基坑变形监测方案设计及变形分析
基坑变形监测方案设计及变形分析
Design and deformation analysis of a foundation pit deformation monitoring scheme in Lanzhou
甘肃第六建设集团股份有限公司 张文莉
摘 要：我国近年来，高层建筑鳞次栉比，已经开始发展和利用上部空间，随着高层建筑越来越高，越来越多，基坑工程规模不断扩大，基坑工程的密度越来越大，基坑距离建筑物越来越近，基坑事故频频发生。为避免基坑工程事故，以及对周边道路和建筑物造成影响，防患于未然，基坑工程的变形监控显得十分有必要。本文对兰州某基坑的施工过程进行监测，利用实测数据绘制图表，对比分析发现基坑水平位移与竖向位移均是逐渐减小，位移变化幅度随时间减小，最终趋于稳定。
关键词：基坑；变形；监测
Abstract: In recent years, high-rise buildings in our country have begun to develop and utilize the upper space in succession. As high-rise buildings become higher and higher, the scale of foundation pit projects is expanding, the density of foundation pit projects is increasing, the distance between foundation pit and buildings is getting closer and closer, and the accidents of foundation pit occur frequently. In order to avoid the accident of foundation pit engineering and the influence on surrounding roads and buildings, it is necessary to monitor the deformation of foundation pit engineering. In this paper, the construction process of a foundation pit in Lanzhou is monitored. Using the measured data to draw charts, the comparison analysis shows that the horizontal displacement and vertical displacement of the foundation pit are gradually reduced, the displacement variation range decreases with time, and finally tends to be stable.
Key words: foundation pit; deformation; monitoring
0 引 言
由于城市化进程的加快，我国基础设施建设快速发展，高屋建瓴，鳞次栉比，基坑工程规模越来越大，数量越来越多，导致城市建筑用地紧张，建筑物的密度越来越大，基坑工程与临近基坑、既有建筑物、周边道路的间距越来越小，施工愈发困难，基坑事故不断。基坑工程和基坑工程事故给人们正常生活带来诸多不便甚至造成了财产损失，或者已经威胁到了人们的人身安全。基坑工程的施工不但对基坑自身造成影响，使之发生变形，也会对周边道路和建筑物造成影响，因此基坑工程的变形监控和安全成为社会关注的重点。尤其是近几年来，随着建筑物的增多，城市居住趋于更密集化，人们逐渐将基坑安全这一研究重点由稳定性分析转移至变形分析，增强对变形的控制力度，由此可只变形监测和分析的重要性。而对基坑进行变形监测不仅能够直观看到基坑变形，更能及时反映、处理问题，保证基坑围护结构的稳定性。本文以兰州某住宅楼基坑为例，为基坑工程设计监测方案，对基坑施工过程进行监测，得到实测数据，通过处理数据得到水平和竖向位移数据，绘制图表，分析基坑变形规律，为以后本地区的相似工程提供借鉴，为基坑变形和稳定性的研究奠定基础。
1 工程概况
兰州市某住宅楼，基地面积为569.6m2，总建筑面积为20075.5m2，地下两层，地上三十三层，均为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，建筑高度96.0m，室内外高差为0.3m。该工程地下一层战时为甲类核6级人防工程，日常作为自行车库，地下二层战时为甲类核6级人防工程，日常作为丙类库房，地上三十三层均为住宅，采用桩筏基础，持力层为强风化砂质泥岩。该建筑的结构安全等级为一级，设计使用年限为50年，建筑抗震设防烈度为8度，地基基础设计等级为甲类，剪力墙抗震等级为一级。基坑深度为10.2m，采用三级放坡。依据《建筑基坑工程监测技术规程》[1]要求以及已有的平面图，结合现场实际施工情况及精度要求，对基坑特定位置进行基坑水平位移监测和沉降监测。
