深基坑監(jiān)測(cè)的基本概念
2011-12-30 來源：作者：孫立人 來源：網(wǎng)絡(luò)
1、引言
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，上海市區(qū)的地價(jià)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(chǎng)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(jì)施工至今，已積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(yàn)參數(shù)來確定設(shè)計(jì)和施工方案，往往含有許多不確定因素，尤其是對(duì)于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，對(duì)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(cè)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(cè)與工程的設(shè)計(jì)、施工同被列為深基坑工程質(zhì)量保證的三大基本要素。
運(yùn)用常規(guī)測(cè)量手段搞變形監(jiān)測(cè)，在上海測(cè)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(cè)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。但在今天，非表面的沉降、位移監(jiān)測(cè)已發(fā)展成為深基坑監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。再停留在用常規(guī)的測(cè)量手段搞監(jiān)測(cè)，在基坑監(jiān)測(cè)市場(chǎng)中已占不到份額了。本文就深基坑監(jiān)測(cè)的技術(shù)要點(diǎn)作一點(diǎn)介紹，為我院重返監(jiān)測(cè)市場(chǎng)作點(diǎn)努力。
2、深基坑監(jiān)測(cè)的意義
深基坑的理論研究和工程實(shí)踐告訴我們，理論、經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)相結(jié)合是指導(dǎo)深基坑工程的設(shè)計(jì)和施工的正確途徑。對(duì)于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，往往難從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測(cè)的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。首先，靠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供動(dòng)態(tài)信息反饋來指導(dǎo)施工全過程，并可通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。第二，可及時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)生及險(xiǎn)情的發(fā)展程度，為及時(shí)采取安全補(bǔ)救措施充當(dāng)耳目。
3、深基坑監(jiān)測(cè)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(chǎng)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(shí)，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(jì)應(yīng)把安全指標(biāo)取在臨界點(diǎn)附近，再靠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供的動(dòng)態(tài)信息反饋來調(diào)整施工方案。
以下內(nèi)容是監(jiān)測(cè)目前能夠做到的也是應(yīng)該做到的項(xiàng)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(cè)斜）、圍護(hù)樁頂?shù)某两岛退轿灰啤?br />
（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(cè)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(cè)。
（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(cè)。
4、測(cè)點(diǎn)的布設(shè)
測(cè)點(diǎn)布設(shè)合理方能經(jīng)濟(jì)有效。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇必須根據(jù)工程的需要和基地的實(shí)際情況而定。在確定測(cè)點(diǎn)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(jì)方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和理論的預(yù)測(cè)來考慮測(cè)點(diǎn)的布設(shè)范圍和密度。
原則上，能埋的測(cè)點(diǎn)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(xiàng)靜態(tài)初始值應(yīng)測(cè)取完畢。沉降、位移的測(cè)點(diǎn)應(yīng)直接安裝在被監(jiān)測(cè)的物體上，只有道路地下管線若無條件開挖樣洞設(shè)點(diǎn)，則可在人行道上埋設(shè)水泥樁作為模擬監(jiān)測(cè)點(diǎn)，此時(shí)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(diǎn)觀測(cè)。
測(cè)斜管（測(cè)地下土體、圍護(hù)樁體的側(cè)向位移）的安裝：測(cè)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(cè)斜管應(yīng)在圍護(hù)樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測(cè)斜管的埋設(shè)須用鉆機(jī)鉆孔，放入管子后再用黃砂填實(shí)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(cè)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(dòng)是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測(cè)是保證基坑安全的重要內(nèi)容；水位監(jiān)測(cè)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(cè)斜管的埋設(shè)相同。
分層沉降管的埋設(shè)也與測(cè)斜管的埋設(shè)方法相同。埋設(shè)時(shí)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(gè)比較適宜。基坑內(nèi)也可用分層沉降管來監(jiān)測(cè)基坑底部的回彈，當(dāng)然基坑的回彈也可用精密水準(zhǔn)測(cè)量法解決。
土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)，是監(jiān)測(cè)地下土體應(yīng)力和水壓力變化的手段。對(duì)環(huán)境要求比較高的工程，都須安裝?？紫端畨毫τ?jì)的安裝，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(gè)壓力計(jì)，再用干燥粘土球填實(shí)，待粘土球吸足水后，便將鉆孔封堵好了。土壓力計(jì)要隨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)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(jì)應(yīng)安裝在基坑的隱患處的圍護(hù)樁的側(cè)向受力點(diǎn)。這兩種壓力計(jì)的安裝，都須注意引出線的編號(hào)和保護(hù)。
