关于深基坑支护结构安全监测的探讨

关于深基坑支护结构安全监测的探讨

摘要：本文主要阐述了深基坑的支护结构监测存在的一些问题，并对深基坑存在安全隐患的成因及采取可靠的监测措施进行分析。为此，我们在现场施工过程中要遵循有关规范和设计要求，抓住问题的关键所在，找到合理的解决方法，从而有效地控制工程施工的质量和安全。

关键词：深基坑、支护结构、安全、监测

1、前言

随着城市化的不断推进，房屋建筑越来越多，人们对地下空间的需求也越来越大，还有业主和建筑企业对地下空间开发的安全质量也更为重视。因此，深基坑支护工程是工程建设的重中之重，若设计不合理，施工、监测不到位,直接影响到施工进度和工程造价,甚至危及人们的生命财产安全。因此，落实好深基坑支护结构的安全监测，确保工程施工的质量十分重要。下面就从建筑施工的角度来分析深基坑支护的施工安全及监测问题,并提出解决办法。

2.安全监测技术应用在深基坑支护工程的现状及特点

2.1安全监测技术应用的现状

以往，监测施工是在施工过程中凭借工程技术人员的经验判断施工过程的安全性，或安放测试元件进行测试，根据施工过程中的测试结果进行事后分析，对施工过程中可能出现的重大质量、安全问题主要靠工程技术人员的经验判断，必要时采取应急措施。而安全监测的目的是验证原有设计，为今后的工程设计积累经验和资料。靠事后分析的观测施工不能直接指导当前工程项目的施工，其原因主要是由于测量、、分析手段落后所致。如土中的应力，基坑的位移等难以测量，现场数据不能实时获得以及人工计算分析花费时间较长。万一工程出现险情，应急时间往往不够。因此，在深基坑施工中，必须将安全监测结果用来指导工程项目的设计和施工。

信息化施工就是在施工过程中，通过设置各种测量元件和仪器，实时收集现场实际数据并通过软件进行分析，根据分析结果对原设计和施工方案进行必要

的调整，并反馈到下一施工过程，对下一阶段的施工进行分析和预测，从而保证工程施工安全和经济要求。信息化施工技术是在现场测量技术、计算机技术以及管理技术的基础上发展起来的。要进行信息化施工，应具备以下条件：

1）要具备检测要求的测量仪器元件和仪器；

2) 可实时检测

3）有相应的预测模型和分析方法；

4）应用计算机进行分析

2.2安全监测技术应用的特点

安全监测除了能够及时掌握基坑的工作状态、确保其安全外，还能够验证设计参数和提高设计水平、对新的施工技术优势性进行评估和改进、对不安全迹象和险情的诊断并采取措施进行加固及验证基坑工作是否处于持续正常状态。运用长期积累的观测资料进行分析，掌握变化规律，能对工程深基坑工作状态作出及时有效的预报。同时，观测资料还是深基坑工作状态的真实反应，为未来设计提供定量的信息和改进施工技术起到了一定的作用。安全监测技术具有如下的特点：

