摘要：本文嘉定区轨道交通11号线马陆站住宅、商业及办公用房项目（A块）地块基坑支护工程为例，详细研究了基坑围护方案，基坑围护需要设计采用重力坝、场地不足处采用钻孔灌注桩+一道支撑方案这样可以减小对周边道路及构筑物的影响。对基坑施工中竖向位移（沉降）监测、围护桩顶水平位移监测方案进行研究，最后工程施工监测结果进行分析表明小于警戒值。
关键词：基坑围护；重力坝；施工监测
1.引言
嘉定区轨道交通11号线马陆站住宅、商业及办公用房项目（A块）地块位于上海市嘉定区马陆镇。北临崇教路，南至轨道交通11号线马陆站（崇文路）并与轨道交通11号线马陆站相连，东起阿克苏南路，西到康丰路，东西长约210米，南北宽约180米的矩形地块。基地面积约38586平方米。A地块规划总用地面积38586㎡，总建筑面积112179㎡。本工程基坑开挖深度6.8m、7.5 m局部（桩承台、集水坑、电梯井等）尚需落深，按上海市建委关于基坑深度划分标准，属于深基坑范畴。深基坑施工之排水、挖土对周边存有不利影响，易造成其他建筑物沉陷，变形、开裂甚至因此渗漏水，因此需要对基坑的支护工程进行监控，本文对基坑施工中竖向位移（沉降）监测、围护桩顶水平位移监测方案进行研究，最后工程施工监测结果进行分析表明小于警戒值。
图1 基本位置图
2.基坑围护方案研究
本工程基坑形状基本规则近似呈“7”字形，开挖深度约6.05m，开挖面积约11530㎡。基坑边线距离红线距离3.2m~6.2m，围护场地南北侧较为宽松，东西侧较为狭窄。基坑周边环境较为简单，但仍须采取一定的措施予以保护，以策安全，拟建场地浅部第②3层砂质粉土，该层渗透系数较大，渗透性强，应采取切实措施，保证隔水帷幕的施工质量和止水效果，场地西侧及南侧红线位置围墙已施工，施工需考虑围墙的影响和对围墙的保护。基坑开挖深度范围内的地基土主要为软弱的粘性土，土性极为软弱，基坑开挖必须采用有效的围护挡土措施。根据基坑围护需要设计采用重力坝（宽度不足处采用坑内补偿式坝体）、场地不足处采用钻孔灌注桩+一道支撑方案，西侧采用坑内补偿式坝体+一道钢管斜撑的围护措施以控制变形，减小对周边道路及构筑物的影响。
（1）因考虑在基坑围护之后基础开挖及结构施工，基坑在围护施工后的基坑边线距离红线围墙近，仅能围绕基坑设置一条施工便道，针对今后基础底板施工，采用基坑东北角及东侧区域、北侧部分区域作为临时材料堆放场地。故采取对该区域堆放场地进行场地硬化，做法为100厚道渣+200厚C20混凝土+钢筋Ф8@200双向。具体平面位置详见《基坑挖土施工流程平面图》。
（2）由于本基坑工程围护面积较大，双轴水泥土搅拌桩不能保证连续施工，对于间隔时间超过12小时的作施工冷缝处理，在搭接处采用高压旋喷桩搭接处理；高压旋喷桩桩径600mm，桩底标高同止水帷幕，桩间距350mm。具体如图2所示：
3.基坑开挖与回填
在基坑进行施工前，需要对地下的管道和排线状况进行了解，同时针对一些需要改造和保护的线路或管道要及时采取有效措施，确保在施工期间内能够正常，安全的使用。基坑采取的是分层分段开挖的方式，每一段开挖的长度不能够超过二十米，同时在开挖的过程中一定要严格依照设计图中的标高来进行施工，不允许超挖。在基坑底标高上30厘米范围内不可以采用机械挖掘的方式，必须人工开挖。当基坑挖至底层以上30厘米处，就需要进行基坑验收，挖至设计标高处也应该及时将基坑处理平整，坑内积水处理干净后进行垫层施工。在开挖基坑的过程中，一定要注意基坑纵向边界的稳定性，有问题及时处理，确保整个基坑施工的安全度。
图2 高压旋喷桩冷缝处理示意图
在整个基坑施工过程中，要确保其围护结构周围大于基坑深度范围内的堆载小于20kPa。基坑周边不允许设置任何设施，尤其是带水设施严禁设置。因为基坑的上层土多为自重湿陷性粘土，一旦遇到水极有可能出现塌陷现象，基于此，在坑外地表需要采用低标号的混凝土金英光土地硬化，硬化范围为基坑周边十二米，同时构建排水沟，防止地表水，雨水等渗透。在雨季尤其要加强相关防范，以确保基坑施工安全。
3.基坑施工监测
所谓的基坑检测主要是对竖向位移、桩顶水平位移、土体桩体的深层水平位移等项目进行检测。每项检测的具体方式如下。
图3 工作基点标志埋设示意图
3.1竖向位移（沉降）监测
