地铁基坑桩体深层水平位移监测问题的探讨

郭刚

（成都轨道交通集团有限公司，四川 成都 610041）

地铁基坑工程一般采用围护桩加内支撑的形式进行支护，为确保在基坑土方开挖和主体结构施工过程中基坑安全稳定，需对围护桩体水平位移进行安全监测。如何有效开展监测工作和提高位移监测精度，一直都是地铁工程监测关注的焦点与难点。桩体深层水平位移监测常采用在围护桩内预埋测斜管，使用活动式测斜仪上下滑动的方法来观测各深度处的水平位移变化量[1]。测斜仪利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测得仪器中轴线与摆锤垂直线的倾角，当桩体发生变形时，倾角随之发生变化，倾角经过电信号转化输出并在仪器上显示，通过计算得知被测桩体的深层水平位移变化值。

由于现场安全意识不足及监测保护措施不当等原因，在实际的桩体深层水平位移监测过程中，常面临各种各样的问题，水平位移监测工作无法达到预期的效果。因此在深基坑桩体水平位移监测中，如何保证监测工作的有效实施及监测数据的准确性则显得十分重要。

1 桩体位移监测目的

地铁基坑具有规模大、开挖深、周边环境复杂等特点。随着基坑土方大量外运，整个基坑支护体系在外部综合作用力下产生变形，桩体深层水平位移的大小是反映围护结构变形最直观的表现形式之一，通过对桩体位移的监测，可及时了解围护桩变形情况，当监测数据过大时，及时通知施工单位采取加密钢支撑等有效控制措施，避免安全事故发生[2]。除此之外，将监测结果反馈给设计单位，为设计提供更符合工程实际情况的数据，可以对现场施工的不利情况加以调整与改善。

2 存在问题及控制措施

2.1 测斜管预埋

测斜管的埋设质量是获得可靠监测数据和保证测量精度的前提。由于现场埋点经验不足及对现场安全监测工作的不重视，常造成测斜管预埋不规范，测斜管成活率不高等问题，给后续监测工作留下隐患。

2.1.1 埋设位置不当

围护桩施工过程中，监测人员未及时预埋测斜管，造成基坑关键位置缺失测斜管或局部位置测斜管扎堆等现象；测斜管位于基坑内侧方向，导致测斜管在基坑开挖过程中极易被破坏；测斜管位于龙门吊轨道区域等位置，后期极易被轨道或其他设施遮挡，造成测点破坏。

建议在测斜管预埋过程中，严格按照设计交底的位置在对应围护桩钢筋笼内绑扎测斜管，确保关键位置埋设测斜管；测斜管一般放置于基坑外侧方向，同时加强与施工方前期沟通协调，避开龙门吊轨道、挡土墙等设施，确保测斜管不被压盖遮挡，可靠稳定。

2.1.2 埋设质量不高

测斜管导槽上下对接不顺畅，导致后期监测时测斜仪导轮出现滑槽等现象；测斜管接口封闭不密实，混凝土浇筑过程中浆液进入测斜管，造成测斜管被堵等现象；钢筋笼下放过程中扭转，导致测斜管导槽与基坑位移方向存在夹角，导槽方向与基坑变形的方向不一致，监测变形量比实际位移情况偏小。

建议测斜管上下对接过程中，确保导槽相互对准、顺畅无误后，在通过螺丝最后固定；在测斜管管口、各段接口、管底等位置通过刷涂胶水、缠绕胶带、加装保护盖等措施，确保测斜管密封、防止混凝土浆液进入管内造成测斜管破坏；测斜管在绑扎及钢筋笼下放过程中，及时通过旋转的方式确保测斜管其中一对导槽与基坑变形方向保持一致。

2.1.3 埋设深度不足

现场实施过程中，常因各种原因造成测斜管长度不足等现象。建议在测斜管绑扎过程中，桩体位移测斜管预埋长度不宜小于围护桩体的深度，土体位移测斜管预埋长度不宜小于基坑设计深度的1.5 倍[3]；在围护桩桩头破除和冠梁施做过程中，应重点做好测斜管的保护工作，发现测斜管时应第一时间接长并妥善保护，避免混凝土碎块等杂物掉入测斜管内造成测斜管深度不足。

2.2 桩体深层水平位移监测

监测过程中不规范行为也会给桩体深层水平位移监测结果的准确性造成较大影响，如何有效实施控制措施提高监测数据准确性是监测工作重中之重。

2.2.1 仪器设备使用

仪器精度不满足要求、仪器性能不稳定或未在检定有效期范围内使用等造成数据错误或较大误差。建议测斜仪在购买时应重点选择监测精度高和性能稳定可靠的仪器，仪器电缆长度应大于测斜孔的深度。监测过程中应设置仪器管理员专门负责仪器设备的保管、维修和检校工作；同时建立仪器管理台账，包括仪器规格、性能、精度检定、使用、修理及移交验收记录等情况，保证监测仪器性能满足现场监测要求。

2.2.2 测斜读数间距

测斜读数间距选取过大，造成监测数据有误。如1.0m 间距测量一次，桩体位移变化趋势虽与真实情况保持一致，但变化绝对值与真实值存在较大的差别。建议测斜读数间距与测斜仪探头导轮的间距相同，一般为0.5m 间距测量一次，等轮距测量才能更真实反应桩体变化情况。当测斜管单向倾斜且各段弯曲的曲率变化连续时，2 倍或多倍轮距测量的结果才会与单倍轮距测量的结果保持一致，否则测量结果就会出现较大的误差甚至错误，极大影响监测数据的准确性[4]。

