基坑變形監(jiān)測(cè)及變形機(jī)理與規(guī)律分析研究

【關(guān)鍵詞】基坑;變形監(jiān)測(cè);變形機(jī)理;規(guī)律分析 

　　1 前言 

　　在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大背景下，在建筑工程當(dāng)中出現(xiàn)了越來越多的高層建筑，由此也使得建筑的基坑逐漸朝著深開挖、工作面較窄的方向發(fā)展。目前，基坑工程的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)被稱為保證基坑工程質(zhì)量安全的三大基本要素，其中基坑工程的監(jiān)測(cè)包含基坑的變形監(jiān)測(cè)、地下水動(dòng)態(tài)檢測(cè)和應(yīng)力檢測(cè)。由于在基坑的開挖過程中，開挖深度越深，土體原有的平衡被破壞的越嚴(yán)重，因此在土的應(yīng)力發(fā)生變化之后，其支護(hù)結(jié)構(gòu)也發(fā)生變形，這就容易導(dǎo)致建筑的周邊地面產(chǎn)生不均勻沉降的現(xiàn)象，并且在這些現(xiàn)象周而復(fù)始、相互影響的作用下，嚴(yán)重威脅著整個(gè)工程的施工順利進(jìn)行，以及周圍臨近建筑和基礎(chǔ)設(shè)施的安全。除此之外，建筑基坑的變形與周圍的環(huán)境、天氣情況、基坑的開挖深度以及開挖方法等諸多因素有關(guān)，因此只有對(duì)其進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，才能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)基坑在開挖過程中發(fā)生的變化，及時(shí)對(duì)造成的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防，避免工程事故的發(fā)生。鑒于此，基坑的變形監(jiān)測(cè)是基坑工程開挖過程中不可或缺的重要步驟，加強(qiáng)對(duì)于基坑的變形監(jiān)測(cè)研究十分重要。 

　　2 基坑的變形監(jiān)測(cè) 

　　2.1 基坑變形監(jiān)測(cè)的重要作用 

　　在改革開放之前，我國建筑的基坑都比較淺，因此基坑技術(shù)并沒有得到發(fā)展，但是近年來，隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，深基坑的數(shù)量不斷增加，因此對(duì)于深基坑的變形監(jiān)測(cè)也得到了施工人員的高度重視。尤其是在大型的建筑工程中，很難單純的從理論上對(duì)基坑的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，只有將理論、經(jīng)驗(yàn)和檢測(cè)相互結(jié)合，才能夠保證工程的順利實(shí)施。因此，開展基坑變形的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具有非常重要的意義，具體分析如下：首先，基坑的變形監(jiān)測(cè)為工程的實(shí)施提供了實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息。由于基坑在開挖過程中常常受到周邊環(huán)境、天氣等因素的影響，其變化無規(guī)律可循，所以容易對(duì)周圍的建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施造成一定的傷害，一旦危險(xiǎn)發(fā)生則可能會(huì)造成不可挽回的損失。鑒于此，這就需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，從而掌握基坑的動(dòng)態(tài)信息，從而為施工單位進(jìn)行施工的安排提供了方便。其次，有利于施工單位掌握基坑的變形程度。依據(jù)檢測(cè)過程中所得到的數(shù)據(jù)，施工單位可以根據(jù)基坑開挖對(duì)于周圍建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施所造成的影響，通過分析變形的程度，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，從而保證施工的進(jìn)度。最后，基坑變形的監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程事故發(fā)生的預(yù)兆，通過及時(shí)研究監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，在事故發(fā)生之及時(shí)前，及時(shí)改進(jìn)施工方案和采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。 

　　2.2 基坑變形監(jiān)測(cè)的具體實(shí)施措施 

　　在基坑的變形監(jiān)測(cè)過程中，主要是對(duì)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體、周圍環(huán)境和地下水位情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而找到影響基坑變形的主要影響因素。目前，在上海國際華城辦公綜合樓的三期工程中，其基坑呈現(xiàn)多邊形，南北寬60米，東西長(zhǎng)約47米（北）和87米（南），開挖深度約為7.95到8.95米，并且采用明挖法施工。因此，對(duì)基坑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)的主要措施如下： 

