深基坑監(jiān)測的基本概念
1、引言
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，上海市區(qū)的地價日趨昂貴。向空中求發(fā)展、向地下深層要土地便成了建筑商追求經(jīng)濟(jì)效益的常用手段。在建筑工程市場上，三層的地下室已是司空見慣，隨之而來的基坑施工的開挖深度也從最初的5～7m發(fā)展到目前最深已達(dá)15m，地鐵的深度更是超過了15m。從80年代以來，我國從深圳的第一座深基坑設(shè)計施工至今，已積累了豐富的理論和實踐經(jīng)驗。當(dāng)初深度達(dá)到5m的就被定義為深基坑，而今天，可被定義為深基坑的深度則應(yīng)為7m以上。由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，單單根據(jù)地質(zhì)勘察資料和室內(nèi)土工試驗參數(shù)來確定設(shè)計和施工方案，往往含有許多不確定因素，尤其是對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項目，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施變化的監(jiān)測已成了工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，基坑監(jiān)測與工程的設(shè)計、施工同被列為深基坑工程質(zhì)量保證的三大基本要素。
運用常規(guī)測量手段搞變形監(jiān)測，在上海測繪院已有悠久的歷史了，并在道路、管線、建筑物的沉降、位移監(jiān)測方面積累了豐富的經(jīng)驗。但在今天，非表面的沉降、位移監(jiān)測已發(fā)展成為深基坑監(jiān)測的主要內(nèi)容。再停留在用常規(guī)的測量手段搞監(jiān)測，在基坑監(jiān)測市場中已占不到份額了。本文就深基坑監(jiān)測的技術(shù)要點作一點介紹，為我院重返監(jiān)測市場作點努力。
2、深基坑監(jiān)測的意義
深基坑的理論研究和工程實踐告訴我們，理論、經(jīng)驗和監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)深基坑工程的設(shè)計和施工的正確途徑。對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項目，往往難從以往的經(jīng)驗中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。首先，靠現(xiàn)場監(jiān)測提供動態(tài)信息反饋來指導(dǎo)施工全過程，并可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來了解基坑的設(shè)計強(qiáng)度，為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計依據(jù)。第二，可及時了解施工環(huán)境——地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度。第三，可及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情的發(fā)生及險情的發(fā)展程度，為及時采取安全補(bǔ)救措施充當(dāng)耳目。
3、深基坑監(jiān)測的內(nèi)容
深基坑施工，必須要有一定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)用以擋土、擋水。圍護(hù)設(shè)施必須安全有效。淺基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以前常用的是鋼板樁或混凝土板樁；深基坑則大多采用現(xiàn)場澆灌的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)或排樁式灌注樁結(jié)構(gòu)，并配以混凝土攪拌樁或樹根樁止水。開挖時，坑內(nèi)必須抽去地下水，7~15m深的基坑，中間必須配二到三道水平支撐，水平支撐采用鋼管式結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須安全可靠，并能確保施工環(huán)境穩(wěn)定。從經(jīng)濟(jì)角度來講，好的圍護(hù)設(shè)計應(yīng)把安全指標(biāo)取在臨界點附近，再靠現(xiàn)場監(jiān)測提供的動態(tài)信息反饋來調(diào)整施工方案。
以下內(nèi)容是監(jiān)測目前能夠做到的也是應(yīng)該做到的項目：
（1）地下管線、地下設(shè)施、地面道路和建筑物的沉降、位移。
（2）圍護(hù)樁地下樁體的側(cè)向位移（樁體測斜）、圍護(hù)樁頂?shù)某两岛退轿灰啤?
