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深圳市勘察研究院有限公司
摘要：本文结合工程实际，对其深基坑工程的现场监测，分析并阐述深基坑施工过程中基坑监测方案及监测结果。
关键词：深基坑；基坑监测
1 工况
该工程是建筑大楼，地下2层，地上6层，南北长91.7m，东西宽89.6m，工程的西面距离基坑底边线为4.0 m；南面距离基坑底边线为4.80m，都分布有管网，其基坑的平面图如图1所示。
图1 基坑平面和测点布置图
拟建场地地形平坦，最大高差0.69m，地貌单元为平原。根据钻探揭露，场地内分布的土层主要是冲积成因的粉土、粉砂和粉质黏土，各土层的性质指标见表1.
表1 各土层的性质指标
2 基坑支护与监测方案
2.1支护方案
该基坑安全等级为一级，综合考虑场地工程地质条件、水文地质条件、基坑周边环境及基坑开挖深度，基坑支护方案具体情况如下。
1）基坑北侧、西侧、东侧南部采用钻孔灌注樁方案（1-1剖面），基坑上部2.5 m按1：0.3放坡开挖，2.5m以下垂直开挖，采用桩锚支护方案.第1排、第3排、第5排以及第7排布置摩擦土钉，长度分别为9.0，2.0，2.0，2.0m，倾角均为15%。第2排、第4排和第6排布置锚索，长度分别为22.0，20.0，18.0m，自由段长度分别为8，7，7m，倾角均为15%预应力均为180 kN，如图2所示.
2）基坑东侧北部采用双排钻孔灌注桩方案（2-2剖面），基坑垂直开挖.桩间设置7排土钉，第1排长度为8.0m，第2，3，4排土钉长度均为9.0m，第5，6，7排土钉长度均为6.0m，倾角均为15%，如图3所示.
3）基坑南侧采用复合土钉墙支护方案，基坑采用1：0.3放坡开挖，在4.0m位置设置宽1.0m的台阶，共设置5排土钉，2排预应力锚杆，共7排.第1排土钉长度为8.0m，倾角为15°；第2排土钉长度为9.0m，倾角为15°；第3排锚杆长度15.0m自由段长6m，倾角为15°，预应力为50 kN；第4排土钉长度12.0m，倾角为150；第5排锚杆长度15.0m，自由段长6m，倾角为15°，预应力为50 kN；第6排土钉长度为8.0m，倾角为15°；第7排土钉长度为7.0m，倾角为15°
图2 钻孔灌注桩支护剖面图（1-1剖面）
2.2监测方案
根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）并结合该基坑特点，确定重点监测内容为桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和周边建筑物的沉降。
1）桩顶水平位移的监测.为观测方便且能及时掌握支护结构的变形情况，桩顶水平位移监测点设置在护坡桩桩顶冠梁上，各监测点间距为20-30m。此次监测共布设12个监测点P1-P12（图1），采用视准线法来测定桩顶水平位移。施工过程中监测频率为1次/d，报警值为累计位移30mm.
2）深层水平位移的监测.用测斜仪在预先埋设好的小60mm PVC测斜管测量基坑边壁的水平位移.根据该基坑的具体情况，此次监测在基坑周边一共布设6个测斜孔，测点（Sl-S6）平面图如图1所示.监测频率为施工过程中1次/d，报警值为累计位移45～50 mm，变化速率2～3mm/d
图3 双排桩支护剖面图（2-2剖面）
3）锚索轴力的监测.锚索轴力的监测是用振弦式锚索测力计测量.此次监测共布设4个锚索，编号分别是M（30286），M（40441），M（40444），M（40446），具体位置如图1所示。监测频率为施工过程中1次/d，报警值为60%～70%的构件承载能力设计值。
4）周边建筑物沉降的监测。周边建筑物沉降的监测用DSOS精密水准仪观测，通过平差计算出各测点的高程，利用前后两次观测的高程之差来反映建筑物的沉降。
3 监测结果分析
3.1桩顶水平位移
