张海伟
上海上咨建设工程咨询有限公司 上海 200003
摘要：现阶段，我国城市基础设施建设进程加快，城市中的高层建筑也随之增多，如此就出现了超大超深基坑，并促进了基坑开挖与支护技术的全面发展。现场监测是保障工程安全施工的重要途径，且逐渐成为工程建设管理部门所推行的强制性措施。本文就将分析超大超深基坑监测技术，以供参考。
关键词：超大超深基坑；监测技术；安全施工；
社会发展中，出现了大量的高层及超高层建筑，建筑基坑尺寸明显增加，深度也发生了较大变化，周边环境复杂度显著提高。基坑监测技术能够确保工程施工顺利进行，保障周边建筑物的稳定性与安全性。
1基坑监测的实际作用
基坑监测是建筑工程施工中的关键环节，尤其是施工覆盖范围较广，施工规模较大的工程，以及超大超深的深基坑。具体来说，基坑监测的作用集中体现在如下几方面：
1）通过基坑监测，可以及时发现潜在风险隐患，保证基坑周边土体的安全稳定性，尽可能减轻基坑施工对周围自然环境的破坏程度。根据以往积累的实践经验可知，基坑周边土体结构不稳定，施工现场环境复杂，施工人员对深基坑客观认知不足是导致施工阶段发生突发性安全事故的主要原因。而开展基坑监测，则可以及时发现潜在危险，减轻突发性事故造成的损失。
2）由于基坑施工中存在诸多的不可预见性和不可控因素，故而制定统一标准模式的难度也相对较大。现阶段，国内深基坑工程设计以“半经验、半理论”设计模式为主[1]。利用基坑监测，可以全面掌控基坑周边岩土结构的荷载作用力变化情况和不规则形变情况。由监测单位出具完整且精确的监测报告，递送至设计单位。设计单位根据监测结果，有针对性、有侧重性的对施工工艺和施工技术加以灵活调整，并严格控制各项关键施工参数，充分发挥各类施工技术的优势与作用，以此降低施工安全事故的发生率，保障施工安全，提高施工质量。
结合上文内容可知，基坑监测可以及时排除施工安全隐患，减少施工安全事故造成的损失；调整工程设计方案，提升施工水平。而这两方面作用，对于节约工程投资成本是十分有利的。再者，地下管线遍布城市的各个角落，而地下管线的未知性和复杂性也在一定程度上增大了施工难度。通过对施工场区的地下管线和周边区域的基础设施建设情况展开监测，可以避免对原有地下管线的破坏，确保居民的正常生产生活，同时还可以推动基坑施工的有序开展，保障业主方的根本权益。
2监测点布设的基本原则
监测点布设是深基坑监测工作中最基础且最关键的环节。可以说，监测点布设的科学合理性，决定了整体深基坑监测工作的落实成果。建筑单位应深入施工现场展开环境考察，结合以往积累的实践经验，参照标准规范对监测点加以布设。在深基坑正式开挖施工前，调整布设的各个监测点的间隔距离，采集各个监测点的初始数据[2]。监测点的布设原则如下：
2.1实用性原则
即便是施工范围与深基坑的规模较大也要合理控制监测点数量。如果监测点布设数量过于密集，不仅会使整个监测流程更加复杂化，而且海量化的数据也会增大数据分析难度，影响监测结果的精确性。由此可知，监测点的布设既要如实反馈被测对象的实际状态，又应对被测对象未来一段时间内的状态变化加以分析。
2.2独立性原则
基坑监测是一个长期性、动态化的过程，是贯穿基坑工程整个施工流程的。设置的监测标志既要便于空间定位，又不能在监测周期内发生较大的变化。与此同时，布设的监测点应远离高大障碍物或交通道路，以免对基坑监测工作造成不利影响。再者，监测点的布设不能与现场施工发生冲突，不能阻碍正常施工，否则将会造成适得其反的效果。
2.3关键区重点监测原则
对于整个深基坑工程来说，不同部位的土体结构的受力情况和稳定性存在一定差异。为此，施工人员需结合实际情况，采取合理的基坑安全防护措施。土体构造松散的部位，稳定性也相对较差，易发生局部坍塌的问题，诱发施工安全事故。为此，施工单位要明确划分重点监测区，并加大对重点监测区的监测力度。在必要的情况下，加大监测点的布设密度，第一时间获取精确的监测数据，提前预判土体结构能否出现崩塌。在变形监测网布置时，全面考量基坑周边环境概况及基坑安全支护结构要求，保障变形监测网布置的合理性与可靠性，提高基坑监测的时效性与精确性[3]。通常情况下，变形监测网点主要包括水准基点、平面控制点和变形监测点。变形监测网点的布设要求与标准规范如下所述。
1）水准基点
