深基坑变形监测及变形机理与规律分析

张凡锋，罗才清

（江西有色地质勘查四队，江西 景德镇 333001）

在深基坑工程中，时常会出现基坑变形的情况，不仅会对正常施工形成一定阻碍，而且可能产生一定安全隐患，尤其是在变形程度较大时，甚至会对周边环境造成负面影响，使地基遭受一定破坏。由此可见，做好深基坑变形监测具有较高的必要性，有助于维护施工安全，降低地表下沉风险，属于深基坑工程中不可或缺的环节。为切实做好基坑变形监测，应加深对于基坑变形机理及规律的研究。

1 深基坑变形监测分析

1.1 变形监测的目的

在当前的深基坑工程中，基坑变形监测已然成为其中必不可少的环节，而变形监测的主要目的主要有三点：其一，深基坑变形监测所得出的结果，有助于分析施工方所设计的工程环境保护方案的合理性，并及时发现现有方案中的不足，为加强周边环境保护提供更有力的支持；其二，通过基坑变形监测，可以验证支护结构设计是否合理，并予以针对性调整，确保其符合施工要求；其三，对于建设、设计及施工单位而言，基坑变形监测结果有助于提升施工的安全性。

1.2 变形监测的主要内容

深基坑变形的监测内容，大致可分为两个方面，其一是基坑挖掘和支护结构的位移情况，具体涉及到坡顶土体水平和垂直方向的位移量、基坑水位和深层土体的位移量等；其二是对基坑周边环境的监测，如坡体是否稳定、坑边土体及建筑有无开裂、基坑和基底侧壁是否存在渗水或流沙、竖向维护结构有无裂缝等。

1.3 监测点的布置

基准点需设置在便于保存且通视条件适宜处，以维持其稳定性。结合基坑实际情况设置观测墩，墩中间加钢筋、墩上部加钢盖板，避免其遭到破坏。在基坑坡顶处，结合建设图纸与支护技术的实际需求，分别在水平方向和竖直方向设置多个观测点，用于观测基坑的变形情况、水位变化情况和深层土体变化情况。

1.4 监测频率

深基坑开挖前，对各监测项目加以监测，将测量结果计为初始值。深基坑开挖后，监测频率可定位1次/天，如果出现数据变化异常情况，可适当调整监测频率。在进行底板浇筑后，可适当将监测频率降低至1～2次/周，如果监测数据在一个月内未出现明显变化，可将监测周期延长至1～2次/月。如发现数据异常情况，应及时告知业主、监理等相关人员。

1.5 变形监测的常用方法

1.5.1 水平位移的监测方法

在对基坑水平位移进行监测时，可使用前方交会观测法，即选择避雷针等稳固且距离较远的定向点，使其与测站点的距离大于交会边长度，交会角大小控制在30°～150°之间；也可使用后方边角交会法，在基点周边设置3～4个测量标志点，以确保工作基点稳定性；如果基坑周边环境复杂，可使用导线测量法，选用I级全站仪和三维测量系统，分别测定每个测量点的空间坐标，计算出基坑的水平位移。

1.5.2 坡顶沉降的监测方法

对于深基坑施工中的沉降变形，监测人员首先要明确测量要求，选用高程控制的方法，对基坑的沉降变化情况加以观察，为此，监测人员需要结合基坑实际情况，选择一个适宜的高程控制点和至少三个基准点，使其构成闭环线路，以便高程观测的完成。通常情况下，监测人员要在施工前进行至少两次的高程观测，取多个观测结果的平均值作为初始观测值，然后在施工过程中，监测人员需遵循合理的时间间隔，对高程值加以定期观测，在计算观测平均值后，将其与初始值和前次测量值进行对比，计算深基坑的沉降量及其变化情况[1]。

1.5.3 地下水位的监测

在深基坑工程中，地下水位时常会发生变化，并引起基坑边坡稳定性的改变，在地下水位变化明显的情况下，容易引起地表塌陷的状况，不仅如此，对于建筑物的结构稳定性也会产生负面影响。因此，做好地下水位的监测至关重要。在当前的基坑施工中，通过选用电测水位计来测量地下水位，该仪器在进入水中后会发生声响，并开启水位监测功能，显示水面高度的数值[2]。

