建筑基坑监测技术「深基坑施工监测技术」

大家好，建筑基坑监测技术「深基坑施工监测技术」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

郭俊刘佳杰北京市政路桥股份有限公司

摘 要：在既有桥跨结构下开挖深基坑可能会对既有桥跨结构稳定性产生影响，反之即有构筑结构对深基坑的稳定性也可能会产生一定影响。有效可行的监测技术是检验深基坑及既有桥跨结构稳定性的重要措施。本文通过对深基坑的结构形式、深基坑边坡加固方式以及深基坑与既有桥跨结构的空间关系等讨论研究确定合理可行的监测技术方案，包括：监测基准点的制作、监测点的制作、监测仪器柱的制作、监测点的平面布置、监测频率及预警标准等。通过执行确定的监测技术方案，可以有效确保施工过程中深基坑及既有桥跨结构的安全。

关键词：深基坑;既有桥跨;综合管廊;监测技术;

作者简介：郭俊(1986-),男，工程师，主要研究方向：建筑施工与管理。;

引言

目前，关于深基坑监测技术的讨论研究已有一些成果。马玉龙[1]讨论了深基坑监测技术方案时，在满足监测要求的前提下，确保监测平面布置简单，布设层次少，有利于监测技术方案的执行；胡燕平[2]及刘浩然等[3]将监测重点放在了深基坑周围建筑及地下管线，确保深基坑施工过程中，周围建筑物及地下管线的安全性；刘志刚[4]在上海轨道交通地铁站深基坑监测分析中，通过数值分析发现基坑无支撑状态暴露时间越长，基坑壁的变形越大；王杰光等[5]在对杭州地铁青年路车站深基坑研究时发现深基坑开挖对地表沉降有较大的影响，应及时架设基坑内横支撑；李芒原等[6]通过BIM技术模拟深基坑开挖，研究复杂深基坑的监测。对于在既有桥跨结构下深基坑的监测技术研究并不多，因此本文以北京新机场地下综合管廊项目为例，讨论在既有桥跨结构下深基坑的监测技术。

1 概况

北京新机场连接线包含新机场高速、新机场轨道交通、新机场地下综合管廊等。在满足各项结构设计要求的前提下，部分段落采用共构结构进行设计施工，形成上为高速公路，中为轨道交通，下为市政道路及地下为综合管廊的立体交通(图1),共构段全线长约8km。共构段设计可以节省大量空间和土地资源，将不同功能的运输系统(公路、轨道、市政道路、地下管线等)叠加在一起，充分利用了地上及地下空间，减少了对农田林地的占用，降低了对环境的影响。

图1 新机场共构段及综合管廊深基坑断面示意图

在规划和实施过程中，新机场高速及新机场轨道交通先于综合管廊，导致了综合管廊进场施工时，新机场线共构段下部结构已经基本完成，同时综合管廊采用明开基坑方案进行施工，因此综合管廊施工时，需要在共构段下部结构两承台之间进行基坑开挖，基坑开挖平均深度约6.5m, 属于深基坑开挖。综合管廊深基坑开挖会导致共构段下部结构承台及桩基外露(图1),改变了承台及桩基受力状态，特别是摩擦桩的摩阻力受到了较大的影响，严重影响共构段下部结构的稳定性及安全性[7]。现场处理办法是对外露桩基下一定范围内的土体进行注浆加固加密，提高注浆范围内桩基的摩阻力，确保共构段下部结构的稳定性。综合管廊深基坑边坡采用锚杆土钉墙防护措施。

由于综合管廊深基坑位于共构段下，基坑开挖后，整体结构复杂，又由于项目所在土层为砂性土，工程稳定性差，因此在施工过程当中，有效的监控尤为重要，可以为施工安全提供准确依据[8],确保综合管廊施工正常进行。