水准基点的布设要求相对较高。一方面，水准基点必须布设在基坑影响范围以外的空间环境中，且水准基点的布设位置必须在整个监测周期内保持稳定状态，如大体量坚硬岩石或不会出现较大幅度沉降的建筑物上。需要格外强调的是，水准基点不得布设在地势低洼，积水深度较大的区域。另一方面，在水准基点布设时，充分考量基坑深度及所处位置的土体结构裂隙。通常情况下，超大超深基坑的水准基点的布设数量不得少于3个。施工人员必须严格遵照国家和行业标准规范布设水平位移监测基准点，确保选定的水准基点始终保持安全平稳状态。不仅如此，布设的各水准基点间还必须具有良好的通视条件，不能出现空间体积较大的障碍物，以免阻碍监测工作的有序开展，削弱监测数据的精确性与可靠性。在基坑监测过程中，还须定期对各个水准基点的位置予以密切关注。
2）平面控制点
每一个基坑工程都至少要设置三个平面控制点，而且平面控制点应选择布设在安全稳定的区域。从空间位置方面来说，水平位移监测基线必须与深基坑保持平行。由此，最大程度的提升基坑监测时效性与精确性。同时，定期对各个平面控制点实行联合监测，使平面控制点满足标准规范。
3）变形监测点
布设的变形监测点应能够如实反馈基坑的断面变化情况和基坑的不规则形变发展情况。在水平位移变形监测点布设时，使用冲击钻头在支护混凝土结构上钻孔，置入球形顶端的钢制钉，使用水泥砂浆对钢制钉实施固定处理。由此，形成完整的支护结构体系。在变形监测时，以十字型标志为参照物，保证监测数据的完整性与精确性。一旦察觉监测表面出现开裂现象，第一时间采取合理的处置措施，以免影响监测的结果。监测人员要全面掌控监测面开裂情况，如实记录相关数据，上报至主管单位和负责人处。分析导致监测面开裂的原因，明确开裂程度，对监测点是否可修予以客观判定[4]。
3.监测点的布设方法
3.1 围护结构测斜、土体测斜
测斜管绑扎长度与钢筋骨架相当。测斜管的顶、底两端用专用密封塞塞好，盖好管盖。测斜管应绑扎在钢筋骨架迎土面一侧。测斜管内部的一组导槽应与围护墙体水平延伸方向基本垂直。
测斜管管口在墙顶处应根据实际情况作保护处理，必要时采取加设钢套管等保护措施。土体测斜采用钻孔法埋设测斜管,孔深较围护结构深5-10m，以监测踢脚位移情况。采用上海地铁公司要求的专用封顶（带锁定螺栓）和等壁厚测斜管，详见下图。
测量时采用测斜仪，假定顶部为不动点，逐步叠加测量每0.5m深度处墙体的水平位移量。每次测量按管口处的墙顶位移值进行修正。
图1 测斜管埋设图
3.2 墙顶沉降、位移
用冲击钻将道钉打入地下连续墙（或钻孔桩）压顶梁顶或在浇筑地下连续墙压顶梁顶混凝土时将钢筋插入，对应墙体测斜孔位置布置，见下图。
沉降测量采用精密电子水准仪，通过联测稳定的高程基准点，建立固定的水准线路，计算各监测点的高程。水平位移测量采用视准线法、极坐标法，通过建立稳定的基准线，量测监测点相对于基准线的位移量，也可采用全站仪来进行测量。
图2 围护结构顶圈梁垂直、水平位移监测埋设示意图
3.3 支撑轴力
对于设置内支撑的基坑工程，一般是选择部分典型支撑进行轴力变化观测，以掌握支撑系统的正常受力。沿主体基坑长边支撑体系每约30m～50m布置1组断面，在同一竖直面内每道支撑均应布设测点。钢支撑拟采用轴力计作为支撑内力测试传感器，轴力计安装于钢支撑固定端部；混凝土支撑拟采用钢筋应力计作为支撑内力测试传感器，焊接安装于支撑1/3处的主筋上。
（1）钢支撑轴力计安装方法
①采用专用的轴力架安装架固定轴力计，将轴力计圆形钢筒安装架上没有开槽的一端面与支撑固定头断面钢板焊接牢固，电焊时安装架必须与钢支撑中心轴线与安装中心点对齐。
②待焊接冷却后，将轴力计推入安装架圆形钢筒内，并用螺丝（M10）把轴力计固定在安装架上。
③钢支撑吊装到位后，即安装架的另一端（空缺的那一端）与围护墙体上的钢板对上，中间加一块250mm×250mm×25mm的加强钢垫板，以扩大轴力计受力面积，防止轴力计受力后陷入钢板影响测试结果。
④将读数电缆接到基坑顶上的观测站；电缆统一编号，用白色胶布绑在电缆线上作出标识，电缆每隔两米进行固定，外露部分做好保护措施。
图3 支撑轴力断面示意图
（2）埋设技术要求
①安装前测量一下轴力计的初频，是否与出厂时的初频相符合（≤±20Hz）如果不符合应重新标定或者另选用符合要求的轴力计。
②安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一条直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计（反力计）正常传递到支护结构上。在钢支撑在吊装前，把轴力计的电缆妥善地绑在安装架的两翅膀内侧，防止在吊装过程中损伤电缆。