1）监测工作缺乏系统化操作，监测单位往往只是负责提供数据，对设计意图不能准确的理解实施，因而对监测数据往往缺乏分析及问题处理。

2）针对安全监测技术相应的设计规范、方法、软件都存在着这样那样的不足。

3）计算机技术和大量智能化的监测设备为安全监测技术的发展提供了技术支持。

4）监测方式单一，各监测方式之间缺乏相互校正。

5）安全监测应渗透到信息化施工中去，信息化施工还不够全面，它的应用应该发展到设计、施工、监理等多方面同步结合。

2、基坑边坡失稳常见问题分析

（1）深基坑工程的施工经常因受到基础地质条件复杂、基坑挖土过程离空时间较长、基坑内边挖边降（排）地下水的影响以及气候变化的影响等，特别是

处于雨季节施工、且地下砂层超厚、地下水位高，基坑安全隐患更大。因此深基坑在施工过程中要谨防三类可能的恶性事故出现（以钢筋混凝土灌注桩为受力桩水泥搅拌桩为止水桩方案为例）：①水泥搅拌桩发生蠕动引起止水失效。②水泥搅拌桩工作性质发生改变而受主动土压力推挤剪断。③支护外部稳定性破坏。比如施工中发现的地质情况与原设计不符或相差较大,仍按原设计施工; 地质条件的复杂性使工程施工未能达到设计要求,而监测等施工动态反馈信息有误或反馈不及时,施工中盲目遵循原设计方案,开挖过程没有定期或根本没有对基坑的沉降量和位移量进行观测或未对所测资料及时分析、研究。

深基坑支护是一个动态变化的过程,施工千变万化,未能充分考虑施工过程中可能出现的突发因素,并制定相应的有效应急措施。如基坑开挖过程中,对周边可能施加的动荷载未加考虑由于地下水处理不当,导致深基坑工程的事故屡见不鲜。地下水位降低了,对基坑支护有利,但对周边环境不利。如不采取降水措施,对保护周边环境有利,却对基坑支护不利,这种矛盾性,使地下水处理有一定难度。

（2）由于地质条件的千差万别和土钉支设计理论的近似简化，因而在涉及基坑土方挖掘、支护、降水过程、应急措施的选择和确定等多个环节，如果设计者对基坑土性参数、稳定计算方法和破坏模式准确选取考虑不周到，稍有不妥就易使深基坑边壁（坡）产生过大的变形甚至失稳，对基坑工程或周围环境造成灾难性的影响。在深基坑支护工程中,基坑支护的方案设计、施工和拆除对基坑工程质量和安全是密不可分的，基坑开挖和支护是密切相关的,由于两者缺乏协调,容易诱发工程事故的发生。基坑围护属临时性支护,由于维护不当可诱发事故发生。比如基坑放置时间过长,不利基坑安全稳定;基坑坡顶荷载超出设计要求,重型机械离基坑太近;未能及时构筑基坑排水沟和集水池,基坑内大量积水;

（3）超常规的基础施工方案的影响。常规情况是：先进行基础工程桩施工，再进行基坑的止水帷幕及支护施工，然后进行基坑内降水和挖土。这样对基坑底面以下土体不会造成太大的扰动，更不易造成危及施工作业人员安全的工作条件，利用水泥搅拌桩做止水帷幕和超前支护结构是经济和安全的，这也可以认为是国家标准《基坑土钉支护规程》所界定的设计工况。但在现实工程实施中所采取的基坑支护和基础施工方案与《规程》并没有保持一致性，为了节约成本，通常在基坑工程完成后，再在基坑底面以下进行基础桩的施工和排（降）水，对基坑底面以下土体有较大扰动。特别是人工挖桩则有较大的安全风险，主要是人工挖工程桩时，有可能使起围护作用的水泥搅拌桩出现桩脚蠕动，使帷幕的止水失效，基坑下部渗漏地下水，导致挖桩孔内排水困难或无法进行；更可能出现的另一种不良情况是，因同期挖桩影响造成支护外部的稳定性不足，设计的水泥搅拌桩主要是起挡土作用，施工过程中水泥搅拌桩很容易受主动土压力推挤在软弱下卧层处剪断，造成基坑失稳。

3、对基坑边坡安全监测的防治措施

3.1深基坑支护安全监测点的选择确定

监测点的布置应满足监控要求，从基坑边缘以外1-2倍开挖深度范围内的需要保护物体均应作为监控对象。

基坑工程监测项目按表1选择

3.2对基坑边坡安全的防治对策

（1）施工监测和信息化施工保障深基坑施工的安全

信息化施工包括预测、信息采集与反馈、控制与决策等方面的内容。由于深基坑开挖过程中，边坡稳定存在很多潜在的危险和破坏的突然性，地下工程受各种水文、地质、雨水等复杂条件的影响，特别在基坑旁有基础埋置较浅的建筑，或有重要的地下电缆和市政管线，很难从理论上预估出现的问题。因此，必须加强观测，进行信息化施工，根据土层位移的时空效应，及时掌握土体变形特性、边坡的稳定状态和支护效果，发现异常情况及时采取措施，预防边坡失稳和周围建筑沉降、倾斜等事故发生。

