(完整版)基坑支护与基坑监测

基坑支护与基坑监测
•一、基坑工程简介
•二、基坑工程的特点
•三、基坑支护的目的与作用
•四、基坑支护结构的类型及其适用条件
•五、基坑支护工法选取
•六、建筑基坑工程监测
一、基坑工程简介
为建筑基础开挖的临时性坑井称为基坑。

基坑属于临时性工程，其作用是提供一个空间，使基础的砌筑作业得以按照设计所指定的位置进行。

基坑工程是指建（构）筑物基础工程或其他地下工程施工中所进行的基坑开挖、降水、支护和土体加固以及监测等综合性工程。

•基坑工程的分类
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)将基坑分为三级：✓一级基坑：1）重要工程或支护结构作为主体结构一部分时；2）开挖深度大于10m；
3）与邻近建筑物，重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；4）基坑影响范围内（不小于2倍的基坑开挖深度）有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护时；
✓二级基坑：除一级、三级以外的其它基坑。

✓三级基坑：开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求时；
二、基坑工程的特点
•1、一般情况下都是临时结构，安全储备相对较小，风险性大；
•2、具有很强的区域性和个案性；
•3、是一项综合性很强的系统工程；
•4、具有较强的时空效应；
•5、对周边环境产生较大影响。

三、基坑支护的目的与作用
•1、保证基坑四周的土体的稳定性，同时满足地下室施工有足够空间的要求，这是土方开挖和地下室施工的必要条件；
•2、保证基坑四周相邻建筑物和地下管线等设施在基坑支护和地下室施工期间不受损害。

即坑壁土体的变形，包括地面和地下土体的垂直和水平位移要控制在允许范围内；
•3、通过截水、降水、排水等措施，保证基坑工程施工作业面在地下水位以上。

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S H k
Q +-=Q 基坑涌水量 S 基坑水位降深 K 渗透系数 R 降水影响半径 H 潜水含水层厚度 r 0基坑等效半径
四、基坑支护结构的类型及其适用条件
1、放坡开挖
适用于周围场地开阔，周围无重要建筑物，只要求稳定，价钱最便宜，回填土方较大。

2、围护墙深层搅拌水泥土
深层搅拌水泥土围护墙是采用深层搅拌机就地将土和输入的水泥浆强行搅拌,形成连续搭接的水泥土柱状加固体挡墙。

水泥土围护墙优点:由于一般坑内无支撑,便于机械化快速挖土;具有挡土、止水的双重功能;一般情况下较经济;施工中无振动、无噪音、污染少、挤土轻微,因此在闹市区内施工更显出优越性。

水泥土围护墙的缺点:首先是位移相对较大,尤其在基坑长度大时,为此可采取中间加墩、起拱等措施以限制过大的位移;其次是厚度较大,只有在红线位置和周围环境允许时才能采用,而
且在水泥土搅拌桩施工时要注意防止影响周围环境。

3、高压旋喷桩
高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。

高压旋喷桩的施工费用要高于深层搅拌水泥土桩,但其施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少,并且施工机具的振动很小,噪音也较低,不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音等公害,它可用于空间较小处,但施工中有大量泥浆排出,容易引起污染。

对于地下水流速过大的地层,无填充物的岩溶地段永冻土和对水泥有严重腐蚀的土质,由于喷射的浆液无法在注浆管周围凝固,均不宜采用该法。

4、槽钢钢板桩
这是一种简易的钢板桩围护墙,由槽钢正反扣搭接或并排组成。

槽钢长6～8m ,型号由计算确定。

其特点为:槽钢具有良好的耐久性,基坑施工完毕回填土后可将槽钢拔出回收再次使用;施工方便,工期短;不能挡水和土中的细小颗粒,在地下水位高的地区需采取隔水或降水措施;抗弯能力较弱,多用于深度≤4m的较浅基坑或沟槽,顶部宜设置一道支撑或拉锚;支护刚度小,开挖后变形较大。

5、钢筋混凝土板桩
钢筋混凝土板桩具有施工简单、现场作业周期短等特点,曾在基坑中广泛应用,但由于钢筋混凝土板桩的施打一般采用锤击方法,振动与噪音大,同时沉桩过程中挤土也较为严重,在城市工程中受到一定限制。

