对岩土工程深基坑施工监测的分析与应用
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摘要：由于岩土工程的复杂地质条件，加之没有成熟的理论，造就了深基坑工程的复杂性和不确定性。针对这一情况, 深基坑工程中施工监测就显得尤为重要，成为深基坑施工中必不可少的手段。与深基坑工程有关的潜在影响因素, 取决于工程设计和施工过程两个方面。本文简要分析了深基坑工程施工的特点及其监测过程中要注意的一些方面。
关键词：岩土工程；深基坑;施工监测
1 深基坑工程施工的特点
深基坑工程作为施工，除了具备建筑工程的一般特点外，还具有相当鲜明的特点。
（1）每个深基坑工程都有具备不同的特点。不仅体现在深基坑工程所涉及的工程地质与水文地质情况各不相同，还涉及到基坑周边环境要求的不同，而这些不同，直接涉及到维护结构支撑体系及施工方法的设计与施工方法的不同。
（2）工程综合性强。深基坑工程一般涉及到围护工程、降水工程、土方开挖与支撑工程、检测工程、结构工程这五大内容，工程涉及内容丰富，综合性强。
（3）基坑工程涉及的理论多样，计算方法不统一，且经验公式、经验系数多。由于在基础理论上的局限，各家设计单位、施工单位在计算与经验上的不同，必然会引发分歧，易造成遗漏。
（4）风险性高。发生事故影响面大，每个基坑工程均比一般工程具有较高的风险性，一旦发生险情，危害性较大，损失亦较大，且修复费用高。
2深基坑工程施工监测的意义
深基坑监测既是检验设计理论的正确性和发展设计理论的重要手段, 又是及时指导正确施工避免事故发生的必要措施。因此, 它在深基坑工程中的应用就显得尤为重要。
深基坑监测的意义有如下4点：
（1） 确保基坑、相邻设施和建筑物、以及施工区内工作人员的安全, 能先于事故的发生发现潜在的不安全因素, 发出早期警报, 以提供充足的时间采取预防措施和宽松的施工环境。
（2） 在施工安全性满足的前提下, 充分利用监测数据, 不断完善设计方案, 并根据修正的设计方案优化施工方案, 使深基坑工程处于最佳的工作状态, 并获得最佳经济效益。
（3）深基坑监测使得一些新技术和新方法的应用成为可能, 促进深基坑工程的技术革新。
（4）监测数据也是解决法律纠纷的有力证据, 从而有效地保护业主的权利。
3深基坑工程中的准确性
目前深基坑监测较注重于基坑安全性的评价, 很少利用监测数据来优化设计和施工方案,以及预测深基坑工作状况的发展趋势。信息化施工法在深基坑工程中的应用, 不仅有助于提高深基坑工程安全性评价的可靠性和正确性, 而且对完善深基坑工程设计理论、优化设计方案和施工方案有着十分积极的意义。信息化施工法由以下三步组成:
（1）在深基坑施工过程中连续量测地面、支护结构及邻近建筑物的工作状况, 将观测数据迅速处理制成图表, 并与警戒值进行对比分析, 以对深基坑的整体工作状况和基坑周边环境作出安全性评价。进而根据评价的结果, 采取相应的措施。警戒值是指在满足设计要求前提下,针对不同的监控对象、不同的环境条件和不同施工因素, 而事先确定的相应控制值。
（2）利用监测数据反分析验证设计假设和修正设计参数, 根据修正后的设计参数预测后续施工阶段深基坑的工作状况。
（3）根据预测结果, 对当前设计和施工方案的合理性进行评价, 进一步优化原设计方案和合理调整施工参数, 使深基坑工程处于最佳状态。
4深基坑工程监测的收集、整理和数据分析
深基坑监测通常可分为以下三步: 监测数据的采集; 监测数据的整理; 监测数据的分析。
4.1监测数据的采集
在基坑开挖之前, 应对各监测点进行量测, 确定其基准值。在施工过程中, 量测频率可根据施工进度的快慢而定, 也可根据监测数据的发展趋势调整监测频率, 使监测数据能充分反映基坑的实际工作状况。
4.2监测数据的整理
大多数监测数据应绘制成与时间有关的曲线, 并标注与之对应的施工进度, 为基坑工作状况的客观评价奠定基础。前面论述给出的与时间有关的地面沉降、孔隙水压力变化曲线, 它有助于反映监测项目数据的大小、变化速率和随时间的发展趋势; 平面图和剖面图表明了测点所在位置, 有助于分析监测结果或观察现象与所监测区域之间空间的相互关系。