　　2.2.1 布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)和埋設(shè)儀器 

　　一般來說，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在能夠基坑開挖的影響區(qū)域，稍微大于基坑的兩倍深度。所以在確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前，要對(duì)基坑的地質(zhì)情況和基本圍護(hù)方案有一個(gè)詳細(xì)的了解，然后在再根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)設(shè)置布設(shè)點(diǎn)的位置和密度。從原則上講，一般監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)要在開挖工程進(jìn)行之前完成，并保證具有一定的穩(wěn)定性，其中應(yīng)該直接將對(duì)沉降和位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)的觀測(cè)點(diǎn)放置到被監(jiān)測(cè)的物體上。其次，由于在基坑開挖之前需要對(duì)基坑內(nèi)的水位進(jìn)行降低，這個(gè)時(shí)候就會(huì)引起周圍的地下水朝著基坑的位置匯集，就可能導(dǎo)致基坑范圍內(nèi)的塌方，所以加強(qiáng)對(duì)于地下水位的監(jiān)測(cè)十分重要。鑒于此，在埋設(shè)測(cè)斜管裝置的之后，將其埋設(shè)在比較容易引起塌方的地方，并沿著平行于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的20到30厘米處進(jìn)行布設(shè)。其中在水平測(cè)量的過程中，主要應(yīng)用全站儀，具體公式如下： 

　　監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)與觀測(cè)角度和距離之間的關(guān)系函數(shù)為： 

　　其中，D為測(cè)站點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離;β為基線方向與觀測(cè)方向的夾角;X、Y為觀測(cè)地點(diǎn)的坐標(biāo)。 

　　由誤差傳播定律可以得出觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的誤差： 

　　由上式可以得出2個(gè)獨(dú)立直接觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位誤差： 

　　一般來說，測(cè)量水平位移監(jiān)測(cè)的誤差在3～6毫米之間，所以這時(shí)選用的基準(zhǔn)點(diǎn)位置是比較恰當(dāng)?shù)摹?nbsp;

　　之后，在運(yùn)用鉆孔的方法來埋設(shè)水位管時(shí)，具體埋設(shè)方法如下圖所示：一般來說，鉆孔的直徑為100mm，當(dāng)完成鉆孔之后，便進(jìn)行泥漿的清除工作，然后將直徑為50mm的水位管放入孔內(nèi)，在孔的四周內(nèi)填入砂，距上部4米的地方用粘土填回，并用蓋子封好。 

　　2.2.2 確定和調(diào)整監(jiān)測(cè)的頻率 

　　基坑工程的監(jiān)測(cè)頻率是反映監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化的重要依據(jù)，并且要本著不遺漏的原則。一般來說，當(dāng)對(duì)基坑的水平位移進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，需要在開挖之前測(cè)量一個(gè)初始數(shù)值，然后根據(jù)工程對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，實(shí)行不同的監(jiān)測(cè)方案，通常情況下，在開挖過程中要縮短監(jiān)測(cè)的間隔時(shí)間，開挖之后就要延長(zhǎng)間隔時(shí)間，一旦水平位移和沉降出現(xiàn)異常情況，則需要適時(shí)的增加監(jiān)測(cè)時(shí)間。與此同時(shí)，還可以在水平位移監(jiān)測(cè)的過程中同步進(jìn)行對(duì)垂直位移、地下水位的檢測(cè)。 

　　2.2.3 在施工期間進(jìn)行巡查 

　　在基坑的施工過程中，要保證每天都有專門的檢測(cè)人員進(jìn)行巡查，主要包括對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工狀況、周圍環(huán)境和監(jiān)測(cè)設(shè)施的巡視與檢查。一旦發(fā)現(xiàn)基坑的周圍環(huán)境發(fā)生了變化，就需要及時(shí)更改監(jiān)測(cè)方案，加強(qiáng)對(duì)于基坑變形的檢測(cè)時(shí)間，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究是否會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生。除此之外，一旦監(jiān)測(cè)設(shè)施遭到了破壞，就可能中斷信息的監(jiān)測(cè)過程，從而使基坑發(fā)生不可修復(fù)的負(fù)面影響，所以，在巡查過程中要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀察，一旦發(fā)生破壞，及時(shí)與施工單位溝通，通過采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施來保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)的正常工作，其具體流程圖如下所示： 　　4 基坑變形的原因和機(jī)理 