此外,其制作一般在工厂预制,再运至工地,成本较灌注桩等略高。

但由于其截面形状及配筋对板桩受力较为合理并且可根据需要设计,目前已可制作厚度较大(如厚度达500mm 以上) 的板桩,并有液压静力沉桩设备,故在基坑工程中仍是支护板墙的一种使用形式。

6、钻孔灌注桩
钻孔灌注桩围护墙是排桩式中应用最多的一种,在我国得到广泛的应用。

其多用于坑深7～15m 的基坑工程,在我国北方土质较好地区已有8～9m 的臂桩围护墙。

钻孔灌注桩支护墙体的特点有:施工时无振动、无噪音等环境公害,无挤土现象,对周围环境影响小;墙身强度高,刚度大,支护稳定性好,变形小;当工程桩也为灌注桩时,可以同步施工,从而施工有利于组织、方便、工期短;桩间缝隙易造成水土流失,特别时在高水位软粘土质地区,需根据工程条件采取注浆、水泥搅拌桩、旋喷桩等施工措施以解决挡水问题;适用于软粘土质和砂土地区,但是在砂砾层和卵石中施工困难应该慎用;桩与桩之间主要通过桩顶冠梁和围檩连成整体,因而相对整体性较差,当在重要地区,特殊工程及开挖深度很大的基坑中应用时需要特别慎重。

7、地下连续墙
地下连续墙刚度大，止水效果好，是支护结构中最强的支护型式，适用于地质条件差和复杂，基坑深度大，周边环境要求较高的基坑，但是造价较高，施工要求专用设备。

8、土钉墙
土钉墙是一种边坡稳定式的支护,其作用与被动的具备挡土作用的上述围护墙不同,它是起主动嵌固作用,增加边坡的稳定性,使基坑开挖后坡面保持稳定。

土钉墙主要用于土质较好地区,我国华北和华东北部一带应用较多,目前我国南方地区亦有应用,有的已用于坑深10m 以上的基坑,稳定可靠、施工简便且工期短、效果较好、经济性好、在土质较好地区应积极推广。

9、SMW工法
SMW工法亦称劲性水泥土搅拌桩法,即在水泥土桩内插入H 型钢等(多数为H 型钢,亦有插入拉伸式钢板桩、钢管等) ,将承受荷载与防渗挡水结合起来,使之成为同时具有受力与抗渗两种功能的支护结构的围护墙。

SMW 支护结构的支护特点主要为:施工时基本无噪音,对周围环境影响小;结构强度可靠,凡是适合应用水泥土搅拌桩的场合都可使用,特别适合于以粘土和粉细砂为主的松软地层;挡水防渗性能好,不必另设挡水帷幕;可以配合多道支撑应用于较深的基坑;此工法在一定条件下可代替作为地下围护的地下连续墙,在费用上如果能够采取一定施工措施成功回收H 型钢等受拉材料;则大大低于地下连续墙,因而具有较大发展前景。

五、基坑支护工法选取
✓综合考虑基坑开挖深度、工程地质与水文地质条件、周边环境要求、支护结构使用期限等因素；
✓达到安全可靠、技术先进、经济合理、方便施工的目的。

•一般当地质条件较好，周边环境要求较宽松时，可以采用柔性支护，如土钉墙等；
•当周边环境要求高时，应采用较刚性的支护型式，以控制水平位移，如排桩或地下连续墙、内支撑型等。

地下水位深，不需要采用降水措施：
场地开阔：则可以选择放坡、悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构；
场地狭窄：开挖深度不大可采用悬臂式支护或土钉墙；开挖深度较大时，可考虑多层锚杆或多层支撑；土质较差，可用桩、地下连续墙加锚杆或支撑支护方案。

地下水位比较浅：
周围场地开阔：则用上段放坡、下段重力式挡土墙支护，或悬臂式、桩锚式、锚拉式支护
结构＋防水帷幕。

场地狭窄：则必须采用能够相应控制地面位移与沉降的支护结构，并且做好防水处理．可设置地下连续墙或其它支护结构加防水帷幕．也可采用“二墙合一”或“三墙合一”的地下连续墙附加钢筋混凝土、木桁架支撑方案、或单、多层锚杆支护结构加止水帷幕。