监测结果表明，基坑开挖过程中最大水平位移为12.02mm，未达到报警值（30 mm）。选取4个角点P3，P6，P7，P10以及2个危险点P8～P11进行分析，，各监测点水平位移随着基坑开挖，总趋势是逐渐增大的，但又都存在2个明显的转折点。基坑开挖初期，P3测点水平位移发展较其他测点快，原因是此处基坑开挖速度快，同时在该处附近堆放了一些钢筋等重物，造成该区域附加荷载急剧增加，将钢筋等材料移走后持续监测，发现该点水平位移逐渐趋向稳定，可见桩顶水平位移的大小受桩顶荷载情况影响明显.随后，各测点水平位移按近似线性增长方式发展，P6测点的水平位移发展最快，这首先是由于在该测点处基坑开挖速度快，未及时对基坑进行坑壁支护；其次是由于P6测点靠近基坑转角处，而在基坑转角处围护结构所受土压力集中，导致该区域桩体向基坑方向水平移动的速度增大.当基坑开挖到设计标高后，位移曲线几乎成水平状。此外，基坑长边水平位移较短边水平位移大。
图4 S2测点深层水平位移曲线
由图4可知，侧向位移量随着基坑开挖的进行不断变大，基坑开挖面以上增大迅速，基坑底部变形迟缓。基坑开挖的前期，基坑内土体应力得到解除，2012年11月24日至2012年12月28日这段时间内S2测斜管水平位移变化有逐渐增大的态势，2013年01月12日，水平位移变化曲线较之前变化较大，深层最大水平位移为15.75 mm，位于埋深6.5 m处，整体趋势发展为“S”型，埋深2.5 m范围内深层水平位移由大变小，面埋深2.5～6.5 m范围内深层水平位移由小变大.导致这种偏差的原因是该处基坑的开挖方式和支护形式比较特殊：基坑上部2.5m按1：0.3放坡开挖，2.5m以下垂直开挖，采用桩锚支护方案，可以抑制边坡上部土体的水平移动，在冠梁处位移发展得慢，到后期深层水平位移曲线图发展成鼓腹状。 3.2深层水平位移
深层水平位移共布设6个测孔，监测数据多，在此仅取代表性数据，S2，S5测斜管水平位移变化曲线如图4和图5所示.监测结果表明：各测斜管得到的土体深层水平位移最大值为8.75～30.15mm，全部符合相应的水平位移控制指标（单次变化值小于2mm累计变化值小于45mm）。
图5 SS测点深层水平位移曲线
由图6可知，SS测斜管水平位移在2012年11月30日至2012年12月25日这段时间内变化不大，自2012年12月25日开始，测斜管水平位移线开始突然增大，深层最大水平位移为16.8mm，位于埋深5.5m处，到后期呈现出“两头小，中间大”的变形特征.分析这两个测斜管的水平位移变化曲线可发现都有一个明显的位移增大点，增长最大值可达20mm，位于埋深0.5m处。按照常理，在测斜管周边的边坡应该有裂缝产生，但在现场并没有發现明显的裂缝，造成这种偏差的原因是测斜管埋设中周边填料与土体弹性差别较大，后经现场管理人员重新回填砂土处理后，在后期读数中能反映出深层土体水平位移发展比较稳定.可见深层水平位移大小及分布与基坑开挖深度、支护结构体刚度、地质状况等因素有关。
3.3锚索轴力
4个锚索张拉后最大轴力值为140.92kN，未达到报警值180kN锚索轴力随时间的变化曲线如图6所示.
图6 锚索轴力随时间的变化曲线
由图6可知，在前10d左右由于锚索蠕变出现一定的应力损失，4个锚索的轴力都有些波动，达到最大值后基本保持恒定.M（30286），M（40444）和M（40441）锚索之间的轴力终值相差了20kN左右，M（30286）和M（40446）锚索之间的轴力终值相差接近40kN。经过分析，这4个锚索所处位置的基坑支护方案以及周边环境各不相同，随着基坑开挖深度的增大，被动土压力逐渐减小，M（40446）锚索所处位置处于仰角，主动土压力超过锚索预应力的荷载完全由锚索承担，其锚索轴力相对最大为140.92 kN。M（40441）锚索处于基坑的西侧，附近没有构筑物，主动土压力由锚索和桩体共同承担，其锚索轴力相对最小，为69.43kN。此外，锚索轴力的大小与变化与基坑开挖顺序及其速度也有很大关系，随着土压力的重分布，各锚索轴力又发生调整，表现出不均匀性.
3.4周边建筑物的沉降
引起基坑周边建筑物沉降的原因主要有两个：①基坑开挖卸荷，使应力场发生变化，引起基坑周边地面沉降；②基坑开挖降水引起的地下水渗流，形成渗流场，地下水位降低，土中有效应力增加，产生沉降。在整个基坑开挖过程中，建筑物最大单次沉降值为0.41mm最大累计沉降量8.44mm，均未达到报警值。靠近基坑监测点的沉降值大于远离基坑的监测点。取靠近基坑监测点的监测数据进行分析，建筑物沉降随时间变化的曲线如图8所示.
