亭子口水利枢纽建筑基坑变形监测与分析研究

王志勇

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

1 基坑监测意义与目的

基坑的稳定性直接影响着上层建筑的稳定性。在基坑开挖过程中，基坑内外土体应力状态的改变可引起支护结构承受的荷载发生变化，从而导致支护结构和土体变形，一旦变形超过允许范围会造成基坑的失稳破坏或给周围环境造成不利影响。所以对基坑开挖进行全面、系统地监测十分必要。此外，在基坑工程开挖施工过程中会受到施工条件、环境条件、地质条件、荷载条件以及其他外界复杂因素的影响，而基于理论计算的基坑工程设计还不够完善，不能完全考虑各项因素，故单纯的理论计算不能满足生产施工的要求，通过布设基坑监测系统，可实时获取基坑及其周边环境的变形信息，及时掌握基坑围护结构、基坑周边建 （构）筑物的变化程度和发展趋势，有助于相关单位及时采取有效措施，防止工程事故的发生。

基坑监测的主要目的有以下几个方面:

（1）实时了解围护结构的受力情况。

（2）利用变形监测获得的数据，科学地确定施工进度。当出现监测数据大于预警值时，应及时采取相应加固措施，确保工程施工的进度。

（3）实时了解围护结构的变形情况及其发展趋势，基坑周围土体的沉降情况及其变化趋势，进而对围护结构体系的稳定性和安全性进行科学合理的评价。

（4）监控施工基坑周边的地下管线和建 （构）筑物的沉降位移情况和变化趋势，实时掌握基坑施工对周边环境产生的影响情况。

（5）汇总各类监测数据，分析变形情况及变形性质，通过绘制的各种沉降、位移、受力变化曲线，直观了解基坑施工过程中的变形情况，科学合理地制定施工方案和进度安排。

2 亭子口水利枢纽基坑监测原则

建筑基坑工程变形监测需及时测报初始观测值，并在监测系统实施前根据基坑工程的变形特点结合以往变形监测经验，计算确定变形预警值，以起到指导相关工作人员在基坑工程实施期间实时了解基坑及其周围环境的安全情况，及时发现并处理安全隐患的作用，亭子口工程制定了以下监测原则:

（1）变形监测数据必须是真实可靠的。

（2）监测数据必须是及时的，加测数据需在现场及时计算处理，以便发现有问题及时复测，做到当天测、当天反馈。

（3）尽管变形监测是必不可少的工作，但在埋设检测元件时应尽可能减少监测元件对受力结构的影响，同时，埋设监测元件时应注意与岩土介质相匹配。

3 亭子口水利枢纽基坑监测项目及方法

（1）（坡）墙顶水平位移。 （坡）墙顶水平位移测量采用全站仪测量，通过测角和测距来计算测点坐标。

（2）（坡）墙顶竖向位移。竖向位移监测采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测。以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基点，测算出各监测点标高。同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即为该测点累计沉降量。计算公式如下

式中，Δhi为本次沉降量；hi为本次标高；hi-1为上次标高；Δh为累计沉降量。

（3）围护墙深层水平位移。整个测量过程大体上可以分为以下4步:①基准点设定。基准点可设在测斜管的管顶或管底，若测斜管管底进入基岩或较深的稳定土层时，则以管底作为基准点；对于测斜管底部未进入基岩或埋置较浅时，可以管顶作为基准点，每次测量前须用经纬仪或其他手段确定基准点的坐标。②将电缆线与测读仪连接，测头的感应方向对准水平位移方向的导槽，自基准点管顶或管底逐段向下或向上，每50 cm或100 cm测出测斜管的倾角。③测读仪读数稳定后，提升电缆线至欲测位置。每次应保证在同一位置上进行测读。④将测头提升至管口处，旋转180°，再按上述步骤进行测量，以消除测斜仪本身的固有误差。

（4）土体深层水平位移。通过钻孔埋设测斜管对土体侧向变形进行监测，了解随着基坑开挖深度的增加，基坑周围土体不同深度水平位移的变化情况。其监测仪器与监测方法基本与围护墙深层水平位移一致。围护墙体或坑周土体的深层水平位移的监测宜采用在墙体或土体中预埋测斜管、通过测斜仪观测各深度处水平位移。土体深沉水平位移与围护墙深沉水平位移所用仪器都是测斜仪，监测方法一致。