（3）钢筋混凝土支撑（砼支撑）安装方法
砼支撑轴力监测可通过在支撑内布设钢筋应力计实施。布设时，每道支撑设4只应力计， 分别搭焊在混凝土支撑的四面主筋上。在浇筑支撑砼的同时将钢筋计上的电线引出以便今后测试时使用。如下图所示。
图4 砼支撑轴力埋设示意图
3.4 地下水位
用钻机钻孔至设计深度后清孔，孔底部以上2m处安放Φ52mm的PVC透水管，在其外侧用铜网包好。然后逐节将水位管插入孔内至6米深度。在透水管的深度范围内回填黄砂，以保持良好透水性，然后用回填膨润土将孔隙填实。成孔后加清水，检验成孔质量，孔口用盖子盖好，防止地表水进入孔内。布点如下图所示。
图5 水位观测孔井身结构示意图
地下水位监测孔主要布设在水位埋深较小、水位变化较大、地质条件相对复杂、地下结构沉降较大等部位（如地墙或钻孔桩接缝处），观测孔的位置都是选在便于长期保存和观测位置。车站内外的承压水观测井，将利用降水单位的降水井或观测井进行观测。
3.5地表沉降
对处于城市敏感部位或关键部位的工程，如重要建筑物或构筑物、城市主干道或其交叉路口、重要管线或管道、密集住宅小区等在布设地面环境监测点，布设地面深层监测点。在地面深层沉降监测点布设时穿透路面结构硬壳层，沉降标杆采用Φ25mm螺纹钢标杆，螺纹钢标杆深入原状土60cm以上，沉降标杆外侧采用内径大于13cm的金属套管保护。保护套管内的螺纹钢标杆间隙用黄砂回填。金属套管顶部设置管盖，管盖安装须稳固，与原地面齐平；为确保测量精度，螺纹标杆顶部应在管盖下20cm。
4实例分析
4.1 项目概况
为更好的阐述超大超深基坑监测技术的实际应用，本文就以笔者曾经参与过的工程项目为例加以说明。该工程为上海市轨道交通18 号线，是一条位于城市东部地区南北向的切向线，沿线经过的行政区划有浦东新区、杨浦区和宝山区3 个行政区。线路串联了航头镇、周浦中心镇、花木副中心、江湾五角场副中心等客流集散点，将带动沿线开发、发展，加强与市中心的联系，发挥骨干交通的重要作用。
4.2 本标段监测工作范围
①2车站1风井：下盐路站、沈梅路站、1个中间风井（下盐路站～沈梅路站）；②3区间（下盐路站～沈梅路站盾构区间、沈梅路站～出入场线工作井盾构区间、繁荣路站～沈梅路站盾构区间）、5座联络通道；③配套市政桥梁改建3座：沈庄桥、沈庄南一桥、沈庄南二桥。
4.3监测技术分析
对比端头井和标准段的数据图表可知基坑墙体位移较大的测点多分布于标准段3-10轴，西端头井及封堵墙加固区域，测点变形较小，地墙位移量及周边地表沉降量大致为未加固区域的1/2。可见在软土地区，坑底加固措施可以有效控制基坑变形。
墙体位移主要产生在第三道支撑及垫层的开挖过程中，其中有5个测孔在开挖最后一层土过程中，阶段变化量超过30mm，约为总累计量的1/3。可见缩短最后两层土的开挖时间及垫层和底板的浇筑时间能够有效控制基坑总的变形，因为从地质情况可知最后两层土主要为淤泥质粘土层，灵敏度高，含水量大，这也是软土地区深基坑施工的风险点。
垫层及底板浇筑后，墙体变形明显放缓，所以要控制基坑变形还要从基坑开挖的时空效应出发，尽量缩短基坑无支撑暴露时间，做到随挖随撑，严禁超挖。
从标准段的监测数据可以发现，长条形基坑两段变形明显小于中部，所以为了控制基坑变形，在土方开挖至基坑中段要加强监测，及时反馈，为施工提供参数。
5.结束语
总之，超大超深基坑监测是现阶段基坑作业中的主要发展趋势，上文结合工程实际分析了超大超深基坑监测技术，探究了工程监测中的细节要点，并根据监测难点，给出了具体的解决措施，力求加强监测结果的准确性与可靠性，为基坑建设打下坚实的基础。
参考文献：
[1]邓轶昕,肖艳升,张蒙.超大超深基坑监测技术[J].建筑技术,2019,v.50;No.597(09)
[2]周乐木,孙开武,殷源,等.大锚锭超深基坑降水施工关键技术及监测分析[J].土木工程与管理学报,2020,v.37(02):114-117.
[3]吴啸行.超大超深基坑围护体系施工难点之案例分析[J].中外建筑,2019,No.219(07):211-214.
[4]李兵,孙小飞,于忠诚,等.地铁深基坑施工与邻近建筑的关联效应研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版）,2020,036(001):86-93.
[5]群森何.深基坑监测技术中的应用和发展[J].工程建设,2020,3(6).