建筑基坑监测工程中的位移测量技术

邢修权

【摘要】：随着我国经济建设的迅速发展，城市建设的突飞猛进，各大城市的建设发展越来越向地下寻找发展空间，基坑工程越来越多的向大深方向发展。其建设时除了需要考虑满足使用功能要求以外，还要十分注重建筑物的外观造型。同时，由于基坑工程本身的复杂性和基坑设计中假设的工况模型还不能很好的反映施工时的集体状况，所以需要通过基坑监测到的各种变形数据信息，为设计和施工单位优化下一步的施工参数提供相关的参考，以达到信息化安全施工，杜绝隐患，避免因基坑围护结构坍塌造成人员和经济的巨大损失。而测量技术的正确应用，特别是位移测量技术的正确应用是准确获得基坑变形数据的可靠保证。建筑基坑监测工程的内容通常包括基坑支护结构的水平位移监测、基坑周围环境的沉降监测以及地下水位监测。基坑监测工作是确保工程质量和安全的重要措施之一，文章首先分析了建筑基坑施工监测的主要特点，同时就如何做好基坑监测中的位移测量工作进行了相关探讨。最后重点分析了建筑基坑监测工程中的位移测量技术。

【关键词】：建筑基坑；监测工程；位移测量技术

【前言】：建筑基坑监测工程就是为了确保建筑工程的安全，并对其土方施工和地下室施工提供有效的监督、指导和预警，从而防止发生基坑坍塌等事故的一项必要措施。而施工现场方案是否合理，获得的数据是否准确可靠，以及测量人员的专业技术水平等都会直接对工程质量造成影响，必须重视并做好测量施工质量控制工作，尤其是基坑施测工作。当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用于计算基坑周围的土体变形，施工中通过准确及时的监测，可以指导基坑开挖和基坑支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。

1、建筑基坑施工监测的主要特点

1.1时效性

普通工程测量一般没有明显的时间效应。而基坑监测通常是配合降水和开挖过程，有鲜明的时间性。测量结果是动态变化的，一天以前（甚至几小时以前）的测量结果都会失去直接的意义，因此深基坑施工中监测需随时进行，通常1次/d，在测量对象变化快的关键时期，可能每天需进行数次。基坑监测的时效性要求对应的方法和设备具有采集数据快、全天候工作的能力，甚至适应夜晚或大雾天气等严酷的环境条件。

1.2高精度

普通工程测量中误差限值通常在数毫米，例如60m以下建筑物在测站上测定的高差中误差限值为2.5mm，而正常情况下基坑施工中的环境变形速率可能在0.1mm/d以下，要测到这样的变形精度，普通测量方法和仪器都不能用任，因此基坑施工中的测量通常采用一些特殊的高精度儀器。

1.3等精度

基坑施工中的监测通常只要求测得相对变化值，而不要求测量绝对值。例如，普通测量要求将建筑物在地面定位，这是一个绝对量坐标及高程的测量，而在基坑边壁变形测量中，只要求测定边壁相对于原来基准位置的位移即可，而边壁原来的位置（坐标及高程）可能完全不需要知道。由于这个鲜明的特点，使得深基坑施工监测有其自身规律。例如，普通水准测量要求前后视距相等，以清除地球曲率、大气折光、水准仪视准轴与水准管轴不平行等项误差，但在基坑监测中，受环境条件的限制，前的视距可能根本无法相等。这样的测量结果在普通测量中是不允许的，而在基坑监测中，只要每次测量位置保持一致，即使前后视距相差悬殊。结果仍然是完全可用的。因此，基坑监测要求尽可能做到等精度。使用相同的仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测

2、如何做好基坑监测中的位移测量工作

基坑监测一般需要进行下列项目的测量：①监控点高程和平面位移的测量；②支护结构和被支护土体的侧向位移测量；③基坑坑底隆起测量；④支护结构内外土压力测量；⑤支护结构内外孔隙水压力测量；⑥支护结构的内力测量；⑦地下水位变化的测量；⑧邻近基坑的建筑物和管线变形测量等。

2.1基坑监测在基坑的开挖施工至使用过程中是一项重要工作。虽然基坑支护结构设计时进行了尽可能详尽的计算，但设计与实际施工状况的脱节仍不可避免，一方面是由于设计理论所限，另一方面是建设单位对投资的限制，在基坑监测的具体操作上需按规范要求精心进行，而围护结构位移变形测量是重中之重。

