基坑深层水平位移监测新方法的探讨与应用

朱春宁，何 晨

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210005）

随着城市建设的快速发展，城市道路交通网不断拓展，立体交通高架桥梁不断涌现，跨河段的墩柱建设也越来越多。跨河水中墩的建设往往伴随着钢围堰基坑的施工开挖，基坑的开挖会引起周边水体和土体应力场的变化，这对基坑的自身结构产生很大的影响，同时也影响周边建筑物的安全。为了保证周边建筑物及基坑自身的施工安全，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）及《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2019）等要求，在土建施工阶段必须开展相关的变形监测工作。围护结构体水平位移监测能直接反映桩（墙体）沿深度方向上在不同深度处的水平位移变化情况，并及时掌握围护结构体在水平方向上的最大位移量及其深度，用于判断围护结构的稳定性及其变形发展趋势，分析整个基坑的稳定性及安全状态。基坑围护结构体水平位移监测往往采用埋设测斜管的方式进行，但在一些工程中往往受限于现场条件而不能埋设测斜管。基于这一矛盾，选择既适应作业场地条件又能满足监测精度的方法，高效提供监测信息，是监测人员应关注并考虑研究的问题。

1 监测方法简介

1.1 传统深层水平位移监测方法

深层水平位移监测主要是通过测斜仪来进行的，它能深入基坑围护结构内部，了解基坑开挖过程中围护结构在不同深度处的水平位移情况。监测人员要根据要求在需要进行测斜监测的围护结构或被支护的土体中埋设测斜管，监测时把测斜仪的导轮沿测斜管内壁的导槽（导槽方向与基坑走向垂直）滑动到孔底，以孔底为基准点，从下往上每隔0.5m测1个点。当被测桩、墙体或岩土体变形时，测斜管轴线产生挠度，用测斜仪测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角的变化量，从而获取被测对象内部各点的水平位移，其原理如图1所示[1]。

图1 深层水平位移原理示意图

当被测结构物发生倾斜变形时，测斜仪将同步感受变形，测斜仪与铅垂线方向呈现一个角度，探头的加速度计就会有一个输出值，如下式所示[2]：

式中：C为探头零偏；k为探头标度因数；g为地球重力加速度；α为倾斜角。

为了消除零偏的影响，一般采用正反观测，分别记为A正和A反。将A正-A反得：

从图1中可以看出：

式中：L为导轮轮距，0.5m；Δi为水平位移；α为倾斜角。

将式（3）带入式（2）中可以得到下式：

对于一个测孔来说，根据结构物的倾斜变形量，可以获得各测点的位移总和，即：

式中：Δ总为测孔全长范围内的位移量；n为该测孔内的测点数。

1.2 新的监测方法

笔者工作中遇到一处基坑，其位置比较特殊，一半位于陆地，一半位于水中，围护结构为拉森钢板桩。开挖期间为了实时了解拉森钢板桩的受力及安全情况，需要对靠近河侧拉森钢板桩进行变形监测。由于结构及场地原因无法布设测斜管，因此从测斜管的原理出发，笔者设置了一种新的监测方法，介绍如下。

在拉森钢板桩观测断面处，从上到下依次粘贴全站仪反射片（考虑到经济性和实用性，设置间距为1m），如图2所示。在基坑施工影响区域外的某个建筑物上设置一枚小棱镜作为基准点，监测实施时，在中间陆地上架设全站仪测量基准点与拉森钢板桩之间的水平距离S水平（S水平=S水平1+S水平2），两期监测的水平距离之差ΔSi，即为钢板桩对应位置的水平位移量。后续的数据处理及统计分析与传统深层水平位移方法类似。

图2 拉森钢板桩深层水平位移监测示意图

2 监测精度分析

根据图2可得下式：

根据误差理论，两边求导，通过精度分析理论可得[3-4]：

可求得一个测回：

根据施工现场情况，α1取值为10°～30°，α2=3°，S1取值在15～30m，S2约为100m。现场监测全站仪为徕卡TM30，其角度观测精度mα为0.5″。计算得出mS平距最大值为0.94mm。为了提高监测精度，设置全站仪观测3个测回，mS平距最大值为0.54mm，满足监测精度不大于1mm的规范要求。

3 工程实例

某工程基坑深度（水面至承台底）为10.2m，采用钢板桩围堰+钢支撑作为围护结构，围堰的长边与水流方向一致，长度约为83m、宽度约为17m，钢板桩桩长21m，设3道内支撑，其中第三道支撑为临时支撑。该项目基坑监测包括围护结构顶部水平位移及沉降、钢支撑轴力、周边地表沉降、深层水平位移。由于现场条件受限，靠近河侧深层水平位移采取文章上述方法进行监测。

该项目从基坑开挖到钢围堰拆除共计两个半月，共计完成61期的深层水平位移监测，最终的累计变化情况如图3所示。距离顶面1m处钢板桩向内累计偏移13.3mm，距离顶面7m处钢板桩变化幅度最大向内累计偏移35.7mm。

图3 钢板桩深层水平位移累计变化曲线图

4 结论

（1）由钢板桩深层水平位移累计变化曲线图可以看出，由于水压的影响，基坑越深钢板桩受到水压影响越大，向内变形也就越大。

（2）为了测到基坑最深处的反射片，需将全站仪靠近基坑边缘架设；另外，由于基坑出土施工，现场比较混乱，需要选择施工间歇期进行监测。钢板桩深层水平位移监测在时间和空间上有一定的局限性。

（3）由于现场基坑外刚好有一处建筑，可以布设基准点；如果工程附近没有可利用的建筑，可以选择设立强制观测墩。

（4）文章所述方法从理论到实践进行了论证，事实证明该方法可以替代传统深层水平位移监测方法，对于有类似需求的工程监测具有借鉴意义。