基坑开挖变形观测的相关分析

罗昌军 聂霁 秦永

【摘要】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。目前所采用的监测方法大多数都是人工用全站仪测量，通过对比每天的数据发现基坑的变化情况。在综合深基坑主要失效形式以及传统监测方法，并吸收其他工程的监测方法的基础上，进行了深基坑工程监测方案的改进，提出了深基坑观测的新措施。

【关键词】基坑监测；监测方法；数据处理

1、基坑开挖的变形观测

1.1邻近建筑物及管线的变形观测

深基坑一经开挖，基坑开挖面就进入卸载的过程。卸荷引起土体产生以向上为主的位移（即基坑底部的隆起），同时在支护结构两侧土体内产生压力差，基坑内部土体亦产生由边缘向中心的水平位移。同时支护结构的变形也使墙外侧土体产生位移，带动管线位移。一般情况下，观测得到的位移数据往往是相适应的，即水平位移指向基坑，垂直位移向下。若数值变化较大或发生异常时，除应向施工单位报警外，应加强观测次数，绘出相应的位移曲线图，以利于分析管线变形情况。

平面位移观测一般采用全站仪，基座都有光学对中器，以提高对中精度，平面位移观测方法较多，较常用的是小角度法。该方法适用于观测点凌乱，不在同一直线上的情况

1.2基坑侧向变形观测

肉眼巡检为有经验的工程师按期进行的一项工作，许多影响基槽侧向位移的因素，如支护结构的施工质量和条件的改变、槽边堆载的变化、管道渗漏乃至气候变化等。

测量仪器观测就是工程测量方法，采用精密水准仪和全站仪，用视准线法较为简单。采用视准线法测量时，需沿待测槽壁设置一条视准线，在该线两端设置工作基点，再在此基线上按需要设置若干测点。

测量时用小角度法用全站仪测出各点的横向位移，但一般只能测到支护结构和基槽顶端的位移量，若需了解测点位置垂直方向的位移分布情况，可与测斜仪配合使用，得到该点沿槽深的总体变形情况。

1.3工程观测成果分析与评价

工程监测成果的分析和评价主要包括下列几个方面：

（1）对沉降和沉降速率进行计算分析，沉降要区分是由支护结构水平位移引起，还是地下水位变化引起的。

（2）绘制位移随时间变化曲线，对引起位移速率增大的原因（如开挖深度、超挖、支撑不及时、暴雨、积水等）进行准确记录分析。

（3）对各项监测结果进行分析并相互验证和比较，判断现有设计和施工方案的合理性。

（4）用数值模拟分析基坑施工期间位移变化规律，预测后续开挖工程实践可能出现的新行为和新动态。

（5）根据监测结果，全面分析基坑开挖对周围环境的影响和支护效果。通过分析，查明事故原因。

2、基坑变形监测资料的处理

2.1监测资料检核的意义与方法

受观测条件的限制，任何变形检测资料都可能存在误差，可以分为以下三类：

（1）粗差：由于观测中的错误引起的。

（2）系统误差：在相同的观测条线下作一系列的观测，观测误差在大小、符号上表现出的系统性。

（3）偶然误差：变形监测中，由于变形量本身较小，为了区分变形与误差，提取变形特征，必须设法消除超限误差，提高测量精度。从而要进行监测资料的检核。监测资料检核的方法：

外业：任一观测元素（如高差、方向值等）在野外观测中均具有本身观测的检核方法。如限差所规定的水准测量线路的闭合差，两次读数之差等

内业：（1）校核各项原始记录，检查各次变形值得计算是否有误。

（2）原始资料的统计分析。

（3）原始实测值的逻辑分析。逻辑分析：指根据监测点的内在的物理意义来分析原始实测值的可靠性。

2.2变形监测成果的整理

2.2.1工作基点位移对变形值的影响

变形检测中，工作基点与基准点本身的稳定性极为重要，当工作基点（或基准点）确实存在位移时，必须对由他们为基准所测定的位移值施加改正数。

2.2.2观测资料的整编

1）.观测点变形过程线：是以时间为横坐标，以累计变形值（位移、沉陷、倾斜和扰度等）为纵坐标绘制而成的曲线。可明显地反映出变形的趋势、规律和幅度。 观测点变形过程线的绘制：

（1）根据观测记录填写變形数值表。

（2）绘制观测点实测变形过程线。

（3）实测变形过程的修匀。由于观测是定期进行的，故所得成果在变形过程线上仅是几个孤立点。直接连接这些点自然得到的是折线形状，加上观测中存在误差，就使实测变形过程线经常呈明显跳动的折线形状，为了更确切地反映建筑物变形的规律，须将折线修匀成圆滑的曲线 。

2）.建筑物变形分布图：这种图能够全面地反映建筑物的变形状况。

2.2.3变形值的统计规律及其成因分析

步骤是：

（1）绘制观测点变形过程曲线。

（2）用两倍的变形值的中误差绘制变形值的变化范围，变形范围图的用处：Ⅰ初步检查观测是否有粗差，Ⅱ初步判断建筑物是否有异常变形。

利用长期观测掌握的建筑物变形范围的数据资料来判断建筑物运营是否正常，这在一般情况下是可行的。但对异常情况，例如大坝遇到特大洪水，变形值超过变化范围时的观测资料用来判断坝体是否正常就缺乏必要的理论根据。

2.3报警临界值和险情预报

（1）支护结构水平位移速率连续几天急剧增大，如达到2.5～5.5mm/d 。

（2）支护结构水平位移累积值达到容许值，如最大位移与开挖深度的比值达到0.35%～0.70%。

（3）任一项实测应力达到容许值。

（4）地面最大沉降与开挖深度的比值达到0.5%～0.7%，且地面裂缝急剧扩展。建筑物差异沉降达到有关规定的沉降极限。

（5）地下煤气管、水管等设施的变位达到设计容许值，开挖基坑邻近的煤气管局部沉降达到30mm时，可能出现漏气事故。

（6）肉眼巡视到各种不良现象，如邻近建筑物的裂缝不断扩大、严重的基坑渗漏、管涌等。

参 考 文 献：

[1]秦四清等.深基坑工程优化设计[M].中航勘察设计研究院.

[2]唐业清等.基坑工程事故处理与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[3]陈忠汉等.深基坑工程（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2002.