建筑群區(qū)深基坑變形監(jiān)測(cè)的方法與探討

關(guān)健詞：深基坑；監(jiān)測(cè)；控制；沉降；位移

　　由于城市建筑物密集, 進(jìn)行深基坑施工時(shí), 除對(duì)深基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)外, 還需其對(duì)周圍建筑物的穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)測(cè), 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)保證安全施工和已有建筑物的安全有重要作用, 監(jiān)測(cè)量大且精度要求高。簡(jiǎn)捷的監(jiān)測(cè)手段和滿意的監(jiān)測(cè)結(jié)果, 是監(jiān)測(cè)工作摸索和追求的目標(biāo)。

　　1. 基坑介紹

　　工程擬建1棟31層綜合樓,二層地下室, 基坑開挖面積約1500m2, 開挖深度為11～14m, 約40m長(zhǎng)采用放坡土釘掛網(wǎng)噴砼支護(hù), 其余采用支護(hù)樁。屬A級(jí)復(fù)雜高層建筑，地下室基坑重要性等級(jí)為一級(jí)。基坑周邊有十幾棟房屋, 基坑邊緣離房屋最近處距離分別為：離2層樓1.5m，離7層樓4m，離8層樓4m。基坑周邊土體中有淺埋的水管、煤氣管、電纜等。

　　2.監(jiān)測(cè)內(nèi)容和監(jiān)測(cè)對(duì)象的報(bào)警

　　監(jiān)測(cè)的內(nèi)容有沉降監(jiān)測(cè)和位移監(jiān)測(cè)，包括支護(hù)樁、土體、已有建筑物（包括地下設(shè)施）。

　　支護(hù)樁累計(jì)水平位移大于 32mm，或連續(xù)3天位移速率大于5mm/天，進(jìn)行基坑報(bào)警；建（構(gòu)）筑物差異沉降報(bào)警, 結(jié)合平面數(shù)據(jù)與建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和建（構(gòu)）筑物高度, 同時(shí)注意觀察建（構(gòu)）筑物完好程度，參照有關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警；基坑周邊土體的沉降及位移超過10mm、或連續(xù)3天超過2mm/天時(shí)進(jìn)行報(bào)警, 以免因土體的沉降及位移對(duì)煤氣管道、水管、地下電纜等地下設(shè)施造成損壞。

　　3.監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)

　　3.1平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)

　　由于建筑區(qū)內(nèi)周邊房屋密集, 通視困難, 因此采用了導(dǎo)線布網(wǎng)。受場(chǎng)地限制, 在不受基坑變形影響的安全范圍內(nèi)布設(shè)的控制點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)）看不見基坑, 看得見基坑的控制點(diǎn)（工作點(diǎn)）不在安全范圍�？紤]到工作點(diǎn)容易變形或受到破壞, 常需恢復(fù)或重新測(cè)定工作點(diǎn), 因此, 在初次布設(shè)控制點(diǎn)時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)與工作點(diǎn)全部按四等一次布網(wǎng)共8個(gè)點(diǎn), 邊長(zhǎng)25～86m，導(dǎo)線網(wǎng)總長(zhǎng)0.896km。以1點(diǎn)坐標(biāo)與1個(gè)方位角起算, 平差計(jì)算后, 最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差±2.5mm，測(cè)角中誤差±1.7″，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/48000～1/200000。

　　3.2高程監(jiān)測(cè)網(wǎng)

　　按一等水準(zhǔn)布設(shè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)5個(gè)，閉合水準(zhǔn)線路總長(zhǎng)0.48km, 精度評(píng)定為每公里水準(zhǔn)測(cè)量偶然中誤差±0.5mm，每公里水準(zhǔn)測(cè)量全中誤差±0.3mm。

　　3.3監(jiān)測(cè)點(diǎn)

　　在基坑周邊土體、基坑周邊建筑物、支護(hù)樁上, 布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型分別有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)、位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)、支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

　　4.變形測(cè)量

　　4.1平面變形測(cè)量

　　由于場(chǎng)地狹小, 通視困難, 其他觀測(cè)方法不好采用，基坑支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)、土體監(jiān)測(cè)點(diǎn)、房屋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)均按照極坐標(biāo)法測(cè)量, 觀測(cè)時(shí)水平角按照四等導(dǎo)線觀測(cè)要求, 邊長(zhǎng)單向正倒鏡共6次讀數(shù)后取用平均值，加入紅外儀的相關(guān)改正計(jì)算。

　　4.2高程變形測(cè)量

　　沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照二等水準(zhǔn)要求測(cè)量, 幾次測(cè)量結(jié)果的每公里水準(zhǔn)測(cè)量高差中誤差均小于±1.3mm，平差計(jì)算后的各點(diǎn)高差中誤差均在±0.2mm內(nèi)。

　　5.測(cè)量結(jié)果的檢校

　　5.1平面基準(zhǔn)網(wǎng)