案例1
•基坑塌陷直接导致工地附近的海员宾馆北侧坍塌，并引发火灾；
•三幢居民楼倾斜、墙体开裂；
•事故导致5人被埋，其中3人死亡。

•邻近坍塌现场的地铁二号线区段被迫停开近24小时。

•周边地区的供水、供电、供气、路面交通停止。

•直接损失2亿元，是继2004年上海地铁安全事故后又一个在全国产生重大影响的工程事故。

•导致基坑滑塌有五大原因：
• 1.基坑原设计深度只有16.2米，而实际开挖深度为20.3米，超深4.1米，造成原支护桩成为吊脚桩，尽管后来设计有所变更，但对已施工的支护桩和锚索等构件已无法调整，成为隐患；
• 2.从地质勘察资料反映和实际开挖揭露，南边地层向坑里倾斜，并存在软弱透水夹层，随着开挖深度增大，导致深部滑动；
• 3.基坑施工时间长达两年9个月，基坑暴露时间大大超过临时支护为一年的时间，
导致开挖地层的软化渗透和已施工构件的锈蚀和锚索预应力损失，强度降低，甚至失效；
• 4.近段时间在南边坑顶因施工地下室而造成东段严重超载达140吨，成为了基坑滑坡的导火线；
• 5.从施工纪要和现场监测结果分析，在基坑滑坡前已有明显预兆，但没有引起应有的重视，更没有采用针对性的处理措施，也是导致事故原因之一。

案例 2
1.临近珠江，地质
条件复杂；
2.土层自稳能力
极差；
3.地下水丰富；
4.近期连降暴雨，
砂层含水量加大，
加重了连续墙背
后的土压，
2004.4.1上午建设中的广州地铁三号线沥滘站地下连续墙围护结构突然塌方
•坍塌发生后，大量泥土和支护钢架坠落地坑，塌陷部位占整个车站开挖面积的十分之一。

•监测人员及时地发出监控报警,各部门联合检查已发现该地存在安全隐患，有关部门下达了停工令。

•由于事发前一天已停工，基坑内工作面无人作业，塌陷区域的居民也提前撤离，因此，此次事故没有造成人员伤亡。

•事故发生后，处于塌方周围３０米范围危险区域内的２２户居民全部疏散。

建筑基坑工程监测实施范围的界定：
根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497-2009第3.0.1条：开挖深度大于等于5m 或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。

（该条为强制性条文）
监测工作的程序步骤
监测工作的程序，应按下列步骤进行：
• 1. 接受委托；
• 2. 现场踏勘，收集资料；
• 3. 制定监测方案，并报设计、监理和业主认可；
• 4. 展开前期准备工作，设置观测点、校验设备、仪器；
• 5. 观测点和设备、仪器、元件验收；
• 6. 现场监测；
• 7. 监测数据的计算、整理、分析及报表反馈； • 8. 提交阶段性监测结果和报告；
• 9. 现场监测工作结束，提交完整的基坑工程监测总结报告 一、监测方案
基坑工程监测方案应做到安全性、技术性和经济性的统一。

监测方案应以保证基坑及周围环境安全为前提，以监测技术的先进性为保障，同时也要考虑监测方案的经济性。

在保证监测质量的前提下，降低监测成本，达到技术先进性与经济合理性的统一。

二、监测对象与项目
• 建筑基坑工程监测对象主要包括两部分：
• 一是基坑及其支护结构，即围护结构（挡墙）、支撑、围檩及冠梁、立柱、坑内
土体和地下水体等；
• 二是周围环境，即邻近建筑物、构筑物、地铁、隧道、道路、地下设施、地下
管线、岩土体及地下水体等。

