對周圍的環(huán)境不產(chǎn)生破壞影響。但是作為建筑施工的一部分，開挖卸荷、基坑降水等等原因都會造成基底的隆起，還有支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，那么基坑周圍的建筑物出現(xiàn)變形等情況也是必然的，因此在建筑施工過程中對于四周環(huán)境的監(jiān)測是非常必要的一個過程。本文以大連某地鐵線路的一個基坑作為主要論述研究對象，對其施工開挖過程的監(jiān)測進(jìn)行詳細(xì)的分析，以此為案例期待對于其他類似的工程項目提供一些有利的經(jīng)驗。(一）、工程情況簡述大連市地鐵2號線起始地點分別為海之韻和機(jī)場，其中代號為366的基坑安全等級經(jīng)過評定為一級，總長約為70m。隧道的主體結(jié)構(gòu)埋深約為15m，基坑開挖采用明挖法施工，就是指先將地面挖開，在露天情況下修筑襯砌，然后再覆蓋回填的地下工程施工方法。因為明挖法是軟土地下工程施工中最基本、最常用的施工方法，多用于淺埋隧道，按照大連地鐵2號線的隧道深度來說是明挖法是適用的。因為地鐵穿過一個商業(yè)區(qū)，所以此基坑與某個辦公大廈的負(fù)1層相連?；硬捎玫氖切滦退嗤翑嚢铇秹?，樁900@700mm，內(nèi)部插用的鋼是HN800×300×15×26型鋼，采用相隔插置法，也就是隔一插一，內(nèi)部支撐體系是由兩道鋼管支撐的加鋼腰梁構(gòu)成。基坑地下水水位埋深約在1.2m到3m之間。在第一層的含水層中有粉土層結(jié)構(gòu)，經(jīng)過測量其標(biāo)高大概為-1m至0m之間?？傮w來看，施工難度中等，但是需要對周邊環(huán)境進(jìn)行細(xì)致的考量，否則施工過程會影響商業(yè)區(qū)的建筑物穩(wěn)定以及周邊的水位。（二）、基坑監(jiān)測方案概述基坑監(jiān)測作為基坑施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是指對基坑開挖及地下工程中的基坑巖土性狀、支護(hù)結(jié)構(gòu)變位和周圍環(huán)境條件的變化，進(jìn)行各種觀測及分析工作。其監(jiān)測結(jié)果作為一種反饋，能夠?qū)罄m(xù)的施工所產(chǎn)生的變形進(jìn)行預(yù)測，并且能夠預(yù)估其發(fā)展?fàn)顟B(tài)是否穩(wěn)定,為信息化施工提供依據(jù)。其次對于并判定施工對周圍環(huán)境造成影響的程度有著很大的意義。第三它能對施工過程和方法進(jìn)行指導(dǎo)與設(shè)計。最后，基坑監(jiān)測是發(fā)展基坑工程設(shè)計理論的重要手段。尤其是在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的之下，更加有利于信息化工程的發(fā)展。接下來，我們將根據(jù)大連地鐵2號線的基坑施工來探討一下起監(jiān)測方案。對于監(jiān)測內(nèi)容主要分為五個部分，第一就是對樁頂變形的監(jiān)測，采用的是高精度水準(zhǔn)儀+全站儀的測量方法，監(jiān)測頻率為1次·d－1。第二項是對樁體位移的監(jiān)測，采用的是測斜儀的技術(shù)方法，監(jiān)測頻率為1次·d－1。第三項是利用軸力計對支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率也為1次·d－1。第四項則是監(jiān)測地下水位,監(jiān)測頻率也為1次·d－1。最后一項則是周邊建筑物沉降的監(jiān)測，這是因為及時發(fā)現(xiàn)對建筑物不利的下沉及差異沉降現(xiàn)象，可以為我們采取措施爭取時間，保證建筑物安全使用，同時也為今后合理設(shè)計提供資料，這里的監(jiān)測頻率仍然是1次·d－1，采用的技術(shù)方法是水準(zhǔn)儀。