　　由于場(chǎng)地狹小, 作為工作點(diǎn)使用的基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)先后受到施工影響產(chǎn)生位移或被破壞。監(jiān)測(cè)過程中,先后幾次重新補(bǔ)點(diǎn)恢復(fù)�；謴�(fù)時(shí)仍然以四等平面要求測(cè)量, 起始數(shù)據(jù)采用基準(zhǔn)網(wǎng)的點(diǎn)。幾次恢復(fù)工作點(diǎn)后平差計(jì)算結(jié)果的最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均小于±1.5mm，最大測(cè)角中誤差±2.3″，最大坐標(biāo)閉合差均小于2mm，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/46000～1/156000。

　　5.2平面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)

　　對(duì)以極坐標(biāo)法測(cè)量的基坑支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn), 仍按四等平面要求, 將全站儀架在以極坐標(biāo)法測(cè)定過的支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)上, 后視測(cè)定過的支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn), 測(cè)量基坑對(duì)面的支護(hù)樁監(jiān)測(cè)點(diǎn), 檢查基坑支護(hù)樁兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的直接距離。檢查結(jié)果為檢測(cè)點(diǎn)間平均距離為40m, 直接量取的邊長(zhǎng)與在四等基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)上測(cè)得的坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)比較, 較差最大為1.6mm；直接測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間水平角與坐標(biāo)反算水平角的最大夾角較差為7″。

　　5.3高程基準(zhǔn)網(wǎng)

　　以二等水準(zhǔn)測(cè)量各高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí), 聯(lián)測(cè)了3個(gè)一等高程基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn), 以2個(gè)點(diǎn)作起算, 平差計(jì)算后, 剩余的一個(gè)一等高程基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)的平差數(shù)據(jù), 與已知的一等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較差0.1mm。

　　6.監(jiān)測(cè)結(jié)果與作用

　　6.1支護(hù)樁

　　當(dāng)支護(hù)樁水平位移達(dá)到報(bào)警值時(shí), 減少了報(bào)警地段的監(jiān)測(cè)間隔時(shí)間, 設(shè)計(jì)施工上采取了硬化地面、減少地面滲水、加強(qiáng)地下水的排放、清除該地段上堆放的材料以減輕載荷、加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿等措施。加設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿后, 將水平位移的極限值控制在60mm內(nèi)。采取了上述措施后, 當(dāng)基坑開挖到坑底時(shí), 支護(hù)樁水平位移累計(jì)值最大達(dá)到56mm后, 不再繼續(xù)位移而趨于穩(wěn)定, 基坑施工繼續(xù)進(jìn)行。

　　6.2周邊土體

　　隨著基坑的逐步挖深, 采取放坡土釘掛網(wǎng)噴砼支護(hù)方法的土體向基坑內(nèi)發(fā)生緩慢位移。在基坑挖深到設(shè)計(jì)深度的2/ 5時(shí), 位移6mm。因該地段需建施工用房與堆放施工材料會(huì)增加該地段載荷,建施工用房前挖走了該地段高約2.2m的土方, 減少了該地段的載荷。載荷減少后, 該地段土體的位移趨于平穩(wěn), 直到基坑施工結(jié)束, 新發(fā)生的土體位移累計(jì)不到5mm。

　　6.3周邊地下設(shè)施

　　由于基坑周邊地下設(shè)施覆蓋在混凝土下, 開挖工作量與開挖難度大, 特別是地下電纜的開挖難度大, 因而不容易對(duì)地下設(shè)施進(jìn)行直接監(jiān)測(cè), 而采取了對(duì)其地段的土體進(jìn)行監(jiān)測(cè), 通過該地方土體變化間接判定地下設(shè)施的沉降與位移狀況, 當(dāng)其地段的土體沉降或位移達(dá)到報(bào)警值時(shí), 再進(jìn)行有目標(biāo)的開挖出地下設(shè)施后, 對(duì)地下設(shè)施進(jìn)行直接的沉降與位移監(jiān)測(cè)。

 

　　實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果為大多地段的土體位移未達(dá)報(bào)警值, 少數(shù)地段的土體位移快達(dá)到報(bào)警臨界值時(shí)趨于平穩(wěn), 未進(jìn)行地下設(shè)施的開挖工作, 因而未在施工過程中因地下設(shè)施位移和沉降而增加其他的設(shè)計(jì)施工措施。到基坑施工結(jié)束, 土體內(nèi)埋設(shè)的地下水管、地下煤氣管、地下電纜等地下設(shè)施均處于安全狀態(tài), 所有地下設(shè)施運(yùn)行正常。

　　6.4建筑物的位移與沉降的關(guān)聯(lián)

　　離基坑近的周邊房屋是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象, 監(jiān)測(cè)結(jié)果表明, 所有房屋沉降均在允許范圍內(nèi), 房屋外觀正常。

　　以極坐標(biāo)法對(duì)已有房屋的平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了首次測(cè)定后, 不需對(duì)所有的平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)再進(jìn)行觀測(cè),而是根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 對(duì)沉降量較大所在房屋的平面點(diǎn)進(jìn)行再觀測(cè)。對(duì)基坑邊一棟6層樓監(jiān)測(cè)的變形數(shù)據(jù)如下：