由图7可知，建筑物沉降随着基坑开挖深度的逐渐增加而不断增大，具有“慢～快～慢，小～大～小”台阶式的变化规律.在基坑开挖初期（0-10d），开挖深度浅，开挖速度也慢，建筑物沉降发展很缓慢，曲线变化呈近似水平状，沉降量小；随着基坑的开挖深度的增大以及开挖速度的加快（10～60d），曲线变化呈持续上升趋势，支护结构和外侧土体变形较大，引起建筑物加速沉降；在60～100d期间，基坑停止开挖，曲线逐渐趋近于水平，说明建筑物沉降趋于稳定；100d以后，基坑又继续开挖直至基坑设计标高，建筑物沉降有所发展但发展缓慢，最后趋于稳定状态.由此可知，基坑周边建筑物沉降与基坑开挖深度和开挖速度有关.此外，从图7可以看出这6个测点处的累计沉降量有明显差异：C2的累计沉降量最大，为8.44 mm；C6的累计沉降量最小，为5.04 mm.这是由于这6个测点离基坑的远近不同而造成的，距基坑近的土体受扰动程度严重，土体将保持相对较差的整体稳定性，沉降量大。在施工过程中建筑物墙体没有出现裂缝，说明建筑物是整体均匀沉降。
图7 建筑物沉降随时间的变化曲线
4 结语
1）桩顶水平位移随着基坑开挖，总趋势是逐渐增大，桩顶水平位移的大小受桩顶荷载情况影响明显，靠近基坑转角处的监测点，其水平位移发展快，基坑长边水平位移较短边水平位移相对较大.
2）随着基坑的开挖，土体深层水平位移基本也是逐渐处于增长状态，各阶段的位移发展与时间并不是呈线性关系.深层水平位移在冠梁处发展得慢，到后期，深层水平位移曲线图发展成“两头小，中间大”的鼓腹状形态。
3）锚索轴力在张拉锁定后短时间内发生较大的预应力损失，锚索轴力有些波动，达到最大值后基本保持恒定.不同的支护方案以及不同的周边环境基坑位置的锚索轴力有明显差异.
4）建筑物沉降随着基坑深度的逐渐增加而不断增大，表现出“慢～快～慢，小～大～小”台阶式的变化规律.
5）从桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力及周边建筑物沉降变形等监测的结果可知，该工程的支护方案效果良好，可满足设计和环境的要求。
摘要：本文结合工程实际，对其深基坑工程的现场监测，分析并阐述深基坑施工过程中基坑监测方案及监测结果。
关键词：深基坑；基坑监测
1 工况
该工程是建筑大楼，地下2层，地上6层，南北长91.7m，东西宽89.6m，工程的西面距离基坑底边线为4.0 m；南面距离基坑底边线为4.80m，都分布有管网，其基坑的平面图如图1所示。
图1 基坑平面和测点布置图
拟建场地地形平坦，最大高差0.69m，地貌单元为平原。根据钻探揭露，场地内分布的土层主要是冲积成因的粉土、粉砂和粉质黏土，各土层的性质指标见表1.
表1 各土层的性质指标
2 基坑支护与监测方案
2.1支护方案
该基坑安全等级为一级，综合考虑场地工程地质条件、水文地质条件、基坑周边环境及基坑开挖深度，基坑支护方案具体情况如下。
1）基坑北侧、西侧、东侧南部采用钻孔灌注樁方案（1-1剖面），基坑上部2.5 m按1：0.3放坡开挖，2.5m以下垂直开挖，采用桩锚支护方案.第1排、第3排、第5排以及第7排布置摩擦土钉，长度分别为9.0，2.0，2.0，2.0m，倾角均为15%。第2排、第4排和第6排布置锚索，长度分别为22.0，20.0，18.0m，自由段长度分别为8，7，7m，倾角均为15%预应力均为180 kN，如图2所示.
2）基坑东侧北部采用双排钻孔灌注桩方案（2-2剖面），基坑垂直开挖.桩间设置7排土钉，第1排长度为8.0m，第2，3，4排土钉长度均为9.0m，第5，6，7排土钉长度均为6.0m，倾角均为15%，如图3所示.