（三）、大連地鐵2號線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析對于以上四種監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析有利于對基坑施工環(huán)境周圍的情況做出了解，不僅可以優(yōu)化施工進(jìn)程，還可以對未發(fā)生的一些危險狀況進(jìn)行預(yù)判，從而進(jìn)行施工過程的改進(jìn)和優(yōu)化，以避免危險的發(fā)生。接下來，我們將從樁頂沉降、樁體位移、支撐軸力和建筑物沉降進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。1、樁頂沉降圍護(hù)體頂部圈梁施作完成之后，我們需要選定沉降觀測水準(zhǔn)基點的位置，保證在基坑施工影響范圍之外，且不大于100米，根據(jù)場地條件、場地使用性質(zhì)、地下埋藏物的情況、長期保存條件等，水準(zhǔn)基點埋設(shè)在距離基坑80米的商業(yè)區(qū)綠化內(nèi)，按照規(guī)范制作，數(shù)量3個，編號K1-K3。在頂部圈梁設(shè)計的位置進(jìn)行沉降釘?shù)拇蛉?，原則是監(jiān)測點的間距不宜大于20米。沉降監(jiān)測作業(yè)采用天寶DiNi電子水準(zhǔn)儀及配套的條碼銦鋼水準(zhǔn)尺，該儀器每公里往返水準(zhǔn)標(biāo)稱精度達(dá)0.3mm，最小顯示0.01mm。具有先進(jìn)的感光讀數(shù)系統(tǒng)，可見白光即可自動讀數(shù)測量，自動存貯數(shù)據(jù)。圖1-1天寶DiNi精密電子水準(zhǔn)儀及條碼銦鋼水準(zhǔn)尺對沉降監(jiān)測的精度分析即是對水準(zhǔn)監(jiān)測的精度分析，儀器精度為m=±0.1mm，儀器每公里的往返測高差中數(shù)的偶然中誤差為±0.03mm，按照二等垂直位移監(jiān)測精度進(jìn)行監(jiān)測，前后視距長度應(yīng)滿足小于等于30m，以前后視距30m計算，則1公里往返測測站數(shù)n=13，則各測站的測量高程中誤差為：m站=mc=±m(xù)／(2.236×2)=±0.006mm閉合或附合路線的最弱點在中間測站，即第五站，最弱點的單程觀測高程中誤差為：m弱=±m(xù)站×(5)=±0.016mm當(dāng)采用往返測量時，最弱點高程中誤差為：m弱(往返)=±m(xù)弱／(2)=±0.01mm綜合以上計算，所使用的儀器滿足監(jiān)測要求。觀測條件：應(yīng)在標(biāo)尺分劃線呈像清晰和穩(wěn)定的條件下進(jìn)行觀測。不得在日出或日出前約半小時、太陽中天前后、風(fēng)力大于四級、氣溫突變時以及標(biāo)尺化纖的呈像跳動而難以照準(zhǔn)時進(jìn)行觀測。晴天觀測時，應(yīng)用測傘為儀器遮蔽陽光；每次作業(yè)前后應(yīng)對水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)標(biāo)尺的ｉ角和水準(zhǔn)器進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)觀測成果出現(xiàn)異常情況并認(rèn)為與儀器有關(guān)時，應(yīng)及時進(jìn)行檢驗與校正。為了進(jìn)一步檢核在觀測、記錄及計算中是否存在錯誤，也為了避免測量誤差的積累，保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確，因此在使用閉合水準(zhǔn)路線觀測的時候可以只對單程進(jìn)行觀測。但是，使用附合水準(zhǔn)路線觀測的時候則要進(jìn)行往返觀測。這是因為附合水準(zhǔn)路線的布設(shè)可以對所觀測的成果進(jìn)行檢校，因此附合水準(zhǔn)路線的布設(shè)是工程水準(zhǔn)測量中最常用的一種布設(shè)方式。從已經(jīng)多次獲得的數(shù)據(jù)來看，由于在工程開挖的初始階段，應(yīng)力釋放之后，基底發(fā)生回彈，所以支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了微小的上浮情況，最大值約為4mm。