基坑工程变形监测方案设计要点

曹英莉，李红慧

（1.烟台黄金职业学院，山东 烟台 265401；2.江苏煤炭地质局，江苏 常州 213000）

1 工程概况

该工程位于某市中心位置，四面临街，为框架-核心筒结构，四层整体地下室。作为施工工程基础及地下室，工程场地内需要开挖基坑，基坑长约159m，宽约110m，开挖深度为20.3～22.5m，采用地下连续墙作为基坑周边的围护结构，内支撑采用钢筋混凝土支撑。

由于该工程基坑开挖深度深、边长长，四面均为市政道路，周边环境较复杂，且施工周期长，加上自然环境因素的不可预测性，综合各方面因素，确定基坑侧壁安全等级为一级，重要性系数为1.1[1]。对基坑的变形控制要求较高，监测等级按照一级基坑要求进行监测。

2 监测内容

为保证基坑的围护结构、施工影响区域内的建（构）筑物及环境的安全，确保基坑的安全施工，结合该工程的特点、现场及周边情况，主要对基坑围护结构（包括围护桩墙、支撑件、立柱、坑内土层、坑内地下水等）及相邻环境（包括相邻地层、地下管线、影响范围内建筑物、坑外地下水等）进行监测[2-3]。

3 监测方法

基坑施工期间监测方法采用人工现场巡视检查和通过仪器观测相结合的方法，以仪器监测为主，辅以人工巡检，做到“点”“面”结合，全方位掌控该基坑的安全情况。

3.1 现场巡视

现场巡视观测法以目测为主，兼以一些简单工具如锤、钎、尺子等，凭经验获得对判断基坑稳定和环境安全性有用的信息。这项工作实践性要求很强，需要由工程经验丰富的监测人员进行，以便及时发现隐患苗头并能进行处理，尽量减少工程事故的发生。巡视检查的内容较丰富，包括基坑围护结构及支撑体系的施工质量、有无变形、裂缝、围护体系渗漏水情况、基坑附近周边有无沉陷、滑移、裂缝等情况，现场施工条件有无发生改变、基坑边堆载及变化情况、降水等气候条件变化与基坑稳定和环境安全相关的信息等。此种方法获取的前兆信息直观可靠，可作为基坑事故的宏观预报判据，并可配合仪器监测资料进行综合分析，是基坑监测不可或缺的一种重要手段。

3.2 仪器观测

仪器观测法是根据监测内容选用特定的仪器对监测点进行观测。

（1）基准点和监测点的布设。通过仪器进行基坑变形观测，需设置基准点和变形监测点。基准点要设置在工程施工影响外较稳固的地方，距离施工场地较远，为了便于观测，通常会在基坑附近相对稳定的地方设置工作基点，工作基点是联系基准点和变形监测点的桥梁，进行变形观测时可直接在工作基点上架设仪器进行观测。变形监测点设在变形体上能反映变形特征的位置。为了确保变形监测的准确可靠性，需对监测点进行保护，设置醒目标识，并告知现场作业人员，以避免人为破坏。若监测过程中发现有变化异常的监测点，应及时复测；如果发现点有被碰动或破坏迹象，不要存侥幸心理，必须立即重新埋设点，重新测取初始值。

