软基路段的变形监测和精度探讨

杨爱民

（福建岩土工程勘察研究院，福建福州 350001）

毛窠边坡治理工程因“618”洪灾造成原支护系统部分结构遭到破坏，补强工程现已建成。该工程安全等级为一级，工程重要性等级为一级，场地等级为二级，地基等级为一级。为了跟踪边坡及支护结构的稳定和变形趋势，需对边坡及支护结构进行监测。软基路段土层具有埋藏浅、厚度变化大的特点，在经历水毁灾害后，该路段路基具有含水量大、空隙比大、承载力降低、易触变等特点，补强工程施工后软基边坡对工程支护结构和路基的稳定性具有一定的破坏作用。而采用软基检测可以有效地解决变形控制问题，软基监测数据对于工程后期的监控工作很重要，对沉降数据进行收集可以进行趋势预测，有效控制工后沉降，确保工程质量。

1 变形监测和精度测量总体方案设计

根据业主提供的小区工程施工设计方案，并结合现场实际情况，选取具有代表性的软基地段进行处理，同时进行变形监测。变形监测内容具体包括水平位移监测、沉降监测、土体深层位移监测、分层位移监测和地下水压检测等，而本文主要针对施工工程进行水平位移监测和沉降监测内容的讨论，主要的施工工序包括[1]：

（1）监测方案总体设计。具体包括工程概况分析，对检测内容和要求的确定，明确监测依据；

（2）布设基准网；

（3）变形观测点布置；

（4）水平位移和沉降变形监测；

（5）数据处理；

（6）结论探讨。

由于选取的代表性监测路段具有其特殊性，不同的变形监测数据会有细微差别，因此，决定在观测区布置统一的基准网，埋设监测点，进行监测处理。

2 变形监测内容和要求

2.1 监测内容

具体监测内容有水平位移监测、竖直位移监测、深层水平平位移监测、倾斜监测和裂缝监测[2]。其中水平监测的目的是对于支护结构的边壁水平变形和滨兴速率数据进行监测；竖直位移监测主要用于监测维护墙顶、地表和立柱竖向位移的数据监测；深层水平位移监测用于收集支护结构墙体和周围土体的深层水平位移信息；倾斜监测主要用于收集建筑物倾斜度、倾斜方向和倾斜速率等方面的有效信息；裂缝监测是对裂缝长、宽变化、位置、走向等信息的变化数据进行收集。

结合本案例根据本工程毛窠地段的支护工程设计图，在进行监测前，应该对工程设施的周围建筑物和有关设施的现状进行调查、拍照作为档案资料进行保存，并做详细的记录。由于对监测数据具有等精度性要求，因此，监测工作应该固定监测施工人员和监测仪器，并且选用同样的观测方法在基本相同的情况下实施监测。具体进行的监测内容有：

（1）边坡深层水平位移（测斜）：在整个支护范围内分布，间隔30～35m埋设1根测斜管，测斜管埋至坡底稳定岩土层或深入坡脚不少于3m，以观测边坡在使用过程期间的水平变形，共布设30孔。

（2）垂直位移（沉降）和平面水平位移：在边坡坡顶、各马道，每隔22～30m布置1个观测点，共布设70个。

2.2 监测特点

监测过程需要配合天气和开挖工作，因此具有较强的时效性特点，测量的结果也是动态变化的，因此，软基路段施工后进行变形监控与施工时相比频次相对较低，可以根据工程的具体施工情况进行监测，但对于观察数据变化比较快的关键期，监测频次应该高一些[3]。监测的时效性特点对监测方法和设备的选取具有较高的要求，需要使用获取数据快、能适应严酷条件下监测要求的手段和设备。

监测具有高精度要求，由于变形速率可能为0.1mm/d以下，所以对监测精度有较高的要求，需要高精度的测量方法和仪器。监测过程中使用的高精度仪器主要有测斜仪、深层沉降标、全站仪或水准仪、土压力计、孔隙水压力计、钢筋应力计、混凝土应力计、温度计、低应变动测仪和超声波无损检测仪等监测设备。不同的监测仪器具有不同的监测功能，可以根据工程的具体情况选择具有较高精度的测量仪器。

监测数据具有等精度要求，在监测施工中，需要尽可能地做到等精度，运用相同的测量仪器，选取相同的位置，由统一测量人员使用统一测量方法进行监测，尽可能地保证监测数据的等精度要求。

3 监测依据

（1）业主提供的本工程设计文件。

（2）制定本方案所引用的技术规范及标准：

①《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

②《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)；

③《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）。

4 观测点布置

观测点布置按规范及设计文件的要求布设，在观测前预埋，经观测确定稳定后方可投入使用。一般观测点的设置不会少于2个，并需要在监测期间对其进行定期的联合监测，以确保监测的稳定性。对于观测点的监测频率可做适当的调整，一般工程施工期间需要每天获取监测数据，施工稳定期可适当降低监测频率。若监测过程中出现警报数值，需要增加监测频次以降低工程危险发生率。观测点的布置需要综合考虑，不能影响正常受力机构，不能削弱结构的刚度和强度，可提前30d施工，进行深埋。

除观测点外，还在边坡周边布置4个控制点，组成水平及沉降控制网。详见监测点平面布置图。对于监控点的布置应该考虑在工程转折处，或者距离建筑物比较近的地方进行适当加密处理。