2.2在测量过程中，必须按规范和设计要求认真操作仪器，严格把关。具体做好以下几点：

2.2.1水平基准点网的设立要稳妥

基准点网是检验和直接测定观测点的依据，要求在整个观测过程中稳定不变。必须埋设在变形范围以外，且不受施工干扰的稳定的位置，尽可能的靠近被监测目标。同时为了便于校核，以验证基准点的稳定性，基准点数目应不少于三个。

2.2.2位移测量时采用的仪器设备应通过计量部门检验合格，并在有效期内。同时在整个基坑监测过程中应采用固定仪器，以减小测量误差。

2.2.3位移测量方法要讲究。监测人员应充分了解所采用的测量仪器的构造、原理，对仪器固有误差对变形数据影响做到心中有数，测量方法对仪器误差减弱要充分应用。

2.2.4误差椭圆要正确摆放。由于围护结构位移测量只要求获得垂直与基坑边线方向的变化量，对限于现行测量技术不能减小的误差，在实际测量中对误差椭圆要正确摆放，将误差椭圆短轴尽量垂直与基坑边线，利用误差最小的方向。

2.2.5测量时间要正确选择。测量目标的清晰、稳定的程度在一天之内随时间的不同而变化着。一般晴天时，成像清晰、稳定的时间是日出一小时至九点钟前和下午三四点钟以后。阴天时，成像的情况比晴天有利，可以观测的时间比晴天长得多。

2.2.6测量的图示与记录要准确、清楚。基坑监测测量实施过程中应事先画好观测示意图并对每次观测认真做好记录，及时计算各种限差和闭合差，确保测量数据的准确性。

2.2.7资料整理与提交

按规定对测点进行观测后，依据监测成果的科学性.准确性.及时性的要求，对监测资料进行及时分析整理。监测当天的观测成果，应第一时间电话通知甲方.监理施工方，并于下一次监测前，提交正式监测简报。监测工作期间，每周汇报本周监测数据，形成监测周报，并提交给业主和监理单位。监测对象出现异常变化时，及时整理书面材料呈报有关各方，材料包括：分析原因，提出相对的对策建议，同时加密观测，了解其进一步的变化情况和进一步采取措施后的效果。出现险情时，保证现场24小时有人连续观测并及时提供监测数据。为保证预报及时，必要时在施工现场设一办公室，配备电脑.打印机等必备办公用品。监测工作期间，每次的监测成果，应在第二天提供书面的监测简报。每周应汇报总监测数据，形成监测周报，并提交给业主和监理单位。整个监测工作结束后，向业主提交监测总结报告。内容包括：监测点平面布置图.监测说明.监测成果表.统计表.监测曲线.各施工阶段的监测数据，变形分析，结论等。endprint

3、建筑基坑监测工程中的位移测量技术

3.1建筑基坑监测工程中位移测量技术的发展

基坑水平位移监测的常用方法主要有经纬仪视准线法、小角度法等，这些方法的特点是使用经纬仪即可进行观测，基于基坑附近有相对稳定的地面基准点为基础，并保证在监测点通视的条件下才能实施。但在观测基坑不同边水平位移时需进行仪器搬站，观测所需时间较长。常规的监测方法已不能适应城市深基坑施工的复杂环境。目前，随着智能型全站仪的普及和应用，采用极坐标法或以极坐标法为基础的自由设站法（统称为全站仪坐标变化法，简称为全站仪坐标法），可直接测定任意方向位移监测点的坐标，通过计算两次坐标的变化量就可确定位移量。用全站仪坐标法进行基坑水平位移监测通常不需要搬站，一次测完所有点，可节约大量观测时间，能有效排除基坑施工干扰及周边土体变形的影响，通过相邻周期坐标计算可以快速、准确地获取监测点的位移量和累计位移量。

3.2观测数据处理

观测数据处理首先进行的是观测成果测站平差，测站平差的目的是根据测站上的观测成果求出个监测点方向和距离的量或值，同时可以计算出方向值、距离值的中误差，以评定测站的观测成果质量。各监测点坐标数据的计算采用极坐标法进行，计算时假定坐标系X轴平行与基坑东西边平行。

3.3全站仪坐标法的原理

全站仪坐标法包括传统的极坐标法和以极坐标为基础的自由设站法。自由设站法是由两个已知坐标的点作为后视点，首先求得测站点的坐标，然后通过测站点坐标测算出前视测站点的坐标。整个过程中，测站点的坐标仅起传递作用，从而每次测量时，测站点的位置可以是随意的（但每次位置应大致相同），这种方式能很好地适应现场条件复杂，得到广泛应用。因为它是以极坐标法为基础对监测点进行测量，所以在这里只分析极坐标法。由于测量坐标的精度受距离测量精度和角度测量精度的共同影响，不太容易估算，给实际应用带来一些问题。