2 监测点种类及现场设施设备

根据现场情况，采用分段布置监测点及基准点。每120m为一个监测段进行监测点及基准点布置。为了确保监测的稳定性和准确性，基准点采用混凝土基柱形式(图2)设置，这样有利于基准点通视，使基准点醒目，便于识别，不易被破坏。基准点坐标及标高应根据设计单位提供的导线点确定。基准点主要用于测量监测点处水平位移和竖向位移(沉降),在一个监测段落内，应设置不少于4个基准点，任意两个基准点应做到通视并覆盖整个监测段落。

图2 基准点柱基施作图

在施工过程中，主要监测对象是共构段下部结构承台稳定性，承台外一定范围内土体稳定性，综合管廊深基坑边坡稳定性，基坑外一定范围内土体稳定性及地下水位。根据现场情况和监测要求，现场布置监测点，监测点主要包括：水平位移监测点及竖向位移(沉降)监测点。为了确保在综合管廊从基坑开挖到回填整个施工过程中的监测，监测点应该坚固可靠，不易被破坏，便于识别，应有必要的保护措施，监测点施作详见图3,根据具体的监测目的，在外露的钢筋头上安装相应的设备或装置(单棱镜底座或电子条形码水准标尺基础)。在承台及下墩柱上设置监测点时，应考虑成品保护。

由于监测精度要求较高，在一个监测段内中间部分，基坑两侧各设置一个监测仪器柱基(图4),在采集监测数据时，起到监测仪器支架作用。首先仪器柱基稳定性好，且位置固定，每次监测数据可以进行算前原始数据对比，监测数据误差稳定性强，监测数据稳定且可以有效减少监测数据错误；另外仪器柱基在砌筑时，可以事先调平，可以免去监测阶段，架设调平支架工作，提高工作效率。仪器柱基不使用时，应用塑料保护套保护。

图3 监测点施作结构图

图4 监测仪器柱基施作图

所有已布监测点、基准点及仪器柱基均应设置明显的标识标牌，标明编号、用途、设置时间等信息；采取必要措施保护，确保监测过程中监测点、基准点及仪器柱基的完整性及可用性；定期检查监测点、基准点及仪器柱基，发现破损且不影响使用的，应及时修补，发现破损且不能使用的，应及时联系第三方监测单位、业主单位及监理单位，共同确定处理方案。

水平位移监测所用仪器为拓普康GTS-332N电子全站仪，根据现场情况采用坐标相对距离法进行监测，按照二级位移观测精度进行观测[9]。竖向位移(沉降)监测采用天宝DiNi03电子精密水准仪，配合 LD12电子条码水准标尺，竖向位移(沉降)监测等级为二等[9]。施工单位及第三方监测单位应各自使用不同的符合要求的监测仪器。

监测人员应具备相应的测量技术，在项目监测前期应熟悉监测方案及监测设备。在监测过程中，应固定监测人员、监测设备、监测方法和监测时间，以保证数据成果的系统性、可靠性、精确性及稳定性[10]。

3 监测点布置

根据综合管廊基坑开挖经过的段落，监测点布置分为两个方案，承台段监测点布置及非承台段监测点布置。根据现场基坑变化及基坑变化可能对共构段下部结构稳定性的影响，确定承台段及非承台段需要监测的位置及内容，承台段及非承台段监测点种类详见表1。

表1 承台段及非承台段监测点种类

监测点布置段落

监测点种类

承台段

1外露承台的水平位移及竖向位移

2下墩柱的竖向位移

3承台外边坡坡顶水平位移及竖向位移

4相邻承台差异沉降

5 下墩柱竖向位移

6 边坡外8m范围内地表沉降

非承台段

1边坡坡顶水平位移及竖向位移

2边坡外8m范围内的地表沉降

其他

1 地下水位

2 地下管线

监测点总体平面布置详见图5。承台段及非承台段监测点均布在相应段落的中线上。地下水位监测管仅布置在非承台段。基准点要根据实际情况布置，确保基准点之间相互通视，如遇到地形复杂或施工场地狭小的监测段，可以根据实际情况增加基准点。监测仪器柱基应设在两承台(顺桥方向)之间中间位置且不能影响监测点布置。应确保布置的监测仪器柱基可以测量监测段内所有监测点，可以根据实际情况增加监测仪器柱基。