4.3监测数据的解释
对监测数据的解释和施工过程中潜在影响因素的分析, 必须最好由具有深基坑设计和施工经验的设计、施工和监理人员集体完成; 最重要的是要能识别监测数据或曲线的可靠性和真实性, 区分是受随机影响或人为影响的不合理数据, 还是真实反映深基坑工程实际状况的合理数据, 只有这样, 才能对基坑的安全性作出合理、正确的评价。
5 工程实例分析
福建省厦门市某住宅区部分主楼, 地面以上高25 层。底下1 层。-
基坑开挖面积54.4m ×108.0 m , 主楼部分开挖深度20.1 m , 其余部分开挖深度18.3 m。采用厚0.8 m、深25.0 m 的地下连续墙作为支护结构, 并兼作地下室永久墙体, 建筑物立面图和基坑平面图见图4。基坑开挖采用逆作法施工,原设计要求施工过程中应在第一层和第二层地下室楼面处安装两道临时斜向钢支撑(见图1)。
图1地下室结构和基坑施工示意图
5.1施工前的准备
基坑开挖前, 根据场地的地质条件分析, 两道临时斜向钢支撑必不可少。但由于安装钢支撑费时、费钱, 且影响后续阶段的施工效率, 钢支撑安装与否直接影响工程的进度和经济效益。为了对该问题作出合理、正确的评价, 基坑施工过程中采用信息化施工法对基坑进行全面系统的监控, 建立了一套完整的监测方案, 分别对土压力、孔隙水压力、连续墙墙体变形和内力进行监测。同时, 在基坑开挖过程中, 对场地土进行深入的现场测试, 获取更为合理的设计参数, 为深基坑安全性评价和原设计方案的修正(钢支撑的安装与否) 提供可靠的理论依据。
5.2第二阶段施工的内容
第二阶段开挖结束后, 基坑开挖深度8.0m , 实测墙体最大位移(10 mm ) 小于原设计值(15 mm )。并在基坑底部对土体进行现场十字板试验, 试验结果表明, 8.0～ 12.0 m 范围内的土的抗剪强度较原室内试验值要大, 为修正土的设计参数提供了可靠的依据。通过对实测墙体侧压力和反分析获得的墙体侧压力的对比分析, 对原设计假设进行验证, 在冲积土层和洪积土层中墙体侧压力的实测值与反分析验证值之间有较好的一致性, 且两者都小于原设计值, 用墙体侧压力的反分析验证值和修正后的设计参数, 在不考虑第一道钢支撑的情况下, 对后续开挖阶段中地下连续墙的工作状况进行预测, 计算结果表明: 当基坑开挖至1813m 时, 地下连续墙在长期荷载作用下, 其内力不会超过允许值。鉴于以上分析, 原设计被修改,第一道钢支撑取消。
5.3第三阶段施工的内容
第三阶段开挖结束后, 地下连续墙实测墙体位移小于前一开挖阶段的预测值。为了验证原设计假设, 利用实测墙体位移反分析墙体侧压力, 在20.0 m 深度范围内, 反分析得到的墙体侧压力较前一开挖阶段减小, 且几乎与孔隙水压力相等, 这意味着此时作用在地下连续墙上的土压力很小。用反分析验证获得的墙体侧压力, 在不考虑第二道钢支撑的情况下, 对后续开挖阶段中地下连续墙的工作状况进行预测, 计算结果表明: 墙体位移将小于警戒值, 地下连续墙内力不会超过允许值。故原设计被修改, 第二道钢支撑取消。
本工程在未安装两道钢支撑的情况下, 安全顺利地完成基坑施工任务, 充分反映了信息化施工在深基坑工程中的重要性, 它为合理的技术判断奠定了基础。
6结束语
深基坑工程是一个复杂的动态系统, 岩土工程量测在深基坑工程中扮演着一个极其重要的角色, 它是建立在“最可能”的设计条件和设计参数(设计中) 及最不利的偶然事件发生(施工中) 基础之上, 通过监测来控制偶然事件的发生。信息化施工法充分利用监测数据不断修正、完善设计方案和施工方案, 使基坑处于最佳工作状态。工程实例表明, 在保证基坑安全性的前提条件下, 信息化施工法的应用将大大节省投资和施工时间, 产生巨大的经济效益和社会效益。
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