应测 应测 应测 周边建筑、地表裂缝 可测 宜测 应测 水平位移 可测
宜测 应测 倾斜 应测 应测 应测 竖向位移 周边建筑 宜测 应测 应测 周边地表竖向位移 可测 可测 宜测 土体分层竖向位移 应测 应测 应测 地下水位 可测
可测 宜测 孔隙水压力 可测 可测 宜测 围护墙侧向土压力 可测
可测 宜测 坑底隆起（回弹） 可测 可测 宜测 土钉内力 可测 宜测 应测 锚杆内力 可测 可测 可测 立柱内力 可测 宜测 应测 支撑内力 可测
可测 宜测 围护墙内力 宜测 宜测 应测 立柱竖向位移 宜测 应测 应测 深层水平位移 应测 应测 应测 围护墙（边坡）顶部竖向位移 应测 应测 应测 围护墙（边坡）顶部水平位移 三级 二级 一级 监
测项目 基坑类别
基坑工程的现场监测应以仪器观测为主、仪器观测和巡视检查相结合
基坑工程现场监测应以仪器监测为主，以取得定量的数据，进行定量分析。

同时，也应当重视以目测为主的巡视检查。

巡视检查可以起到定性、补充的作用，可以避免片面地分析问题、处理问题。

例如观察周围建筑物和地表的裂缝分布规律、判别裂缝的新旧区别等，对于我们分析基坑工程对邻近建筑物的影响程度有着重要作用。

三、测点布置
基坑工程监测点的布置应以满足监控要求为准，在满足监测对象结构安全控制的前提下，考虑监测工作量的大小及费用控制的要求。

影响监测费用的主要方面：
1、监测项目的多少
2、监测观测点的多少
3、监测频度的大小
•1、测点的位置应最大程度地反映监测对象的实际工作状态，且不应妨碍结构的正常受力或有损结构的变形刚度和强度特征。

•解释：测点的位置应尽可能地反映监测对象的实际受力、变形状态，且测点标志不应妨碍结构的正常受力、降低结构的变形刚度和承载能力，这一点尤其是在布设围护结构、立柱、支撑、锚杆、土钉等的应力应变观测点时应注意。

•2、测点的位置在满足监控要求的前提下，尽量减少对施工作业产生的不利影响。

•解释：在满足监控要求的前提下，应尽量减少在材料运输、堆放和作业密集区埋设的测点，减少对施工作业产生的不利影响，同时也可以避免测点遭到破坏，提高测点的成活率。

H 支护结构的地面沉陷影
响区域一般小于5H，
4、基坑坡顶的水平位移和垂直位移观测点应沿基坑周边布置，一般在每边中部和端部均应布置观测点，且观测点间距不宜大于20m。

观测点宜设置在钢筋混凝土护顶上。

四、监测方法及精度要求
（一）现场监测的观测仪器和设备应符合下列要求：
• 1. 应满足观测精度和量程的要求；
• 2. 应有良好的稳定性和可靠度；
• 3. 监测前应对仪器设备检查调试。

钢筋计、土压力计、孔隙水压力计等应在安装前进行重复标定。

标定资料和稳定性资料经现场监理审核后，监测元件方可埋设安装；
• 4. 计量器具必须在计量检定周期的有效期内使用；
• 5. 加强维护保养并定期检修。

（二）同一观测项目每次观测时，宜符合下列要求：
• 1. 采用相同的观测路线和观测方法；
• 2. 使用同一监测仪器和设备；
• 3. 固定观测人员；
• 4. 在基本相同的环境和条件下工作。