图6和图7为承台段就非承台段监测点布置立面图。布置在坡顶处的监测点应距坡顶边缘不少于0.2m。承台上监测点布置时，采用在承台上浇筑混凝土台安装监测点；在下墩柱上采用粘贴的方式安装纸质电子条码尺并塑封保护，避免对外露承台及下墩柱造成外观破坏。

对于基坑两侧8m范围内的地下管线，采用测量地表沉降的间接方法进行监测。监测点应顺着地下管线，布置在地下管线的正上方(监测点结构见图3),对于刚性管线，监测点应布置在管线节点、竖井等易破损处。

4 监测过程

在监测工作开始前，监测仪器和现场工具设施必须提前准备且校验合格，并根据工期进展适时增加或减少。监测过程详见图8。在基坑开挖前，必须完成监测点布置且验收合格。监测点的布置，数量和质量均应符合使用要求，应能反映工程实际状态。在监测点布置施工过程中，监理单位及第三方监测单位需要旁站监督。

图5 承台段及非承台段监测点总体平面布置

图6 承台段监测点布置立面图

图7 非承台段监测点布置立面图

图8 综合管廊深基坑及共构段下部结构监测流程

验收合格后的监测点需要在基坑开挖前，采集初始值。初始值应在监测点布置稳定后进行采集，施工单位与第三方监测单位应分别采用相同基准点进项采集工作，应连续独立观测3次，取平均值作为各自所采集的初始值。施工单位及第三方监测单位所监测初始值的平均值作为最终初始值。

自基坑开挖至完成综合管廊施工回填完成，应按要求进行监测。施工单位和第三方监测单位采用相同的基准点及检测仪器柱基分别监测，各监测点监测频率及控制值见表2,监测精度见表3[9]。表2所示监测频率不作为实际监测频率的绝对依据，应根据工程进程确定，当变形超过设计要求值或施工现场条件变化较大时，应加密监测；当有危险事故征兆时，应进行连续监测。当出现下雨天施工、监测点数据异常变化、基坑附近有突增的异常荷载等时，监测频率应加大到正常频率的2倍以上。

表2 各监测点监测频率及控制值

监测点

监测频率

控制值

基坑开挖至
开挖完成

基坑开挖完成至
管廊底板完成

管廊底板完成至
回填土完成

累计变形值
(取其中较小值)

变形速率

承台水平位移

1次/天

1次/1天

1次/3天

2mm

1mm/天

承台竖向位移

1次/天

1次/1天

1次/3天

2mm

1.5mm/天

承台外边坡
坡顶水平位移

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

承台外边坡
坡顶竖向位移

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

相邻承台差异沉降

1次/天

1次/1天

1次/3天

1.5mm

1mm/天

下墩柱竖向位移

1次/天

1次/1天

1次/3天

1.5mm

1mm/天

承台外8米范围
内地表沉降

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

基坑边坡坡
顶水平位移

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

基坑边坡坡
顶竖向位移

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

基坑外8米范围
内地表沉降

1次/天

1次/3天

1次/15天

50mm及0.5%H

15mm/天

地下水位

1次/天

1次/3天

1次/15天

1.0m

0.5m/天

地下管线

1次/2天

1次/3天

1次/5天

燃气管：3%L雨污水管：2.5%L给水管：2.5%L

2mm/天

注：H为对应边坡高度；L为管线管节长度。

表3 各监测精度要求

序号

监测项目

精度要求

1

高程中误差

±1.0mm

2

相邻点高差中误差

±0.5mm

3

往返较差，附和或环线闭合差

±0.6mm

4

地下水位监测误差

±5mm

监测人员必须准确、真实地记录监测施工数据，及时地为施工提供依据。监测频率应根据控制值及施工不同阶段综合考虑。定时开展现场巡视工作，确定支护体系的完整性、既有桥跨结构的完整性、基坑周围地表是否出现严重沉降等，及时上报现场情况，并根据巡视工作调整监测频率[11]。