根據(jù)施工工程標(biāo)準(zhǔn)來看，并沒有超出允許值的20mm，而且在施工過程中，隨著樁體應(yīng)力的加強(qiáng)，樁頂沉降的幅度也略有回彈，因此趨向于平穩(wěn)的狀態(tài)。2、樁頂水平位移對于樁頂水平位移的測量，主要是通過埋入鋼質(zhì)測，利用全站型電子測距儀來完成監(jiān)測。全站儀是集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離等，高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。點位設(shè)置同圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂垂直位移監(jiān)測點共用一個點，并在監(jiān)測點上做標(biāo)志，作為水平位移監(jiān)測的標(biāo)志。圖2-1徠卡TS30電子全站儀水平位移監(jiān)測點水泥固定墩水平位移監(jiān)測點水泥固定墩鋼筋嵌固部分圖2-2監(jiān)測元件圖圖2-3監(jiān)測點埋設(shè)示意圖監(jiān)測方法如下：（1）、視準(zhǔn)線法適用于基坑直線邊及直線支撐桿件的水平位移監(jiān)測。全站儀于工作基點1架設(shè)調(diào)平后，照準(zhǔn)工作基點2連成視準(zhǔn)線，把T型尺放置在監(jiān)測點上，讀取監(jiān)測點與視準(zhǔn)線之間的垂直距離變化量，即為水平位移變化量。一般用全站儀正倒鏡讀數(shù)2次，取中數(shù)作為一次監(jiān)測值。初始值監(jiān)測時要監(jiān)測兩遍，以保證無誤。監(jiān)測點監(jiān)測點工作基點2工作基點1監(jiān)測點監(jiān)測點基坑圖2-4視準(zhǔn)線法監(jiān)測示意圖（2）、小角度法適用于監(jiān)測點零亂、不在同一直線上的情況。在基坑一定距離外設(shè)定工作基點，在基坑外兩倍的基點距測點距離外設(shè)定后視點，基點與后視點連線作為零方向。測定一定監(jiān)測時間內(nèi)，監(jiān)測點與基點連線與零方向之間的角度變化值△βiQUOTE?βi，根據(jù)△i=△βi×li/ρ（li為監(jiān)測點到基準(zhǔn)點的距離，ρ為常數(shù)）計算水平位移變化值。小角角度不應(yīng)超過30″。（3）、極坐標(biāo)法較為通用，適用于大部分情況。根據(jù)一個角和一段距離從一個工作基點上標(biāo)定其他監(jiān)測點位的一種方法。由一個已知工作基點和另一個已知通視的后視點，監(jiān)測監(jiān)測點的方向與距離，換算成所測方向的平面位移。圖2-5小角法監(jiān)測示意圖圖2-6極坐標(biāo)法監(jiān)測示意圖本項目的監(jiān)測精度主要由控制網(wǎng)的監(jiān)測精度及監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測精度共同確定。控制網(wǎng)的連測擬布設(shè)成導(dǎo)線網(wǎng)，采用二等水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求。導(dǎo)線網(wǎng)中相鄰導(dǎo)線點的相對點位中誤差主要由測角誤差和測距誤差產(chǎn)生，本工程采用儀器測角精度即mv=±0.5″，測距精度即md=±0.6mm+1ppm.D，對本工程的控制網(wǎng)監(jiān)測精度分析如下：表2-1二等水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)主要技術(shù)要求序號項目指標(biāo)或限差1相鄰基準(zhǔn)點的點位中誤差3.0mm2測角中誤差1.8″3測邊相對中誤差≤1/1000004平均邊長≤200m5水平角監(jiān)測測回數(shù)6mβ=±(2)mv=±0.7″ms=±0.7mmmβs=±m(xù)β／[(n)×ρ]×S=±0.15mmm中=±[(ms2式中：m中——導(dǎo)線網(wǎng)相鄰點的相對點位中誤差；ms——測距中誤差；mβ——測角中誤差；ρ——206265；S——導(dǎo)線邊長，取100m；n——測回數(shù)。