2 基坑监测方案设计
2.1 监测内容
基坑监测点位布置图如图1，图中一共8个监测点，即JC1~JC8，监测项目为基坑坡顶土体水平位移和土体竖向位移。
图1 基坑监测点位布置图
2.2 监测方法
如图1所示，该工程埋设了4个稳定的控制点，分别为KZ1~KZ4；监测过程中要定期检查控制点的稳定性，为保证监测工作的简单易行且提高观测精度的要求、消除测站的对中误差，水平位移控制点尽量采用强制对中的观测墩形式埋设，并宜采用精密的光学对中装置，对中误差不应大于0.5mm。控制点定期进行联测，精度应满足《建筑变形测量规范》[2]二级导线测量技术的要求，若不能满足前者要求，也可根据现场情况建立独立的监测控制网。
图2 基坑控制点埋设位置图
水准基准点埋设在施工影响范围以外位置，保证在整个监测过程中的稳定，根据现场情况可采用混凝土普通水准标石或墙脚、墙柱上标志，最好采用深埋式水准标石。水准基准点一般要与设计部门提供的高程控制点采用闭合导线进行联测，精度应满足《建筑变形测量规范》一级水准导线测量技术的要求，往返闭合差应小于0.3mm。若不能满足前者要求，也可根据现场情况建立独立的水准基准网。
水平位移点的埋设是将0.5～1m钢筋打入土体，钢筋顶端留10～15cm用混凝土稳固，顶部用电钻或钢锯做监测标志。土体沉降监测点同土体水平位移监测点共用。观测方法则是按《建筑变形测量规范》二级水准导线测量技术的要求，往返闭合差应小于1.0mm要求，形成闭合观测路线，用精密水准仪测出各观测点的高程，经计算后可得到基坑周边土体的沉降或隆起变化情况。
3 基坑变形分析
该工程基坑各监测点的水平方向位移变化情况见如图3，竖向位移变化情况如图4。基坑监测仪器为水准仪和全站仪。
3.1 水平位移变形分析
图3为监测点JC1-JC8的水平位移曲线和变化速率曲线，图中显示7月中旬之前，水平位移曲线较陡，7月中旬至8月中旬之间，水平位移曲线逐渐变缓，不再剧烈增长，随后以特别慢的速度变化，直至后期曲线平行于水平轴，说明基坑在初期时，水平方向变形较剧烈，随后变化逐渐减小，最终趋于稳定。
图3 JC1-JC8水平位移量累计变化量与时间关系曲线图
3.2 竖向位移变形分析
图4为监测点JC1-JC8的竖向位移曲线和变化速率曲线，即开始时曲线较陡，而后逐渐变缓，最终曲线平行于水平线发展，说明基坑竖向位移开始时波动较大，随后小幅度波动，即呈现出动态稳定，最终变化速率趋近于零。
图4 JC1-JC8竖向位移量累计变化量与时间关系曲线图
3.3 对比分析结果
图3和图4曲线变化特点表明基坑水平位移和竖向位移虽然开始时变化较快，增长幅度较大，但慢慢地朝着可控制的方向发展，位移变化放缓，基坑变形逐渐稳定下来。对比图3与图4发现，竖向位移变化特征与水平位移的变化趋势基本一致，但时间上稍微推迟一些，且竖向位移较大，说明基坑竖向沉降量不仅要略大于水平位移，达到稳定的时间也晚于水平位移。综上可知出监测过程中，监测点位移均未出现突变，施工现场未出现明显塌方、滑移等异常情况。
4 结论
本文结合对兰州某住宅楼的基坑的监测方案和实测数据的分析，可以得出基坑水平位移和竖向位移随时间变小，变化幅度也随之减小，逐渐趋于稳定，说明基坑变形是一定存在的，但只要不超过预警值便可认为是稳定的。通过对实测位移变化的分析，可以得出以下结论：
（1）基坑监测竖向位移变化特征与水平位移的变化趋势基本一致，都是开始变化较大，随后逐渐减缓，最后趋于稳定，但基坑竖向位移在时间上稍微推迟一些，且竖向位移较大，说明基坑竖向沉降量不仅要略大于水平位移，达到稳定的时间也晚于水平位移；
（2）基坑工程的周边不可避免地会受到基坑工程的影响，为确保人民生命财产安全的目的和基坑安全，及对下一步的施工方案进行调整优化，十分有必要对基坑的变形监测[2-3]；
（3）基坑工程的监测工程需要形成一个信息化施工的体系，以便对基坑、基坑周围地表沉降、既有建筑物变形等进行监测，定期分析变形，预测变形趋势，并结合预警系统尽量减少基坑事故[4]。
参考文献：
[1]GB50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.
[2]令紫娟, 吴满意. 城市基坑变形监测的方案设计与应用研究[J]. 矿山测量, 2018, 46(04): 54-57+62.
[3]宋建学, 郑仪, 王原嵩. 基坑变形监测及预警技术[J], 岩土工程学报, 2006, 28(增刊): 1889-1891.
[4]刘作昌. 基坑变形监测浅析[J], 化工矿产地质, 2011, 11(2): 125-128.