•监测工作是精度要求高而又多次重复的作业过程，应尽可能在基本相同的环境和条件下工作，将监测中存在的系统误差在两次观测值之差中得到消除。

此外，每次观
测开始时，应将观测仪器放置在工作环境内15分钟后才能开始观测。

•（三）变形测量的等级划分及精度要求，应符合现行《建筑变形测量规范》JGJ/8-2007的规定。

•监测方法及精度要求：
1、坡（墙）顶水平位移：用经纬仪和前视固定点形成测量基线，观测测点与基线距离变化。

若现场通视条件受限，可采用全站仪建立坐标系统，通过直接观测点位坐标值来确定水平位移。

观测点精度不宜低于1mm。

2、坡（墙）顶垂直位移：用水准仪测定观测点高程变化，观测点精度不宜低于1mm。

3、围护结构（坡体）深层水平位移：在围护结构或基坑附近的土体中预埋测斜管，用测斜仪观测各深度处侧向位移。

若以测斜管下部管端为相对基准点时，应保证管端嵌入到稳定土体中；若以测斜管上部管口为相对基准点时，每次观测均应测定管顶的水平位移。

观测点精度不宜低于1mm。

4、周围建（构）筑物沉降：用水准仪、经纬仪观测。

5、地下管线水平位移和垂直位移：用水准仪、经纬仪观测。

6、地下水位变化：通过水位观测井（孔）用水位计观测。

水位计标尺最小读数值不大于10mm。

7、基坑底部隆起：用埋设的土体分层沉降仪监测不同深度土体在开挖过程中的隆起变形，测试精度不低于1mm。

8、围护结构内力：用埋设在围护结构内部的、与受力钢筋串联连接的钢筋应力传感器监测，测试精度不低于1/100（F·S）。

9、锚杆（土钉）拉力：用在锚杆（土钉）上安装的应力传感器测试，测试精度不低于1/100（F·S）。

10、支撑轴力：混凝土支撑轴力宜用安装在支撑内部、与受力钢筋串联连接的钢弦式钢筋应力传感器测试。

钢支撑轴力宜采用与支撑串联连接的、与支撑断面尺寸相同的钢弦式钢筋应力传感器测试。

支撑轴力测试应考虑温度的变化、构件受力状态的影响；对混凝土支撑，尚应考虑混凝土收缩、徐变以及裂缝开展对应力测试的影响。

测试精度不低于1/100（F·S）。

11、支撑、立柱变形：用水准仪、经纬仪观测。

12、基坑周围地表沉降：用水准仪观测。

13、孔隙水压力：用埋设孔隙水压力计的方法监测，测试精度不低于1Kpa。

14、围护结构墙体土压力：用预埋在墙后或墙前入土段墙面上的土压力计测试，测试精度不低于1Kpa。

15、裂缝的总体分布可采用目测；单个或典型裂缝宜采用裂缝观测仪测试，测试仪最小读数为0.1mm。

•五、监测频度
1、基坑工程监测频度应以能系统地反映监测对象所监测项目的重要变化过程，而又不遗漏其变化时刻为原则。

•这是确定基坑工程监测频度的总的原则。

基坑工程监测应能及时反映监测项目的重要发展变化情况，以便对设计与施工进行动态控制，纠正设计与施工中的偏差，保证基坑及周围环境的安全。

基坑工程的监测频度还与投入的监测工作量和监测费用有关，我们既要注意不能遗漏重要的变化时刻，也应当注意合理调整监测人员的工
作量，保证监测质量。

• 2、基坑工程监测应从基坑开挖前的准备工作开始，直至土方回填完毕为止。

• 一般情况下，基坑回填后就可以结束监测工作。

对于一些临近基坑的重要建筑物及
地下管线的监测，有时还需要延续至变形趋于稳定后才能结束。

• 3、各项监测的监测频度应考虑基坑开挖及地下工程的施工进程、施工工况以及其
他外部环境影响因素的变化。

围护结构施工期间、基坑开挖期间应加强监测；当监测值相对稳定时，可适当降低监测频度。

在无数据异常和事故征兆的情况下，现场监测频度的确定可参照下表：
• 注：当基坑工程安全等级为三级时，现场监测的时间间隔可以适当延长；宜测、可
测项目的仪器监测频率可适当降低。

• 4、当出现下列情况之一时，应进一步加强监测，缩短监测时间间隔、加密监测次
数，并及时向施工、监理和设计人员报告监测结果。

• （1）. 监测项目的监测值达到报警标准；
• （2）. 监测项目的监测值变化量较大或者速率加快；
• （3）.出现超深开挖、超长开挖、未及时加撑等不按设计工况施工的情况； • （4）.基坑及周围环境中大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏； • （5）. 基坑附近地面荷载突然增大； • （6）. 支护结构出现开裂；
• （7）.邻近的建（构）筑物或地面突然出现大量沉降、不均匀沉降或严重的开裂； • (8). 基坑底部、坡体或围护结构出现管涌、流沙现象。