根據(jù)以上計算，控制網(wǎng)滿足二等水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求。監(jiān)測網(wǎng)的精度分析如下：如選擇小角法進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測精度計算如下：mc=±m(xù)β／ρ×L=±0.3mm滿足監(jiān)測精度要求。式中：mc——監(jiān)測中誤差；L——監(jiān)測視準(zhǔn)線長度，取100m。若選擇極坐標(biāo)法進(jìn)行監(jiān)測，則在選定的水平位移監(jiān)測工作基點上安置儀器，并選擇另一后視點作為后視，監(jiān)測監(jiān)測點的距離、角度，并計算監(jiān)測點在垂直于基坑方向的水平位移，監(jiān)測中誤差為：mc=±(2)m中=±1mm滿足監(jiān)測精度要求。通過對大連地鐵2號線的數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)樁頂也發(fā)生了一定的偏移現(xiàn)象，這與上文中所描述的樁頂沉降原因有關(guān)，都是因為施工初始階段的應(yīng)力釋放，導(dǎo)致了樁頂水平位移發(fā)生改變。但是水平位移的數(shù)據(jù)為-23mm，這已經(jīng)超出了施工標(biāo)準(zhǔn)的允許值，如果放任不管會發(fā)生危險狀況，因此采取了支撐架設(shè)，對樁頂水平位移進(jìn)行控制，以免其繼續(xù)側(cè)偏，發(fā)生危險。3、樁體位移深層水平位移是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定狀態(tài)的最直接反映，該項目對判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性至關(guān)重要。對基坑開挖階段樁體的縱深方向的水平變位進(jìn)行監(jiān)控，從而根據(jù)地層移動理論和長期大量的工程經(jīng)驗、經(jīng)驗公式分析得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，有效地、正確地反饋設(shè)計和施工，采取針對性的措施，確?；雍椭苓叚h(huán)境的安全。圖3-1圍護(hù)樁深層水平位移監(jiān)測點布設(shè)示意圖按設(shè)計要求，埋設(shè)測斜管后，以孔底為起算基準(zhǔn)，計算樁身深層水平位移。管內(nèi)由測斜探頭滑輪沿測斜套管內(nèi)壁導(dǎo)槽（與基坑邊線垂直）漸漸下放至管底，配以電阻應(yīng)變式測斜儀，自下而上每0.5m測定每點偏角值，然后將探頭旋轉(zhuǎn)180°，在同一導(dǎo)槽內(nèi)再測量一次，合起來為一測回，通過測量測斜管的豎直傾斜，來探測由于地層移動引起的水平變形。監(jiān)測數(shù)據(jù)的計算具體計算公式如下：Xi=∑ij=0Lsinαj=C∑ij=0(Aj-Bj)ΔXi=Xi-Xi0式中：ΔXi——i深度的累計位移（mm）；Xi——i深度的本次位移（mm）；Xi0——i深度的初始位移（mm）；Aj——儀器在0°方向的讀數(shù)；Bj——儀器在180°方向的讀數(shù)；C——探頭標(biāo)定系數(shù)；L——探頭長度。日常監(jiān)測值與初始值的差值為其累計變化量，本次值與前次值的差值為其本次變化量。“+”值表示向基坑內(nèi)的位移，“-”值表示向基坑外的位移。圖3-2測斜計算原理圖監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)最大水平位移的數(shù)據(jù)為-22mm，在樁頂處，與樁頂水平位移數(shù)據(jù)吻合，及時進(jìn)行了施工加固，及時消除了隱患。4、支撐軸力在鋼支撐管和圍護(hù)之間通過安置一個軸力計，以便于對施工過程中鋼支撐管和圍護(hù)之間的支撐軸力的變化閾值，我們主要檢測的是第一道支撐的軸力和第二道的支撐軸力。