（3）圍護(hù)樁、水平支撐的應(yīng)力變化。
（4）基坑外側(cè)的土體側(cè)向位移（土體測斜）。
（5）坑外地下土層的分層沉降。
（6）基坑內(nèi)、外的地下水位監(jiān)測。
（7）地下土體中的土壓力和孔隙水壓力。
（8）基坑內(nèi)坑底回彈監(jiān)測。
4、測點的布設(shè)
測點布設(shè)合理方能經(jīng)濟(jì)有效。監(jiān)測項目的選擇必須根據(jù)工程的需要和基地的實際情況而定。在確定測點的布設(shè)前，必須知道基地的地質(zhì)情況和基坑的圍護(hù)設(shè)計方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗和理論的預(yù)測來考慮測點的布設(shè)范圍和密度。
原則上，能埋的測點應(yīng)在工程開工前埋設(shè)完成，并應(yīng)保證有一定的穩(wěn)定期，在工程正式開工前，各項靜態(tài)初始值應(yīng)測取完畢。沉降、位移的測點應(yīng)直接安裝在被監(jiān)測的物體上，只有道路地下管線若無條件開挖樣洞設(shè)點，則可在人行道上埋設(shè)水泥樁作為模擬監(jiān)測點，此時的模擬樁的深度應(yīng)稍大于管線深度，且地表應(yīng)設(shè)井蓋保護(hù)，不止于影響行人安全；如果馬路上有管線設(shè)備（如管線井、閥門等）的話，則可在設(shè)備上直接設(shè)點觀測。
測斜管（測地下土體、圍護(hù)樁體的側(cè)向位移）的安裝：測斜管應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，埋設(shè)在那些比較容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以20~30m的間距布設(shè)；圍護(hù)樁體測斜管應(yīng)在圍護(hù)樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測斜管的埋設(shè)須用鉆機(jī)鉆孔，放入管子后再用黃砂填實孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或設(shè)井框保護(hù)。測斜管的埋設(shè)要注意十字槽須與基坑邊垂直。
基坑在開挖前必須要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑內(nèi)滲漏，地下水的流動是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測是保證基坑安全的重要內(nèi)容；水位監(jiān)測管的埋設(shè)應(yīng)根據(jù)地下水文資料，在含水量大和滲水性強(qiáng)的地方，在緊靠基坑的外邊，以20~30 m的間距平行于基坑邊埋設(shè)，埋設(shè)方法與地下土體測斜管的埋設(shè)相同。
分層沉降管的埋設(shè)也與測斜管的埋設(shè)方法相同。埋設(shè)時須注意波紋管外的銅環(huán)不要被破壞；一般情況下,銅環(huán)每1m放一個比較適宜?；觾?nèi)也可用分層沉降管來監(jiān)測基坑底部的回彈，當(dāng)然基坑的回彈也可用精密水準(zhǔn)測量法解決。
土壓力計和孔隙水壓力計，是監(jiān)測地下土體應(yīng)力和水壓力變化的手段。對環(huán)境要求比較高的工程，都須安裝?？紫端畨毫τ嫷陌惭b，也須用到鉆機(jī)鉆孔，在孔中可根據(jù)需要按不同深度放入多個壓力計，再用干燥粘土球填實，待粘土球吸足水后，便將鉆孔封堵好了。土壓力計要隨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時一起安裝，注意它的壓力面須向外；并根據(jù)力學(xué)原理，壓力計應(yīng)安裝在基坑的隱患處的圍護(hù)樁的側(cè)向受力點。這兩種壓力計的安裝，都須注意引出線的編號和保護(hù)。
應(yīng)力計是用于監(jiān)測基坑圍護(hù)樁體和水平支撐受力變化的儀器。它的安裝也須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時請施工單位配合安裝，一般選方便的部位，選幾個斷面，每個斷面裝二只壓力計，以取平均值；應(yīng)力計必須用電纜線引出，并編好號。編號可購置現(xiàn)成的號碼圈，套在線頭上，也可用色環(huán)來表示，色環(huán)編號的傳統(tǒng)習(xí)慣是用黑、棕、紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、灰、白分別代表數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
測點布設(shè)好以后，必須繪制在地形示意圖上。各測點須有編號，為使點名一目了然，各種類型的測點要冠以點名，點名可取測點的漢語拼音的第一個字母再拖數(shù)字組成，如應(yīng)力計可定名為：YL一1，測斜管可定名為：CX一1，如此等等。
5、數(shù)據(jù)觀測