• 5、 当有危险事故征兆时，应连续监测。

• 六、监 控 报 警
基坑工程安全等级
施工进程
基坑设计深度
≤5m 5~10m 10~15m ＞15m 一级
开挖面深度
≤5m 1d
2d
2d 2d 5~10m 1d 1d
1d ＞10m 12h 12h 底板浇筑后时间 ≤7d
1d 1d
12h 12h 7~14d
3d 2d 1d 1d 14~28d 5d
3d
2d 1d ＞28d 7d 5d 3d 3d 二级
开挖面深度
≤5m 2d 2d 5~10m 1d 底板浇筑后时间
≤7d
2d 2d 7~14d 3d 3d 14~28d 7d 5d ＞28d
10d
10d
1、监测项目的监控报警值应符合基坑工程设计的限值和建筑结构设计要求以及与监测对象有关的技术规范的要求。

确定基坑工程监测项目的监控报警值是一个十分严肃、也是十分复杂的研究课题，建立一个定量化的报警指标体系对于基坑工程的现场监控意义重大。

但是由于设计理论的不完善以及基坑工程的环境复杂性，我们对于基坑工程的在此方面的认知能力和经验还十分不足，实际工程中一般参照以下三方面的数据和资料确定：
•1）设计限值
•基坑工程设计人员对于围护结构、支撑或锚杆的受力和变形、相邻土层位移、周围建筑物、地下管线等均进行过详尽的设计计算或分析，其计算结果和提出的限值可以成为确定监控报警值的依据。

•2）相关规范标准的规定值
•例如，确定基坑工程相邻的民用建筑监控报警值时，可以参照国家或地区有关的民用建筑可靠性鉴定标准。

随着基坑工程经验的积累，各地区可以地方标准或规定的方式提出符合当地实际的基坑监控定量化指标。

如上海的地方标准《基坑工程设计规程》DBJ08-61-97就提出：“对难以查清的煤气管、上水管及重要通讯电缆，可按相对转角1/100作为设计和监控标准”。

•3）经验类比值
•基坑工程的设计与施工中，工程经验起到十分重要的作用。

参考已建类似工程项目的正常受力和变形规律，提出并确定本工程的监控报警值，往往能取得较好的效果。

•2、基坑工程工作状态一般分为正常、异常和危险三种情况。

异常或危险状态时，均需要监测人员及时地发出监控报警，以提醒设计和施工、监理人员注意或立即采取措施。

累计变化量可以帮助监测人员及有关各方分析当前状态与危险状态的关系，而变化速率可以帮助监测人员及时发现基坑工程中出现的异常情况。

例如，对围护结构变形的监测数据进行分析时，应把位移的大小和位移速率结合起来分析，考察其发展趋势，如果发展很快，说明基坑的安全正受到严重威胁。

•3、当出现下列情况之一时，应立即报警；若情况比较严重，应立即停止施工，并对基坑支护结构和周围环境中的保护对象采取应急措施。

•
• 1. 出现了基坑工程设计方案、监测方案确定的报警情况，监测项目实测值达到设计监控报警值；
• 2. 基坑支护结构或后面土体的最大位移已大于下表的规定，或其水平位移速率已连续三日大于3mm/d（2 mm/d）；
• 3. 基坑支护结构的支撑或锚杆体系中有个别构件出现应力剧增、压屈、断裂、松弛或拔出的迹象；
• 4. 建筑物的不均匀沉降（差异沉降）已大于现行建筑地基基础设计规范规定的允许沉降差，或建筑物的倾斜速率已连续三日大于0.0001H/d（H为建筑物承重结构高度）；
• 5. 已有建筑物的砌体部分出现宽度大于3mm（1.5mm）的变形裂缝；或其附近地面出现宽度大于15mm（10mm）的裂缝；且上述裂缝尚可能发展；
• 6. 基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆（如少量流砂、管涌、隆起、陷落等）；
•7. 根据当地经验判断认为，已出现其他必须加强监测的情况。

•注：1. 基坑工程安全等级为一级的基坑，宜按括号内的限值采用；。