5 观测方法

5.1 平面及沉降控制网的建立

以边坡周边4个控制点，组成水平及沉降控制网。

5.1.1 平面控制网

采用静态GPS按国家二等控制网的精度要求进行观测、平差，作为水平位移观测的基准点，和联测布置在代表性路段的基准点，组成全测区的基准网，确保不同路段的基准网处于一个监测系统。

GPS静态相对定位技术在工程测量中广泛应用，可以提供精确的工程测绘控制网，多用于工程沉降监测、变形监测。当前的GPS定位技术以其全天候、高精度和自动测量的特点在工程测绘中广泛使用，由于其智能化、自动化的技术特点，大大提高了工程施工效率，降低工作人员作业强度[4]。

5.1.2 沉降控制网

采用NA 2级精密水准仪按国家二等水准测量的精度要求进行观测、平差，作为沉降观测的基准点。水准仪是一种高精度的监测设备，可以对地下管线、支护机构和周围建筑环境等方面的沉降和变化数据提供支持。

5.2 支护结构的变形观测

5.2.1 水平位移监测

采用NIKON350全站仪进行观测，观测方法为前方交汇，观测精度执行《建筑变形测量规程》（JGJT/8-97）、《工程测量规范》。全站仪和水准仪一样是监测精度设备，可以对地下管线、支护机构和周围建筑环境等方面的沉降和变化数据提供支持。

5.2.2 沉降监测

采用NIKON350全站仪进行观测，观测精度执行《建筑变形测量规程》（JGJT/8-97）、《工程测量规范》。

5.3 土体水平位移(侧斜)

采用测斜仪进行观测，观测精度小于±0.1mm。土体深层水平位移采用测斜仪观测，斜测仪可以沿铅垂方向对土层和支护结构进行内部水平位移提供精确数据，可以实现单位和双向位移，在双向位移中可以求出矢量和进而预测位移的最大值和方向。

观测测斜仪上下两对导轮之间倾斜角度，倾斜角度间接反映了两对导轮间的相对水平位置，并可以计算出该段测斜管的相对水平位移。

δi=Lisinαi式中 Li为设置的测点分段距离，常取1000mm。整根管子两端的相对水平位移差Δn可表示为：Δn=∑Lisinαi,当管子的埋置足够深时，管底可认为是不动的，Δn即为管顶的水平位移值。把测量结果整理成水平位移变化曲线，反映各土层的水平位移情况。如图1所示为测斜管埋设示意图。

5.4 观测频度

我院于2013年1月25日进场观测，至2014年12月25日共观测26次。对于观测点的监测频率可做适当的调整，一般工程施工期间需要每天获取监测数据，施工稳定期可适当降低监测频率。若监测过程中出现警报数值，需要增加监测频次以降低工程危险发生率。

6 观测成果及变形分析

图1 测斜管埋设示意图

6.1 观测成果

由于沉降检测数据较多，现选取沉降数值变化较大的多组观测数据，以供参考。如表1所示。

6.2 变形分析

表1 监测点水平位移沉降观测成果表

6.2.1 水平位移观测成果分析

该支护工程累计位移量最大处为S27测点，位移量为14mm,最小处为S5测点，位移量为6mm,各测点累计位移量介于6～14mm之间。根据南平市当地经验值，累计水平位移量监控值为不超过1/300H，该边坡H最大处在15m左右，因此，该边坡累计位移量不应超过50mm,而各测点位移量均未超过此范围，说明该支护工程边坡已趋于稳定。

6.2.2 监测点沉降观测成果分析

由表1可知，该支护工程累计沉降量最大处为S57测点，沉降量达6.8mm,最小处为S25测点，沉降量为3.6mm,各测点累计沉降量介于3.6～6.8mm之间。根据《建筑变形测量规程》（JGJT/8-97），亦说明该支护工程边坡已趋于稳定。

6.2.3 边坡深层水平位移（测斜）分析

下图为工程3个典型的观测点，图2、图3、图4分别为观测点C1、C15、C30边坡位移曲线图。

以代表性测斜孔C1、C15、C30为例，各测斜孔深层位移量在12mm以内，位移量出现孔口以下6.0m范围内。观测后期位移量较小，曲线较密，说明该支护工程边坡已趋向稳定。

图2 南平市八仙小区C1测得位移曲线图

图3 南平市八仙小区C15测得位移曲线图

图4 南平市八仙小区C30测得位移曲线图

7 结论与建议

水平位移及沉降数据均表明该边坡工程在2013年1月25～2014年12月25日观测期间处于正常状态，该支护工程边坡已趋向稳定。

本观测期内，该边坡支护工程尚未受到长时间降水及大台风的考验，建议继续观测一年，并定期派人对该边坡工程进行巡视，尤其要加强台风雨后的观测，以便及时排除安全隐患。

工程设施的变形监测属于精密工程测量，以此，在监测过程中需要使用高精度的测量仪器，监测施工人员应该按照较高的监测等级和精度标准进行熟练操作。监测点的布设是监测工作的重要环节，监测点的布设质量直接决定监测结果，因此，确定监测点布设需要施工人员进行科学选择。变形监测有几项施工原则，要确保基准点稳定；设备、技术、方法、施工人员保持一致，监测起算点一致，监测结果具有可比性，保证检测符合等精度要求。

[1]陆向明,莫传山,李朝晖.某软基路段的变形监测及精度分析[J].才智,2010(22)：73-74.

[2]庄建林.软基地区道路施工变形监测[J].测绘与空间地理信息,2013,36(4)：199-201,204,207.

[3]韦东波.基坑变形观测方法[J].科技视界,2014(23)：82-82,214.

[4]董建华.有关工程测绘中GPS测量技术的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(32)：43.