根據(jù)經(jīng)驗知道，基坑施工對環(huán)境的影響范圍為坑深的3~4倍，因此，沉降觀測所選的后視點應(yīng)選在施工的影響范圍之外；后視點不應(yīng)少于二點。沉降觀測的儀器應(yīng)選用精密水準(zhǔn)儀，按二等精密水準(zhǔn)觀測方法測二測回，測回校差應(yīng)小于±lmm。地下管線、地下設(shè)施、地面建筑都應(yīng)在基坑開工前測取初始值。在開工期問，應(yīng)根據(jù)需要不斷測取數(shù)據(jù)，從幾天觀測一次到一天觀測幾次都可以；每次的觀測值與初始值比較即為累計量，與前次的觀測數(shù)據(jù)相比較即為日變量。根據(jù)公認(rèn)的數(shù)據(jù)，日變量大于3mm，累計變量大于10mm即應(yīng)向有關(guān)方面報警。
位移監(jiān)測點的觀測一般最常用的方法是偏角法．同樣，測站點應(yīng)選在基坑的施工影響范圍之外。外方向的選用應(yīng)不少于3點，每次觀測都必須定向，為防止測站點被破壞，應(yīng)在安全地段再設(shè)一點作為保護(hù)點，以便在必要時作恢復(fù)測站點之用。初次觀測時，須同時測取測站至各測點的距離，有了距離就可算出各測點的秒差，以后各次的觀測只要測出每個測點的角度變化就可推算出各測點的位移量。觀測次數(shù)和報警值與沉降監(jiān)測相同。當(dāng)然也可用坐標(biāo)法來測取位移量。
地下水位、分層沉降的觀測，首次必須測取水位管管口和分層沉降管管口的標(biāo)高。從而可測得地下水位和地下各土層的初始標(biāo)高。在以后的工程進(jìn)展中，可按需要的周期和頻率，測得地下水位和地下各土層標(biāo)高的每次變化量和累計變化量。地下水位和分層沉降的報警值，應(yīng)由設(shè)計人員根據(jù)地質(zhì)水文條件來確定。
測斜管的管口必須每次用經(jīng)緯儀測取位移量，再用測斜儀測取地下土體的側(cè)向位移量，再與管口位移量比較即可得出地下土體的絕對位移量。位移方向一般應(yīng)取直接的或經(jīng)換算過的垂直基坑邊方向上的分量。應(yīng)力、水壓力、土壓力的變量的報警值同樣由設(shè)計人員確定。
監(jiān)測數(shù)據(jù)必須填寫在為該項目專門設(shè)計的表格上。所有監(jiān)測的內(nèi)容都須寫明：初始值、本次變化量、累計變化量。工程結(jié)束后，應(yīng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)，尤其是對報警值的出現(xiàn)，進(jìn)行分析，繪制曲線圖，并編寫工作報告。因此，記錄好工程施工中的重大事件是監(jiān)測人員必不可少的工作。
6、結(jié)束語
監(jiān)測工程是一項競爭頗為激烈的項目。特別是上海，由于房產(chǎn)市場仍較興旺，監(jiān)測有一定的市場，盡管深基坑在我國也有十多年的施工歷史，但至今并末形成一定的理論規(guī)范，設(shè)計者的依據(jù)仍然都是地質(zhì)勘探資料和室內(nèi)土工試驗參數(shù)，再用經(jīng)典力學(xué)理論來推算設(shè)計指標(biāo)；其中，一方面是，復(fù)雜的地下環(huán)境被理想化和模式化了；另一方面，為了工程安全，各類設(shè)計安全指標(biāo)往往取得很大，這樣，就大大加大了工程的投資。所以，好的設(shè)計方案，把指標(biāo)取值定位在臨界點上，在施工中，再靠監(jiān)測的動態(tài)信息反饋來保證施工安全；這樣的方案，應(yīng)該講是最經(jīng)濟(jì)有效的。然而，目前的建筑市場上的投資者并不都理解這一點。他們往往拉掉監(jiān)測或減少監(jiān)測內(nèi)容和次數(shù)來降低自己的投資支出。名符其實的抓了芝麻丟了西瓜。
由于上海的施工環(huán)境太復(fù)雜，各類基坑施工大小問題經(jīng)常發(fā)生，特別是深基坑施工，保險系數(shù)定得再大，現(xiàn)場問題還是防不勝防。廣東路“滄洲大廈”基坑的塌方給整個上海建筑市場敲響了警鐘。上海市建委針對此事又一次對深、淺基坑的施工作了明確規(guī)定：深基坑的設(shè)計方案必須請市建科委組織專家評審，在基坑施工期間必須請有資質(zhì)的第三方進(jìn)行監(jiān)測；監(jiān)測數(shù)據(jù)必須由監(jiān)測單位直接寄送各有關(guān)單位，日變量大于3mm，累計變量大于l0 mm時，報告上必須加蓋紅色報警章。
任何有監(jiān)測資質(zhì)的第三方，都在監(jiān)測市場上進(jìn)行著激烈的竟?fàn)帯Ｉ虾Ｊ袦y繪院曾在監(jiān)測市場上有著幾十年的常規(guī)監(jiān)測的經(jīng)驗，但由于長期缺少參與監(jiān)測技術(shù)市場的同步發(fā)展，對深基坑的監(jiān)測技術(shù)基本是個空白，更缺少一定的資料結(jié)累和技術(shù)總結(jié)。本文的粗淺論述，僅旨在起點拋磚引玉的作用。
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