圖4-1鋼支撐軸力計安裝按照廠家提供的轉(zhuǎn)換公式，將測量頻率轉(zhuǎn)換成受力，根據(jù)受力大小進(jìn)行判斷。詳細(xì)的錨桿軸力監(jiān)測計算如下：F=A(f22-f02)-A(f2-f02)式中：A——傳感器常數(shù)；f0——初頻（F=0時的頻率）；f——力為F時的輸出頻率；f2——力為F2時的輸出頻率。日常監(jiān)測值與初始值的差值為其累計變化量，本次值與前次值的差值為其本次變化量?！?”值表示受力增大、“-”值表示受力減小。從數(shù)據(jù)來看，在第一道支撐安裝之時，軸力相對于穩(wěn)定，在第二道支撐施加的時候，軸力略有波動，但是整體來說仍然處于安全的閾值之內(nèi)，并沒有突破極限值。在開挖初期，施工工程進(jìn)入設(shè)計標(biāo)高階段的時候，軸力值達(dá)到最高，數(shù)據(jù)約為240kN。從整體來看，仍然處于穩(wěn)定階段，根據(jù)施工工程規(guī)定，軸力的波動值處于正常范圍之內(nèi)，不會對施工過程造成影響，也不會產(chǎn)生危險事故。5、地下水位在基坑開挖施工中，須在基坑內(nèi)進(jìn)行大面積疏干降水以保持基坑土體的相對干燥，以便于土方開挖和土渣運輸，如果止水帷幕的實際效果不夠理想，將勢必對周邊環(huán)境和建筑物造成危害性影響，嚴(yán)重將造成基坑管涌、塌方的危害。為了使淺層地下水位保持適當(dāng)?shù)乃?，掌握深層承壓水位的變化情況，以使周邊環(huán)境處于相對穩(wěn)定可控狀態(tài)，加強(qiáng)對坑內(nèi)、外地下水位的動態(tài)觀測和分析，對于了解和控制基坑降水深度、判定圍護(hù)體系的隔水性能，分析坑內(nèi)、外地下水的聯(lián)系程度具有十分重要的意義。圖5-1地下水位監(jiān)測點大樣圖圖5-2水位管埋設(shè)示意圖水位管管口高程可用水準(zhǔn)儀測得。管口頂部至管內(nèi)水位的高差由鋼尺水位計測出，由此計算水位與自然地面相對標(biāo)高。各孔水位高程的初始值在監(jiān)測管埋設(shè)穩(wěn)定后并在基坑開挖前作兩次測定，取平均值為其初始值。通過對地下水位的監(jiān)測，結(jié)果表明止水帷幕效果良好，且施工過程中降排水設(shè)置運轉(zhuǎn)良好，水位變化穩(wěn)定。6、建筑物沉降在深基坑施工區(qū)域周邊，由于深基坑開挖取土施工的影響，基坑施工區(qū)域周邊建筑物會發(fā)生一定的沉降，由于建筑物基礎(chǔ)的沉降及不均勻沉降，建筑物會發(fā)生傾斜、結(jié)構(gòu)破裂等破壞，為保護(hù)基坑施工階段周邊建筑物的安全，在基坑施工階段要對周邊建筑物進(jìn)行沉降、傾斜監(jiān)測。建筑物沉降監(jiān)測應(yīng)測定建筑及地基的沉降量、沉降差及沉降速率，并根據(jù)需要計算建筑物（基礎(chǔ)）傾斜。建筑物沉降觀測是一項必須進(jìn)行的工作，是對建設(shè)方、施工方以及最終的建筑物使用者的負(fù)責(zé)，因為建筑物的沉降直接決定著建筑物本身的安全性能，同時也是對施工過程中事故發(fā)生的一種預(yù)測。特別是對于地基軟弱或者基礎(chǔ)不夠穩(wěn)定的地區(qū)，例如，本文案例中的大連地鐵2號線的建設(shè)施工，因為大連地處沿海，所以地基水分較多，因此地基相對較軟，因此對建筑物沉降的觀測是施工過程中必要的一環(huán)。根據(jù)我們觀測的數(shù)據(jù)可以得出一個結(jié)論，那就是在施工的過程中，366基坑周圍的建筑物雖然上升和下沉的狀況均有出現(xiàn)，但是總體趨勢仍然是下沉的趨勢，但是沉降的范圍數(shù)值經(jīng)過檢測是在正負(fù)2mm之間，我們施工工程中對于建筑物沉降的標(biāo)準(zhǔn)值要求在15mm，因此其建筑物沉降的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于15mm，而且在監(jiān)測的末期，我們發(fā)現(xiàn)建筑物沉降的數(shù)值范圍甚至小