　　當(dāng)最大累計(jì)沉降為5.4mm時(shí)，對(duì)該房屋所在的平面點(diǎn)B西和B東進(jìn)行了再次觀測(cè),B東的坐標(biāo)變形值為0,B西的坐標(biāo)變形值X為6mm、Y為-1mm。該房屋為磚混結(jié)構(gòu), 以東西方向不均勻沉降差計(jì)算的傾斜角ɑ=arctan((5.4-0.5)/54000)=0°0′19″,由傾斜角ɑ引起的房頂變形值應(yīng)為δy=tan0°0′19″*28000=2.5mm(y方向)；以南北方向不均勻沉降差計(jì)算的傾斜角ɑ=arctan((5.4-3.7)/8300)= 0°0′42″,由傾斜角ɑ引起的房頂變形值應(yīng)為δx=tan0°0′42″*28000=5.7mm(x方向)。由此可見, 當(dāng)平面監(jiān)測(cè)與沉降監(jiān)測(cè)達(dá)到一定的精度時(shí), 由沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)推算一定高度內(nèi)房屋的傾斜角和平面位移, 與直接觀測(cè)的房屋平面位移結(jié)果有一定的吻合性, 推算結(jié)果還與兩沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離有一定的關(guān)系。當(dāng)觀測(cè)對(duì)象較高(如高聳的房屋與煙囪等), 應(yīng)考慮受日照、溫度、風(fēng)力影響發(fā)生的傾斜、扭曲等復(fù)合變形, 單純依靠由沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)推算建筑物的傾斜角和平面位移, 其推算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果會(huì)有不同程度的差異。

　　7.結(jié)果的相關(guān)探討

　　由于變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的相對(duì)性, 始終采用同一儀器、固定測(cè)站和后視點(diǎn)、固定水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測(cè)具有較好效果。本例始終采用GPT-3002N全站儀、Trimble DINI 12DS05級(jí)水準(zhǔn)儀。

　　導(dǎo)線網(wǎng)布點(diǎn)具有較強(qiáng)的靈活性與適用性, 在建筑物密集和通視困難的城建區(qū)常常難以避免導(dǎo)線邊長(zhǎng)不均勻、邊長(zhǎng)端點(diǎn)高差過大、圖形不理想等情況, 作為基準(zhǔn)網(wǎng)時(shí)應(yīng)將導(dǎo)線網(wǎng)增加適量的結(jié)點(diǎn),增加圖形強(qiáng)度, 使以后采用同級(jí)恢復(fù)控制點(diǎn)時(shí)能得到較好的數(shù)據(jù)成果, 不至于使監(jiān)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的前后數(shù)據(jù)誤差掩蓋位移值, 能真實(shí)反映出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際變動(dòng)值。

　　以布設(shè)合理的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn), 且達(dá)到較高精度的沉降數(shù)據(jù), 推算一定高度內(nèi)建筑物的傾斜角和平面位移, 其結(jié)果有一定的吻合性�？山Y(jié)合沉降數(shù)據(jù)對(duì)房屋進(jìn)行有具體目標(biāo)及重點(diǎn)位置的位移監(jiān)測(cè),確定建筑物的傾斜與位移值。當(dāng)觀測(cè)對(duì)象發(fā)生傾斜、扭曲等復(fù)合變形時(shí), 可由沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)推算建筑物的傾斜角和平面位移, 分離出由沉降帶來的變形值后, 再分析受日照、溫度、風(fēng)力等影響發(fā)生的傾斜、扭曲變形。

　　在通視困難及場(chǎng)地狹小地方, 采用其它監(jiān)測(cè)方法難以具備條件時(shí), 以極坐標(biāo)法測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn), 具有較大的靈活性。測(cè)角精度與邊長(zhǎng)精度的要求應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的要求確定, 應(yīng)控制邊長(zhǎng)長(zhǎng)度, 控制點(diǎn)位誤差在要求范圍。根據(jù)歷次監(jiān)測(cè)結(jié)果, 求出監(jiān)測(cè)對(duì)象的相對(duì)位移與累計(jì)位移, 必要時(shí)可將位移值分解成其它所需方向的位移值。

　　一般來說, 對(duì)地下設(shè)施的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)是對(duì)地下設(shè)施直接進(jìn)行監(jiān)測(cè), 但對(duì)所有監(jiān)測(cè)的地下設(shè)施開挖, 工作量太大。由于土體有不同程度的可塑性, 淺埋的、依靠土體支撐的一般地下設(shè)施, 變形值一般不會(huì)大于土體變形值。采取對(duì)淺埋的一般地下設(shè)施地段的土體進(jìn)行監(jiān)測(cè), 通過土體變形間接判定地下設(shè)施的變形狀況, 只對(duì)變形達(dá)到報(bào)警值的地下設(shè)施進(jìn)行開挖后, 對(duì)開挖出的地下設(shè)施進(jìn)行直接變形監(jiān)測(cè)的方法, 可以節(jié)省大量的開挖工作量。

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