應(yīng)力計(jì)是用于監(jiān)測(cè)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(shí)請(qǐng)施工單位配合安裝，一般選方便的部位，選幾個(gè)斷面，每個(gè)斷面裝二只壓力計(jì)，以取平均值；應(yīng)力計(jì)必須用電纜線引出，并編好號(hào)。編號(hào)可購置現(xiàn)成的號(hào)碼圈，套在線頭上，也可用色環(huán)來表示，色環(huán)編號(hào)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(cè)點(diǎn)布設(shè)好以后，必須繪制在地形示意圖上。各測(cè)點(diǎn)須有編號(hào)，為使點(diǎn)名一目了然，各種類型的測(cè)點(diǎn)要冠以點(diǎn)名，點(diǎn)名可取測(cè)點(diǎn)的漢語拼音的第一個(gè)字母再拖數(shù)字組成，如應(yīng)力計(jì)可定名為：YL一1，測(cè)斜管可定名為：CX一1，如此等等。
5、數(shù)據(jù)觀測(cè)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道，基坑施工對(duì)環(huán)境的影響范圍為坑深的3~4倍，因此，沉降觀測(cè)所選的后視點(diǎn)應(yīng)選在施工的影響范圍之外；后視點(diǎn)不應(yīng)少于二點(diǎn)。沉降觀測(cè)的儀器應(yīng)選用精密水準(zhǔn)儀，按二等精密水準(zhǔn)觀測(cè)方法測(cè)二測(cè)回，測(cè)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(cè)取初始值。在開工期問，應(yīng)根據(jù)需要不斷測(cè)取數(shù)據(jù)，從幾天觀測(cè)一次到一天觀測(cè)幾次都可以；每次的觀測(cè)值與初始值比較即為累計(jì)量，與前次的觀測(cè)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(jì)變量大于10mm即應(yīng)向有關(guān)方面報(bào)警。
位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)一般最常用的方法是偏角法．同樣，測(cè)站點(diǎn)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(diǎn)，每次觀測(cè)都必須定向，為防止測(cè)站點(diǎn)被破壞，應(yīng)在安全地段再設(shè)一點(diǎn)作為保護(hù)點(diǎn)，以便在必要時(shí)作恢復(fù)測(cè)站點(diǎn)之用。初次觀測(cè)時(shí)，須同時(shí)測(cè)取測(cè)站至各測(cè)點(diǎn)的距離，有了距離就可算出各測(cè)點(diǎn)的秒差，以后各次的觀測(cè)只要測(cè)出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的角度變化就可推算出各測(cè)點(diǎn)的位移量。觀測(cè)次數(shù)和報(bào)警值與沉降監(jiān)測(cè)相同。當(dāng)然也可用坐標(biāo)法來測(cè)取位移量。
地下水位、分層沉降的觀測(cè)，首次必須測(cè)取水位管管口和分層沉降管管口的標(biāo)高。從而可測(cè)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(cè)得地下水位和地下各土層標(biāo)高的每次變化量和累計(jì)變化量。地下水位和分層沉降的報(bào)警值，應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)地質(zhì)水文條件來確定。
測(cè)斜管的管口必須每次用經(jīng)緯儀測(cè)取位移量，再用測(cè)斜儀測(cè)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(duì)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(bào)警值同樣由設(shè)計(jì)人員確定。
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須填寫在為該項(xiàng)目專門設(shè)計(jì)的表格上。所有監(jiān)測(cè)的內(nèi)容都須寫明：初始值、本次變化量、累計(jì)變化量。工程結(jié)束后，應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，尤其是對(duì)報(bào)警值的出現(xiàn)，進(jìn)行分析，繪制曲線圖，并編寫工作報(bào)告。因此，記錄好工程施工中的重大事件是監(jiān)測(cè)人員必不可少的工作。
6、結(jié)束語
監(jiān)測(cè)工程是一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)頗為激烈的項(xiàng)目。特別是上海，由于房產(chǎn)市場(chǎng)仍較興旺，監(jiān)測(cè)有一定的市場(chǎng)，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(jì)者的依據(jù)仍然都是地質(zhì)勘探資料和室內(nèi)土工試驗(yàn)參數(shù)，再用經(jīng)典力學(xué)理論來推算設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)方案，把指標(biāo)取值定位在臨界點(diǎn)上，在施工中，再靠監(jiān)測(cè)的動(dòng)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(chǎng)上的投資者并不都理解這一點(diǎn)。他們往往拉掉監(jiān)測(cè)或減少監(jiān)測(cè)內(nèi)容和次數(shù)來降低自己的投資支出。名符其實(shí)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(xiǎn)系數(shù)定得再大，現(xiàn)場(chǎng)問題還是防不勝防。廣東路“滄洲大廈”基坑的塌方給整個(gè)上海建筑市場(chǎng)敲響了警鐘。上海市建委針對(duì)此事又一次對(duì)深、淺基坑的施工作了明確規(guī)定：深基坑的設(shè)計(jì)方案必須請(qǐng)市建科委組織專家評(píng)審，在基坑施工期間必須請(qǐng)有資質(zhì)的第三方進(jìn)行監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須由監(jiān)測(cè)單位直接寄送各有關(guān)單位，日變量大于3mm，累計(jì)變量大于l0 mm時(shí)，報(bào)告上必須加蓋紅色報(bào)警章。
任何有監(jiān)測(cè)資質(zhì)的第三方，都在監(jiān)測(cè)市場(chǎng)上進(jìn)行著激烈的竟?fàn)?。上海市測(cè)繪院曾在監(jiān)測(cè)市場(chǎng)上有著幾十年的常規(guī)監(jiān)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，但由于長(zhǎng)期缺少參與監(jiān)測(cè)技術(shù)市場(chǎng)的同步發(fā)展，對(duì)深基坑的監(jiān)測(cè)技術(shù)基本是個(gè)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(diǎn)拋磚引玉的作用。