该工程以高程系统为基础建立了沉降变形检测高程基准网。选择了三个精密水准点作为高程基准点，水准点的选择需要远离基坑施工的影响范围，并且需要位置的稳固。根据情况设立了便于测点引测的工作基点，将其与高程基准点、监测点布设成独立的闭合环。同时为了减少测量误差并且提高检测质量，按统一高程基准独立组网，组网结构如下。
（1）工作基点的设置使用人工开挖的方式进行埋设，依照以下几个方面：
①在土层的表面使用洛阳铲进行开挖直径约为80毫米、深度大于3米的孔洞。②将孔洞底部进行牢固。③清理无用渣土。④向孔洞内灌注标号高于C20的混凝土，灌注到冻胀线下后使用振动机密实，在混凝土到达一定强度后灌入干净的细沙到距离地表5厘米左右。⑤在孔中心置入长度大于80厘米的钢筋标志，露出混凝土面约1到2厘米。埋设形式如图3所示。
（2）埋设建筑物沉降监测点时需要避开相关妨碍检测的障碍物，视立尺不能紧靠墙面，应高于墙面一定距离。埋设好测点后则需在立尺部涂上防腐剂。建筑物沉降测点采用“L”型测点标识，将预埋件放入在建筑物上用电钻成的孔内，用锚固剂填实孔与埋件四周孔隙。埋设形式如图4所示。
图4 建筑物沉降测点标志埋设示意图
（3）为防止影响人员与车辆通行，需要将基坑周边道路、地表沉降监测点应埋设平整，防止路面起伏不平。并且要稳定测点，并且标记好，以便于进行保护。将测点埋设低于周围，以保护测点不受碾压。
3.2围护桩顶水平位移监测
该工程围护桩顶水平位移监测基准网采用导线网，测点监测采取极坐标法。坐标以现场布设的基准点为基准，在远离基坑施工影响的稳固区域选择3个精密导线点作为基准点。根据现场实际情况，为方便测点引测，采用附合导线形式，另布设3个工作基点。水平基准点和工作基点一同组成了水平位移监测基准网，监测网的设置是由工作基点、水平基准点和观测点共同组成。
在埋设测点时应使基准点、工作基点与监测点相互通识，确保强制对中标志上方的水平。埋设完测点后还需要对其进行保护，防止其生锈，并且对其做出明显记号。
（1）水平位移观测基准点需要埋设专门的观测标石，标石的埋设形式及规格如图5所示。
图5 水平位移基准点及工作基点标志埋设示意图
（2）施工现场监测工作基点使用水泥观测墩，上顶面长、宽各0.4米，地下应埋深掷筛1.2米，高出地面部分1.0~1.2米。
（3）在监测点埋设时，应先在围护桩顶监测点位处钻具成孔，再把贴有反射膜片的预埋件放到孔中，裂缝中加入锚固剂，并加以保护措施。
3.3本工程施工监控量测方案
本工程监测的目的在于：
1）在地下工程施工期间对结构工程及施工区域周围重要的地下、地面建（构）筑物、重要管线、地面道路的变形实施监测，为建设单位提供及时、可靠的信息用以评定地下结构工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生。
2）引入第三方监测制度，是加强工程安全质量管理，防止重大事故发生的有力措施。第三方监测的数据和资料将使建设单位能完全客观真实地了解工程安全状态和质量程度，掌握工程相关的关键性安全和质量指标，确保工程能按照预定的目标及要求顺利完成。
本基坑支护结构安全等级为一级，根据《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》（JGJ167-2009规定及设计文件要求，本次监测项目充分考虑基坑工程支护结构安全等级、支护形式及变形控制要求、结合工程特性及场地实际情况，综合确定监测项目。
3.4监测精度、方法、频率及警戒值
在本次监测工作中，监测精准度需满足以下要求：
（1）高程测量采用国家二级水准测量标准，进行闭合路线和往返观测。按照要求水准测量观测点测站高差中误差精度为±0.5毫米。
（2）钡（斜（深层水平位移监测）仪的系统精度不低于±0.25mm/m，分辨率不低于±0.02mm/0.5m。
（3）水平位移监测精度要高于1毫米。
（4）钢尺水位计监测精度要高于5毫米。
（5）支撑轴力监测采用轴力计配套的频率读数仪，监测精度为0.01kN。
（6）观测前对水准仪进行了“i”角检测，其“i”角均小于15"，符合规定要求。每次观测的高程中误差均小于±0.5毫米。
4.工程施工监测结果
4.1现场巡视检查