3.4全站仪坐标法的测量精度

对于一等精度要求，必须采用强制对中且全站仪的等级不低于一秒级，将一秒级全站仪改为半秒级全站仪时，距离限值由一百五十米放宽至三百米；采用光学对中即使采用最高等级的全站仪也难以达到要求。对于二等精度要求，采用

强制对中且等级高于一秒级的全站仪很容易达到要求，若采用两秒级全站仪是，距离则限制在两百米以内；若采用光学对中，则半秒级的全站仪很容易达到要求，一秒级全站仪限制在四百米以内，两秒级全站仪限制在一百五十米以内。需要说明的是，全站仪的标称精度中，测距精度相对容易达到，外界气象条件对测距的误差作用相对小些，容易实现其标称精度。而测角精度，以两秒级全站仪为例，“两秒级”只是表明仪器内部精度，它是在室内试验场地获得的数

值，不代表实际作业中的精度，实际测角时受旁折光影响，作用更为显著，不易被人们掌握。但是，以上精度估算可以作为一种定性的分析，实际作业时根据外业成果和同类仪器的使用情况，采用多个测回来实现。

3.5建筑基坑监测工程位移测量的注意事项

建筑基坑在整个地下室施工期间，应安排专人对基坑支护及其周围环境进行监测，并做好记录；当发现支护面发生裂缝时，应观察裂缝发生的情况，分析

原因，加强监测的频度，及时报告情况；当监测项目的累计位移量或位移速率达到报警值时，要及时通知基坑内的施工人员，并向建设、监理、施工单位负责人报警；施工负责人接到报警通知，应及时组织相关人員对基坑位移进行全面检查，分析、找出发生较大位移的原因，应提出有针对性地整治措施；在建筑基坑监测人员提出报警后，靠近报警部位的基坑作业应及时停止，撤出相关设备、材料，疏散施工作业人员，待处理好后方可继续基坑内的施工；如果确实有必要，则应对建筑基坑支护结构的报警部位进行彻底清除并重新支护；建筑基坑支护坡顶的一米范围内禁止重物的堆放和重载车辆的行走，并采用钢管栏杆做好防护安全。

3.6资料整理以及提交

每周期观测结束后，应对观测数据和计算资料及时进行整理平差，计算出各观测点的位移量，填制观测成果表，并把相关监测简报提交给有关单位。

结语：

总而言之，建筑基坑监测工程就是为了确保建筑工程的安全，并对其土方施工和地下室施工提供有效的监督、指导和预警，从而防止发生基坑坍塌等事故的一项必要措施。建筑基坑监测工程的内容通常包括基坑支护结构的水平位移监测、基坑周围环境的沉降监测以及地下水位监测。因此，在建筑基坑监测工程中进行位移测量，除了要对相关规范熟练掌握，对用的仪器熟练操作外，对仪器的结构、原理，误差的来源和减弱措施要有足够的重视，才能在建筑基坑监测工程中获得准确的围护结构位移信息。建筑基坑监测工程的监测频率应满足：在基坑开挖期间每1至2天监测一次，发生较大变形时加密监测频率直至跟踪监测，监测期至完成该区段基坑土方回填为止。在施工监测过程中要加强现场监测控制点的保护，防止碰撞破坏，若因施工不慎而产生破坏时应及时修复。当发现监测项目的累计位

移量或位移速率达到报警值时，应及时通知基坑内的施工人员，并向建设、监理、施工单位负责人报警。另外，每次监测完成应及时提交日报表。当监测工程结束时，应提交完整的基坑监测报告。

【参考文献】：

[1]包民先.全站仪坐标法在深基坑水平位移监测中的精度分析与应用[J].测绘与空间地理信息，2011（6）.

[2]张伟，李姝昱，王聪聪等.基坑监测中位移监测数据的预报方法[J].水电能源科学，2011（1）

[3]夏才初，潘国荣等编著.土木工程监测技术[M].中国建筑工业出版社，2001.

[4]高强，路文科.基坑坡顶土体水平位移、沉降监测实施方案探讨[J].中国科技信息，2011（21）.

[5]李治文.玉环县某基坑深层土体水平位移监测分析[J].中国高新技术企业，2010（15）.

[6]熊智彪，王启云.某复杂平面基坑支护结构水平位移监测及加固[J].岩土力学，2009（2）.endprint