3）基坑南侧采用复合土钉墙支护方案，基坑采用1：0.3放坡开挖，在4.0m位置设置宽1.0m的台阶，共设置5排土钉，2排预应力锚杆，共7排.第1排土钉长度为8.0m，倾角为15°；第2排土钉长度为9.0m，倾角为15°；第3排锚杆长度15.0m自由段长6m，倾角为15°，预应力为50 kN；第4排土钉长度12.0m，倾角为150；第5排锚杆长度15.0m，自由段长6m，倾角为15°，预应力为50 kN；第6排土钉长度为8.0m，倾角为15°；第7排土钉长度为7.0m，倾角为15°
图2 钻孔灌注桩支护剖面图（1-1剖面）
2.2监测方案
根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）并结合该基坑特点，确定重点监测内容为桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力和周边建筑物的沉降。
1）桩顶水平位移的监测.为观测方便且能及时掌握支护结构的变形情况，桩顶水平位移监测点设置在护坡桩桩顶冠梁上，各监测点间距为20-30m。此次监测共布设12个监测点P1-P12（图1），采用视准线法来测定桩顶水平位移。施工过程中监测频率为1次/d，报警值为累计位移30mm.
2）深层水平位移的监测.用测斜仪在预先埋设好的小60mm PVC测斜管测量基坑边壁的水平位移.根据该基坑的具体情况，此次监测在基坑周边一共布设6个测斜孔，测点（Sl-S6）平面图如图1所示.监测频率为施工过程中1次/d，报警值为累计位移45～50 mm，变化速率2～3mm/d
图3 双排桩支护剖面图（2-2剖面）
3）锚索轴力的监测.锚索轴力的监测是用振弦式锚索测力计测量.此次监测共布设4个锚索，编号分别是M（30286），M（40441），M（40444），M（40446），具体位置如图1所示。监测频率为施工过程中1次/d，报警值为60%～70%的构件承载能力设计值。
4）周边建筑物沉降的监测。周边建筑物沉降的监测用DSOS精密水准仪观测，通过平差计算出各测点的高程，利用前后两次观测的高程之差来反映建筑物的沉降。
3 监测结果分析
3.1桩顶水平位移
监测结果表明，基坑开挖过程中最大水平位移为12.02mm，未达到报警值（30 mm）。选取4个角点P3，P6，P7，P10以及2个危险点P8～P11进行分析，，各监测点水平位移随着基坑开挖，总趋势是逐渐增大的，但又都存在2个明显的转折点。基坑开挖初期，P3测点水平位移发展较其他测点快，原因是此处基坑开挖速度快，同时在该处附近堆放了一些钢筋等重物，造成该区域附加荷载急剧增加，将钢筋等材料移走后持续监测，发现该点水平位移逐渐趋向稳定，可见桩顶水平位移的大小受桩顶荷载情况影响明显.随后，各测点水平位移按近似线性增长方式发展，P6测点的水平位移发展最快，这首先是由于在该测点处基坑开挖速度快，未及时对基坑进行坑壁支护；其次是由于P6测点靠近基坑转角处，而在基坑转角处围护结构所受土压力集中，导致该区域桩体向基坑方向水平移动的速度增大.当基坑开挖到设计标高后，位移曲线几乎成水平状。此外，基坑长边水平位移较短边水平位移大。
图4 S2测点深层水平位移曲线
由图4可知，侧向位移量随着基坑开挖的进行不断变大，基坑开挖面以上增大迅速，基坑底部变形迟缓。基坑开挖的前期，基坑内土体应力得到解除，2012年11月24日至2012年12月28日这段时间内S2测斜管水平位移变化有逐渐增大的态势，2013年01月12日，水平位移变化曲线较之前变化较大，深层最大水平位移为15.75 mm，位于埋深6.5 m处，整体趋势发展为“S”型，埋深2.5 m范围内深层水平位移由大变小，面埋深2.5～6.5 m范围内深层水平位移由小变大.导致这种偏差的原因是该处基坑的开挖方式和支护形式比较特殊：基坑上部2.5m按1：0.3放坡开挖，2.5m以下垂直开挖，采用桩锚支护方案，可以抑制边坡上部土体的水平移动，在冠梁处位移发展得慢，到后期深层水平位移曲线图发展成鼓腹状。 3.2深层水平位移
深层水平位移共布设6个测孔，监测数据多，在此仅取代表性数据，S2，S5测斜管水平位移变化曲线如图4和图5所示.监测结果表明：各测斜管得到的土体深层水平位移最大值为8.75～30.15mm，全部符合相应的水平位移控制指标（单次变化值小于2mm累计变化值小于45mm）。
图5 SS测点深层水平位移曲线
由图6可知，SS测斜管水平位移在2012年11月30日至2012年12月25日这段时间内变化不大，自2012年12月25日开始，测斜管水平位移线开始突然增大，深层最大水平位移为16.8mm，位于埋深5.5m处，到后期呈现出“两头小，中间大”的变形特征.分析这两个测斜管的水平位移变化曲线可发现都有一个明显的位移增大点，增长最大值可达20mm，位于埋深0.5m处。按照常理，在测斜管周边的边坡应该有裂缝产生，但在现场并没有發现明显的裂缝，造成这种偏差的原因是测斜管埋设中周边填料与土体弹性差别较大，后经现场管理人员重新回填砂土处理后，在后期读数中能反映出深层土体水平位移发展比较稳定.可见深层水平位移大小及分布与基坑开挖深度、支护结构体刚度、地质状况等因素有关。
3.3锚索轴力
4个锚索张拉后最大轴力值为140.92kN，未达到报警值180kN锚索轴力随时间的变化曲线如图6所示.