基坑工程监测项目包括：支护结构水平位移；周围建筑物、地下管线变形；地下水位；桩、墙内力；锚杆拉力；支撑轴力；立柱变形；土体分层竖向位移；支护结构界面上侧向压力等。位移观测基准点数量不应少于两点，且应设在影响范围以外。

监测项目在基坑开挖前应测得初始值，且不应少于两次。各项监测的时间间隔可根据施工进程确定。当变形超过有关标准或监测结果变化速率较大时，应加密观测次数；当有事故征兆时，应连续监测。基坑开挖监测过程中，监测单位应根据设计要求提交阶段性监测结果报告，工程结束时应提交完整的监测报告。

基于施工过程中，支护结构的质量控制不宜，挖土尤其是人工挖桩、取土、降水等对场地土体的扰动、管道渗漏和自然降水会改变基坑外侧土体性能等的综合影响，至使基坑支护结构受力的不确定因素多，大多数的基坑设计只能是建立在已有地质资料和经验上的估算，设计与真实施工的吻合性和施工安全程度难以料定，而严谨的施工监理与完备的监测则是搞好动态设计和信息化施工的直接而又不可少的重要手段。

（2）在动态设计与施工监测方面的工作

支护结构设计成功与否,要通过施工实践来检验,而施工过程中支护结构的受

力与变形状态要通过监测手段来了解。可以说,监测工作是支护结构安危状态的眼睛。它的重要性已为多数的设计、施工及建设单位所认识。因而投入一定的资金进行施工监测工作,取得了较好的效果,保证了施工安全。但也有部分建设单位对此重视不够,认为监测工作可有可无,不愿投入资金,马虎应付。有些监测单位素质不高,玩忽职守,不按时观测,不能提供准确的信息,以致在支护结构处于危险状态还未能提供预报,造成事故。一些深基坑支护工程发生坍塌事故,除施工质量的原因外,监测单位未能及时提出预警,以致延误抢险的时机,也是事故及发生的重要原因。

施工监测工作的有无及好坏,不单是影响到基坑自身的安全,更重要的是它还影响到基坑周围环境的安全。如邻近的房屋、道路、地下给排水、供气、通讯等设施的安全都依靠监测结果来维护。有些情况下,基坑开挖的失败对邻近环境造成的损害、经济损失及社会影响会比基坑工程本身更为严重。有时支护结构的位移并未引起支护的失稳,但却引起周围建筑的不均匀沉降、裂缝及倾斜等,这些都需要由监测结果来判断与证实。施工监测的意义还不止于此,监测结果作为一种信息反馈还具有更重要的意义。它可以对设计结果进行检验,以致修改设计方案,施工前期的信息反馈可作为修改后期支撑方案的依据。例如,当前期开挖和第一道支撑后支护结构的位移较小,就可以考虑是否削减下一道支撑的数量以降低造价,反之,当前期开挖中支护结构的位移和内力比预计大得多,则应考虑是否加强下一道支撑以策安全。这就是动态设计及信息施工,是一种很有发展前途的技术,应积极推广。

（3）在基坑开挖监测中还要逐步积累资料,以便制订适合本地区软土地基的基坑支护结构位移沉移控制值。当基坑开挖过程中,位移或位移速率达到多大数值时就应发生预报,超过多大数值就濒临坍滑破坏。这些控制值对今后的深基坑设计施工将有一定的指导作用。

4、结语

总之，深基坑支护工程是建筑基础工程施工中的难点和重点,它对工程的造价、质量和工期有着重大的影响,而且更对周围环境有着不可忽视的影响。因此,我们在施工过程中要加强对深基坑支护结构的安全监测，遵循有关规范和设计要求，提高施工人员的专业技能，确保每个项目工程的安全质量。