（2）监测项目。①围护结构墙顶及建筑物、管线水平位移监测。围护结构墙顶通常用小角度法进行水平位移监测，该方法适用于观测点零乱、不在同一直线上的情况。建筑物、管线水平位移通常采用极坐标法，对各监测工作点进行严密平差、计算监测点坐标，再与初始值进行比较，即可知道其是否发生了变形[4]。②围护结构墙顶竖向位移监测。使用精密水准仪严格按照国家二等水准测量的要求进行竖向位移监测，遵循先控制后加密的原则，观测前要检查围护监测控制网的可靠性。③围护结构墙体变形监测。目的是了解基坑施工过程中不同深度的围护结构墙体水平位移情况。通常采用测斜仪、PVC测斜管等进行监测，沿基坑长边围护结构墙每40m布设监测点。该工程共布设深层水平位移监测点14个，孔深同围护墙深度一致。在需要监测的桩体埋设PVC测斜管，在基坑开挖前测定初始值。为了减少或消除仪器的装配误差，用测斜仪测读数时，应在位移的正、反方向各测读1次，取平均值作为观测结果。④地下水位监测。测点埋设采用钻机钻孔，用钻机钻出直径为150mm的钻孔，放入水位管，用中粗砂充填水位管壁与孔壁，再用黏土封填地表至0.5m处的空隙，以防地表水流入。监测时用精密水位计，将水位计盖头打开，缓慢放下测头。当测头接触到地下水面时，蜂鸣器响，读取孔口读数，与上次观测值之差即为该次地下水位的变化数值，若与初始值之差，即为地下水位累计变化量。⑤建（构）筑物竖向位移监测。根据建（构）筑物的结构特点并结合地质情况，在工程施工影响范围内建筑物上选择合适点位，并将监测点牢固埋设，进行精密水准测量。⑥建筑物裂缝观测。建筑物各部位的沉降不均匀现象通常会导致裂缝变形的产生，在基坑工程变形监测中，通常把裂缝开裂状况的监测作为基坑开挖影响程度的重要依据之一。首先，通过人工巡视发现已产生的裂缝；其次，进行编号，并画线标记出测量裂缝位置；最后，通过裂缝观测仪进行测量。同时，要用数码相机对裂缝进行拍照留存当时的影像资料，以便对裂缝进行前后比对，结合测量数据更好地掌握裂缝发展变化情况。⑦周边地表及地下管线竖向位移监测。周边道路监测点要布设于不影响交通的位置，用15cm的道钉打入地面，喷红油漆做上标志；管线监测点应根据现场管线实际走向及其与基坑的位置关系布设，管线接头处、拐弯处和管道井（特别对煤气管道井应重点监测）位置应布设监测点，变形曲率较大的部位应增设监测点。对这些监测点进行精密水准测量。布设监测点时，通常将周边道路与道路两侧管线监测点错开布设，以便能够获得更多的沉降数据信息。⑧立柱沉降监测。监测点应布设于基坑的中间立柱桩受力最大处、斜撑、拐点、施工栈桥下等。监测点是直接在立柱桩顶部支撑上钻孔，将膨胀螺栓或道钉打入混凝土体，用水泥敷牢，并喷红油漆作为标志，进行精密水准测量。⑨支撑轴力、围护结构内力的监测。支撑轴力监测点布设在支撑内力较大或在整个支撑体系中起控制作用的杆件上，混凝土支撑的监测截面选择在两支点间1/3的部位，并避开节点位置布设。支撑轴力的测试仪器使用振弦式频率读数仪测读。围护结构内力监测点选取支护结构典型剖面布设，点间距50m。

4 监测周期和频率

按照计划安排，该次基坑监测分为地下连续墙及桩基施工阶段、基坑开挖阶段、支撑拆除阶段、基坑底板浇筑阶段、基坑回填及停止抽水阶段。各监测点在开始相关施工工序之前设置，待测点稳定后，连续进行不少于3次的初始值独立测量，观测值的较差小于2倍测量中误差时取平均值作为初始值，否则需重测。初始值采集频率为1次/5d（如遇雨天进行顺延）。具体监测频率如表1所示。

表1 基坑监测频率

施工过程中现场监测应按既定周期定时进行观测，若遇特殊情况，如大雨、突发事件或监测数据变化异常时，监测频率需适当加密或进行连续观测。

5 监测预警

由于支护结构的土压力分布受支护方式、施工过程和土体情况的影响，并与侧向位移密不可分，比较复杂，因此基坑监测警戒值的确定对合理指导基坑施工具有重要意义[5]。该工程根据设计文件及《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2009），各监测项目的预警值如表2所示。

表2 基坑监测预警值

6 总结与建议

（1）基坑工程变形监测方案设计，需要应用到多学科知识，如地质、岩土、材料、土木工程等学科交叉知识，这就要求方案设计者及变形观测技术人员要具有较强的工作经验，具备工程相关方面的知识，以便针对不同的监测项目制定合理的变形观测精度指标和技术指标，并能对变形观测数据进行合理而科学的数据处理、分析，以便对基坑工程的稳定性和安全性做出判断，及时采取有效措施防止事故发生。（2）基坑变形监测需要应用多种测量方法，因此可根据基坑变形监测的要求，综合应用多种测量方法，发挥各种方法优势，从而提高变形测量的精度和数据的可靠性。（3）与其他测量工作相比，变形监测精度要求更高，这就要求在进行基坑变形监测过程中，尽量遵循监测“五定”原则，即监测仪器设备、监测人员不要随意调换，监测路线、监测方法等要保持相对固定等，以便在一定程度上减少监测的不确定性，使监测结果更能真实反映变形情况。