图6 锚索轴力随时间的变化曲线
由图6可知，在前10d左右由于锚索蠕变出现一定的应力损失，4个锚索的轴力都有些波动，达到最大值后基本保持恒定.M（30286），M（40444）和M（40441）锚索之间的轴力终值相差了20kN左右，M（30286）和M（40446）锚索之间的轴力终值相差接近40kN。经过分析，这4个锚索所处位置的基坑支护方案以及周边环境各不相同，随着基坑开挖深度的增大，被动土压力逐渐减小，M（40446）锚索所处位置处于仰角，主动土压力超过锚索预应力的荷载完全由锚索承担，其锚索轴力相对最大为140.92 kN。M（40441）锚索处于基坑的西侧，附近没有构筑物，主动土压力由锚索和桩体共同承担，其锚索轴力相对最小，为69.43kN。此外，锚索轴力的大小与变化与基坑开挖顺序及其速度也有很大关系，随着土压力的重分布，各锚索轴力又发生调整，表现出不均匀性.
3.4周边建筑物的沉降
引起基坑周边建筑物沉降的原因主要有两个：①基坑开挖卸荷，使应力场发生变化，引起基坑周边地面沉降；②基坑开挖降水引起的地下水渗流，形成渗流场，地下水位降低，土中有效应力增加，产生沉降。在整个基坑开挖过程中，建筑物最大单次沉降值为0.41mm最大累计沉降量8.44mm，均未达到报警值。靠近基坑监测点的沉降值大于远离基坑的监测点。取靠近基坑监测点的监测数据进行分析，建筑物沉降随时间变化的曲线如图8所示.
由图7可知，建筑物沉降随着基坑开挖深度的逐渐增加而不断增大，具有“慢～快～慢，小～大～小”台阶式的变化规律.在基坑开挖初期（0-10d），开挖深度浅，开挖速度也慢，建筑物沉降发展很缓慢，曲线变化呈近似水平状，沉降量小；随着基坑的开挖深度的增大以及开挖速度的加快（10～60d），曲线变化呈持续上升趋势，支护结构和外侧土体变形较大，引起建筑物加速沉降；在60～100d期间，基坑停止开挖，曲线逐渐趋近于水平，说明建筑物沉降趋于稳定；100d以后，基坑又继续开挖直至基坑设计标高，建筑物沉降有所发展但发展缓慢，最后趋于稳定状态.由此可知，基坑周边建筑物沉降与基坑开挖深度和开挖速度有关.此外，从图7可以看出这6个测点处的累计沉降量有明显差异：C2的累计沉降量最大，为8.44 mm；C6的累计沉降量最小，为5.04 mm.这是由于这6个测点离基坑的远近不同而造成的，距基坑近的土体受扰动程度严重，土体将保持相对较差的整体稳定性，沉降量大。在施工过程中建筑物墙体没有出现裂缝，说明建筑物是整体均匀沉降。
图7 建筑物沉降随时间的变化曲线
4 结语
1）桩顶水平位移随着基坑开挖，总趋势是逐渐增大，桩顶水平位移的大小受桩顶荷载情况影响明显，靠近基坑转角处的监测点，其水平位移发展快，基坑长边水平位移较短边水平位移相对较大.
2）随着基坑的开挖，土体深层水平位移基本也是逐渐处于增长状态，各阶段的位移发展与时间并不是呈线性关系.深层水平位移在冠梁处发展得慢，到后期，深层水平位移曲线图发展成“两头小，中间大”的鼓腹状形态。
3）锚索轴力在张拉锁定后短时间内发生较大的预应力损失，锚索轴力有些波动，达到最大值后基本保持恒定.不同的支护方案以及不同的周边环境基坑位置的锚索轴力有明显差异.
4）建筑物沉降随着基坑深度的逐渐增加而不断增大，表现出“慢～快～慢，小～大～小”台阶式的变化规律.
5）从桩顶水平位移、深层水平位移、锚索轴力及周边建筑物沉降变形等监测的结果可知，该工程的支护方案效果良好，可满足设计和环境的要求。