现场巡视检查十分重要，需要具有施工经验以及了解相关知识的人员定时进行检查，记录的主要内容有施工、地质和天气情况（气温和降水）；观察施工状况，周围是否出现裂缝，管道是否出现渗漏，是否出现流土和局部管涌。一经发现安全隐患，则需要与相关单位取得联系，并且提出相关补救方案，同时需要确保基坑和周围环境的安全。
巡视中发现影响基坑安全的情况有以下几处：
（1）因施工期间持续降雨，基坑东南角由于周边区域（监测点DB-04,ZCX-04附近）未及时进行硬化处理，土方受到的雨水浸湿，造成该区域地面有沉陷发声、基坑上口护坡也出现开裂（现场情况如图6所示）。
图6 监测点DB-04,ZCX-04附近基坑上口护坡沉陷、开裂情况
（2）因为受建筑物主体施工的影响，各测项监测点出现被占挡和破坏的情况发生（现场情况如图7所示）。
由于现场巡视检查过程中及时发现的问题，并联系到建设单位及时组织有关单位进行处理，才使得整个基坑工程恢复安全，整个项目又得以顺利的进行。
图7 监测点SW-Ol,ZCX-08,TCX-07被破坏或占挡情况
4.2围护桩顶水平位移监测
围护桩顶水平位移监测点的总体变形情况如图8所示。
图8 围护桩顶水平位移监测点时程位移曲线图
从图8围护桩顶水平位移监测点时程位移曲线图中可以观察出大多数监测点的变化规律基本相同，主要特征有：
（1）在开挖基坑过程中，监测点水平位移变化曲线主要表现为朝向基坑（由于钢支撑结构进行了多次加压，监测点在加压期间出现过背离基坑方向的位移），开挖深度的增加，变化也越来越大；
（2）基坑从开挖到后来的深度监测过程中，每个监测点的水平位移不断缩小；
（3）正常情况下监测点也出现过背离基坑方向的小范围位移，变化均在测量误差范围内。
过程中，围护桩顶各个水平位移监测点朝基坑方向累计水平位移变化量最大的监测点为ZDS-04，其累计水平位移量为13.1mm，未超过警戒值（30mm）；最大日变化速率监测点为ZDS-04，出现日期为2013年09月17日，变化速率为0.29mm/d，未到达警戒值（3.0mm/d）。
4.3基坑周边建筑物及道路、地表沉降监测
基坑周边建筑物及道路、地表沉降监测点变形情况如下图9所示：
由上图可知，基坑周边建筑物，道路，地表沉降监测点的变化规律大体一致，都有共同的特征：
每个建筑物监测点的所有变化都小于一毫米，说明其并没有收到基坑施工的影响，尽管在基坑施工过程中，这些建筑物都有一些波动，但波动很小，几乎可以忽略不计。其中道路，地表沉降监测点主要变化以下降为主，这是因为在基坑施工过程中，因为钢支撑结构对土地进行多次按压，所以道路和地表沉降会有微小变化，不过变化普遍很小，并没有达到监测警戒点，所以也没有出现报警现象。至于位移则有一定的滞后性，基坑挖至设计标高时，位移任然出现增加现象，不过速率很低。当底板建设成功后，地表沉降则不再出现。在A型桩后设置了DB-08,DB-09地面沉降测点，该区域沉降点要小于B型桩后所设置的监测点。沉降范围在一毫米之内。
图9基坑周边建筑物及道路、地表监测点沉降时程一位移曲线图
在整个监测过程中，各沉降点累计沉降值最大的是DB-04，累计沉降4.74毫米，没有超出警戒值。日变化速率最大的监测点是JDC-08，在2013年10月15号出现最大值，变化速率为0.19mm/d，也没有达到警戒值。
结束语
根据上海地区已有基坑工程经验以及基坑围护结构设计要求，为防止基坑失稳、减小基坑施工对周围环境的影响，需要及时的对基坑进行监控，并对超过临界值的基坑施工采取措施保护支护结构的稳定性，减小支护结构变形。本文详细研究了基坑围护方案和监控技术方案，本文的研究结论在上海地区的基坑监控有很好的参考意义。
参考文献：
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[2]吴彰森, 胡耀平. 基坑支护工程监测技术研究[J]. 科技资讯, 2009(9):43-43.
[3] 李振明, 张连城, 宋立益. 中央民族大学综合楼基坑支护施工与监测研究[J]. 岩土工程技术, 1999(3):11-14.
论文作者:张斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/10
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