　　在基坑的開挖過程中常常會(huì)受到土體開挖、土體降水等因素的影響，從而導(dǎo)致基坑發(fā)生變形。當(dāng)前基坑的變形主要包含圍護(hù)墻體的變形、基坑周圍底層的位移和坑底的隆起等現(xiàn)象。圍護(hù)墻體的變形有水平方向變形和垂直方向變形兩種，一般在基坑開挖之后，基坑的內(nèi)側(cè)失去了原有的壓力，從而導(dǎo)致墻體的受到全部或者部分土壓力，進(jìn)而產(chǎn)生變形。關(guān)于基坑周圍底層的位移，主要是由于在土體開挖之后失去了荷載，受到圍護(hù)墻體兩側(cè)壓力差的作用，就導(dǎo)致基坑內(nèi)部的發(fā)生水平的位移。和基坑周圍底層的位移不同，坑底隆起是土體卸荷之后發(fā)生的垂直方向變化，一般在淺層的基坑開挖中，當(dāng)開挖結(jié)束后很快停止，但是隨著開挖深度的增加，受到土體內(nèi)外壓差的作用，坑底的土壤向上隆起，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定極限時(shí)，則可能導(dǎo)致周圍底層的沉陷，致使基坑失穩(wěn)。 

　　基坑變形的規(guī)律分析 

　　通過上述對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)的實(shí)施措施和變形機(jī)理的分析，我們可以初步得到基坑的變形規(guī)律，具體如下：首先，在基坑開挖的過程中，對(duì)于周邊的管線設(shè)施和建筑物的影響比較大，，容易引起地表發(fā)生沉降現(xiàn)象。與此同時(shí)，在減緩地下工程的實(shí)施進(jìn)度的時(shí)候，其沉降的趨勢(shì)也有所穩(wěn)定。 其次，基坑的開挖使得起到圍護(hù)作用的墻體會(huì)朝著基坑發(fā)生內(nèi)向位移，并且位移的程度會(huì)隨著開挖深度的增加而不斷進(jìn)行，一般最大的位移處于距離開挖面0.5到1米的地方。與此同時(shí)，在基坑開挖深度不斷增加的基礎(chǔ)上，支撐軸力會(huì)持續(xù)增加，但是增加的幅度會(huì)不斷減少，等到開挖完成之后，支撐軸力會(huì)保持在一個(gè)數(shù)值上。這時(shí)，隨著地下工程實(shí)施過程的進(jìn)行，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的移動(dòng)會(huì)趨于平緩的狀態(tài)，一直到穩(wěn)定的數(shù)值就不在變化，也就是最大變形位置。最后一點(diǎn)，通常情況下，如果在基坑的開挖過程中具有很好的止水效果，那么地下水位就不會(huì)發(fā)生很大的波動(dòng)，由此基坑的開挖程度會(huì)對(duì)地下水位的影響很小，從而也可以說明地下水位并不是導(dǎo)致基坑變形的最主要因素。 

　　結(jié)束語 

　　綜上所述，基坑的變形監(jiān)測(cè)工作直接影響著整個(gè)建筑工程的施工安全，也成為保證基坑工程質(zhì)量的基本要素。所以，當(dāng)前加強(qiáng)對(duì)于建筑基坑的變形檢測(cè)勢(shì)在必行，通過分析基坑變形的原因與機(jī)理，掌握基坑變形的規(guī)律，從而在基坑工程出現(xiàn)重大事故之前及時(shí)做好變形監(jiān)測(cè)工作，將這些安全事故消滅在萌芽之中，進(jìn)而保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。 

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