监测过程中，是以监测点的累计变形值和变形速率两个指标进行控制(双控指标),发布预警的，预警标准见表4。双控指标结果和现场巡视结果相结合，最终确定预警等级。施工单位监测结果达到预警标准时，应及时调整现场施工，采取有效措施或暂停施工控制双可控指标的增长，并及时通知第三方监测单位、监理单位及业主单位；第三监测单位监测结果达到预警标准时，应第一时间通知施工单位及监理单位及时做好现场防护工作。待预警状态解除或现场问题处理完毕后，第三方监测单位及施工单位应出具预警报告，总结预警状态出现的原因、现场处理措施及经验总结等。未达到预警标准时，应按要求及时发布监测报告。

表4 监测预警标准

预警等级

预警标注

三级预警(蓝色)

累计变形值和变形速率均超过控制值的70%
或累计变形值和变形速率之一超过控制值的85%

二级预警(黄色)

累计变形值和变形速率均超过控制值的85%
或累计变形值和变形速率之一超过控制值

一级预警(红色)

累计变形值和变形速率均超过控制值
或变形速率出现急剧增长

有效落实监测方案是现场监测的重点，校验合格的监测仪器及合格的监测人员素质是监测方案落实的必要条件，施工单位及监理单位应安排专人监督督促现场落实监测工作。根据监测反馈的数据分析现场基坑及共构段下部结构的稳定性，确定基坑开挖速度及开挖方法。

5 总结

有效的监测技术方案和及时反馈的监测数据是判断深基坑及既有桥跨结构稳定性的重要依据。本文研究讨论确定了在既有桥跨结构下，管廊深基坑的监测点布置与制作，同时讨论了监测技术方案执行的过程。在实际执行过程中，及时、有效地检验了深基坑及既有桥跨结构的稳定性和安全性。本文仅讨论了具体监测技术方案，如何根据检测数据调整施工进度或施工方案也是确保深基坑及既有桥跨结构稳定性的重要研究内容，这也是下一阶段要讨论的问题。

参考文献

[1] 马玉龙.浅谈深基坑监测方案[J].北京测绘，2016(1):144-147.

[2] 胡燕平.某建筑深基坑监测实例分析[J].科技视界，2019(35):223-224.

[3] 刘浩然，杜明芳，徐捷.郑州地铁车站深基坑监测方案设计[J].山西建筑，2015,41(24):67-68.

[4] 刘志刚.软土地区地铁深基坑监测分析及控制措施研究[J].公路，2019,64(10):239-244.

[5] 王杰光，敬国均，徐婧，等.杭州地铁青年路站深基坑监测分析[J].土工基础，2019,33(2):116-120.

[6] 李芒原，张传浩，杨二东，等.基于BIM 3D激光扫描技术的复杂深基坑监测技术研究及应用[J].建筑结构，2019,49(S1):751-755.

[7] 陈新叶.新建管廊基坑开挖对既有车站结构影响分析[J].建筑工程技术与设计，2018(34):2093.

[8] 银英姿，刘斌.深基坑开挖时邻近既有地铁隧道的监测分析[J].建筑技术，2016,47(9):785-787.

[9] GB50026-2007,工程测量规范[S].北京：中国计划出版社，2008.

[10] 胡结实.基坑变形监测中利用全站仪监测可靠性分析[J].安徽建筑，2019,26(8):211-213.

[11] 黄廉喜.深基坑工程监测方案设计及其应用[J].大科技，2019(28):282.