（5）墙后地表竖向位移。地表竖向位移监测采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测。以附合或闭合路线在水准路线上联测各监测点，以水准控制点为基准，测算出各监测点标高，同一测点相邻两次标高差即为本次该测点沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即为该测点累计沉降量。

（6）地下水位监测。通过测量基坑外地下水位在基坑降水和基坑开挖过程中的变化情况，了解基坑围护结构止水效果，以及时发现和防止围护结构渗漏、基坑外水土向坑内流失。水准联测各管口高程后，可直接用钢尺水位仪测试水位管内水位深度，慢慢将探头放入水面，刚接触水面时在钢尺上读数一次，然后慢慢将探头拉出水面，当探头刚离开水面时在钢尺上再读数一次，取两次平均值即为水面深度。基坑内地下水位监测点的布设应符合下列要求:①水位监测点应沿基坑周边、被保护对象周边或者两者之间布设，监测点间距20～50 m，相邻建筑物、重要的地下管线或者管线密集处应布置水位监测点。②水位监测管的埋设深度应控制在地下水位之下3～5 m，对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋设深度应满足设计要求。③回灌井点观测应设置在回灌井点与被保护对象之间。

（7）周围建 （构）筑物变形监测。①建 （构）筑物沉降监测主要还是采用精密水准仪实现。通过观测变形监测点的高程，进而间接计算建 （构）筑物的沉降量。②建 （构）筑物的倾斜监测则一般采用高精度经纬仪测定监测对象顶部相对于底部的水平位移量，结合建 （构）筑物沉降的相对高差，来计算监测对象的倾斜方向、倾斜度以及倾斜速率。③建 （构）筑物的裂缝监测采用直接量测方法。将裂缝进行编号并标记观测位置，通过游标卡尺进行裂缝宽度的监测；对裂缝深度量测，当裂缝深度较小时采用凿出法和单面接触超声波法监测，深度较大时采用超声波法监测。④建 （构）筑物的沉降监测采用精密水准重复测量的方法，在监测实施前需建立高精度的建 （构）筑物高程变形监测控制网，其方法为:在建 （构）筑物的外围布设一条闭合水准路线，通过水准路线中的固定点测定建 （构）筑物上各监测点的高程，并严格按照相关测量规范每隔一定周期进行一次精密水准测量，最后对外业观测数据进行严密平差，求出各水准点和变形观测点的高程平差值。某一沉降监测点的沉降量即为首次观测求得的高程与本次复测求得的高程之差。

（8）围护桩内应力。现场测试元件的观测:根据设计每个断面的元器件位置和数量进行埋设，并将元器件的传输缆线绑扎在钢筋上，集中在每个断面的集线箱处，每个断面设两个集线箱，以便于数据的采集，集线箱位于墙脚线上1～2 m处，便于保护集线箱和数据的采集。数据采用振弦式频率仪进行采集。测试数据处理:现场所测得的是传感器的应变或荷载频率值，与初始频率相对应，根据厂家提供的标定公式和曲线可计算出相应的应变和钢筋轴力荷载值。

4 结 论

亭子口水利枢纽在基坑开挖期间，围护桩很不稳定，这与基坑开挖深度有着直接的关系，因此，在这段时期应该认真监测各项数据并加以分析，做出预见性的判断，避免安全事故的发生，一旦发现变形值超过了相关规定的警戒值，须马上报告给施工方，商量解决方案，防患于未然。

关于土压力的监测，土压力式基坑支护结构周围的土体传递挡土构筑物的压力。在基坑开挖之前，挡土构筑物两侧土体处于静止平衡状态。在基坑开挖过程中，由于基坑内一侧的土体被移除，挡土构筑物两侧土体原始的应力平衡和稳定状态发生了变化，当变形或应力超过了一定数值时，土体就会发生破坏致使挡土结构坍塌。因此，在基坑开挖过程中，应重视对土体测斜等项目注重监测，加大监测频率，一超过报警值就应停止开挖，做好加固工作。

对于周边建筑物的沉降变形，是一个长期的监测过程，监测频率可以根据项目实际情况安排，在基坑开挖这段时间应重点监测。

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