1.5.4 深层土体位移的监测方法

对于深层土体的位移，监测人员可借助于测斜仪等工具，对其水平位移数值进行测量，首先将测斜管预埋到围护结构中，借助于滑轮的作用，使测斜探头能够达到管底，与基坑边线保持垂直。在测量过程中，检测人员应遵循由下至上的观测顺序，依次记录每个检测点的偏角值。一次测量结束后，需要将探头旋转180°进行二次测量，以便确定每个测点的坐标。为保障测量结果的准确性，应对每个测点进行多次监测并取平均值。对比深基坑水平位置的初始值及后续测量值，计算深层土体的位移变化情况。

图1 测斜仪

2 常见的深基坑变形机理及规律分析

2.1 围护墙体变形的机理分析

深基坑开挖启动后，随着土体的卸载，其荷载平衡逐渐被打破，土压力的作用点由垂直方向逐渐向外侧移动，并对围护墙体的底部产生越来越大的压力，进而使其产生水平方向的位移变形，在随着土体所承受应力的变化，也会发生相应的移动，进而使基坑底部发生隆起。受此影响，围护墙体会发生变形，其中既有竖直变形也有水平变形[3]。

图2 深基坑围护墙体变形

2.2 基底隆起变形的机理分析

在深基坑开挖过程中，随着上层土体质量的减少，对于坑底的土体而言，其所承受的应力平衡会发生较为明显的变化，进而形成竖直方向的隆起变形。随着基坑深度的提高，底部土体会由产生塑性隆起变形，受此影响，基坑周围的地表会有所沉降[4]。不仅如此，基坑还需要受地面荷载的影响，再加之围护结构的重力，墙外土体会出现向内移动的趋势，基坑的深度和宽度越大，基坑的隆起变形越严重。

2.3 沉降变形的机理分析

在部分工程中，施工方会在土质脚软的区域内挖掘深基坑，在该环境下，受土体的塑性流动性影响，深基坑附近区域时常会发生沉降变形，地表水平高度会有所下降[5]。除此之外，在对地下连续墙进行施工时，也容易引发地表沉降的问题，使深基坑发生变形。

3 深基坑变形规律分析

3.1 深基坑开挖环节的变形规律

深基坑开挖是基坑施工的首要环节，在此环节中，经常会有各种地下管线或设施发生沉降变形，而且变形幅度相对较大，随着这些管线与设施与深基坑间距离的变化，对深基坑沉降量也会发生相应的变化，尤其是在二者间距较大的情况下，沉降量也会大幅增加[6]。除此之外，如果管线设施所处位置的土质脚软或含水量较高，也会使深基坑出现较大的沉降量。

深基坑围护结构的变形，则主要受基坑开挖深度影响。随着挖掘深度的增加，围护结构的位移幅度增加，通常情况下，在挖坑深度达到0.5m～1m时，开挖深度的加大会带动围护结构支撑力的升高，位移变形量相对较高；而当挖坑深入达到1米以上时，坑深度的增加反而会使围护结构的支撑力变下，因此之后的围护结构位移数值变化较小。

3.2 深基坑地下施工环节的变形规律

在深基坑开挖结束后，便进入地下结构施工环节，此时，虽然各种地下管线或设施仍在发生沉降变形，但此时的变形幅度相对较小，对于深基坑的变形产生的影响程度偏低。在地下结构封顶后，深基坑的沉降量将趋于稳定，不会再出现大幅度的增长情况[7]。此外，深基坑围护墙顶也形成较强的稳定性，虽然仍会出现一定幅度的水平位移，并造成围护墙体的变形，但此时的变形幅度相对较小，对于深基坑工程的干扰也比较小。此时，如果施工方能够对深基坑进行有效的止水防护，就能够在很大程度上避免地下水位的变化，使其趋于稳定状态，防止深基坑出现明显变形。

4 结语

深基坑变形现象的出现，不仅会降低建筑工程的稳定性，还有可能引发各种安全事故。因此，加强对深基坑变形机理及规律的分析，具有较高的必要性。结合工程实践来看，深基坑变形通常表现为围护墙体变形、基底隆起变形、沉降变形三种，而且多发生于基坑开发环节中。如果能够做好对深基坑沉降、地下水位、深基坑裂缝和基坑位移的监测，将有助于实现对深基坑变形的防范与控制。