2.2.3 数据采集过程

原始数据采集过程中，由于操作不规范出现数据未稳定便进行采集或电缆线深度值与仪器记录深度值不一致等现象，造成测斜原始数据记录有误。现场监测过程中，所有监测人员需加强学习、持证上岗、规范操作，测斜电缆线刻度值与数据记录保持同步，仪器数据显示稳定时进行数据采集；当外业数据采集过程出现失误时，监测人员应立即停止当前操作，重新开始采集数据，确保原始数据准确无误。

2.2.4 现场监测频率

基坑开挖阶段，桩体位移监测存在频率不足的问题。人工监测频率一般为1 次/d 或2 次/d，人工采集数据具有瞬时性，采集的数据极易受到现场复杂施工环境的影响；加密监测时，人工监测作业量极大，数据错误、数据造假等现象时有发生，严重影响了监测数据的质量，给数据分析和判断带来困难。建议有条件的情况下积极研发和推广桩体深层水平位移自动化实时监测系统，获取工程实时监测数据，对围护桩及基坑安全状态评估提供有效的论据；提前预警消除可能存在的隐患，确保施工安全[5]。

2.3 数据处理分析

桩体深层水平位移数据处理分析过程中要充分考虑各种因素可能对监测结果产生的影响，综合判断并给出科学正确的结论和良性施工建议。

2.3.1 数据计算过程

测斜管管底产生较大位移或测斜管深度不足时，以测斜管底部为起算点造成计算结果有误等。建议上述情况测斜计算以管顶作为起算点，从上往下进行计算并结合桩顶水平位移监测数据进行修正[6]；还需建立多级复核制度，加大原始数据、计算过程、成果报告的审核力度，避免出现人为计算错误。

2.3.2 周边环境荷载

基坑周边不确定的动态、静态荷载会对基坑产生较大的附加力，对桩体位移监测结果产生较大影响。监测人员应在外部环境影响较小时进行数据采集，尽量避开大型车辆等不确定的动态荷载干扰，实在不可避免时，则根据现场情况做好巡视记录，在数据分析时作为参考，以免影响数据结果对结论的判定。

2.3.3 水文地质地貌

基坑水文及特殊地质地貌直接影响基坑的变形情况。雨季连续的降雨导致土壤中含水量骤增，基坑所受的水土压力增加，围护桩变形增大，突遇大雨、暴雨等恶劣天气，围护桩常发生突变现象。当围护桩处于回填土、残积土、膨胀性土等不良地质中或基坑两侧地形地貌差距较大时，围护桩变形较大且呈现特殊的规律性。因此在数据分析时应充分考虑特殊地质条件、原始地形地貌、基坑地下水位变化及恶劣极端天气等情况[7]。

2.3.4 特殊支撑设计

出于基坑及周边环境安全考虑，基坑部分支撑常采用混凝土支撑设计方案，混凝土支撑较钢支撑而言具有刚度大、整体变形小的特性。在数据分析时要充分考虑支撑的布设形式，钢支撑与混凝土支撑不同的受力变形特点。

3 监测补救措施

在基坑监测过程中，监测点难免有被堵、破坏、遮挡等问题，造成无法持续监测等。监测单位应充分结合现场实际情况，采取合理的补救措施、及时监测、保证监测数据的连续性。

（1）测斜管被堵造成深度不足时，建议测斜管未堵部分仍采用测斜仪监测，数据处理采用从上往下计算并结合桩顶水平位移数据进行修正；测斜管拥堵部分采用在围护桩外张贴反射片等使用全站仪监测的方法，数据处理采用坐标对比的方式进行。

（2）测斜管被压盖或被破坏造成无法监测时，建议根据现场施工进度综合判断。当基坑土方开挖完成施做主体结构阶段时，建议采取加强现场巡视、重点参考其他项监测数据的方式判定基坑安全与否；当基坑还在土方开挖阶段时，建议在围护桩内或围护桩外侧地表钻孔重新布设深层水平位移监测点，采用钻孔法埋设测点时，测斜管与孔壁之间应回填密实。

4 监测注意事项

（1）在测斜管预埋工作中一定要规范操作、加强监测点位的保护，避免造成测斜管拥堵及破坏；基坑重要及关键位置测斜管预埋必要时应加密布设监测点，以达到提高测斜管存活率的目的。

（2）工程开始前，应对测斜仪进行全面维修保养，测斜仪探头在使用过程中一定要轻拿轻放，数据采集前对每个测斜孔进行清理，并使用模拟探头对测斜管滑槽进行检查，最大限度保证测斜仪探头的安全。

（3）数据采集过程中，应小心缓慢地将探头下放至测斜管底部，切忌测斜仪探头自由下落，以免使探头急速坠落至测斜管底部造成测斜管及探头的损坏；读数时需保证测斜仪与管内温度基本一致，显示仪读数稳定才开始测量。

（4）监测过程做好安全知识的宣贯，监测人员现场作业时必须做好安全防护措施，特别是在起重吊装区域、挡土墙内侧、龙门吊轨行区域等，应着重注意人身的安全。监测间隙，监测人员应整理收纳好仪器，绝不可将仪器随意放置在施工现场造成损坏。

5 结论及建议

（1）测斜仪作为桩体深层水平位移监测最重要的仪器，应重点关注灵敏度、测量精度、稳定性及防水性能等参数；测斜管作为测斜仪上下滑动的通道，应重点关注测斜管的直径、柔性和刚度等参数。

（2）地铁建设过程中应充分发挥监理单位及第三方监测单位监督管理的职能，加强安全监测工作的认识，规范测斜管预埋过程，加强对安全监测过程的指导管控。确保形成第三方监测与施工监测优势互补、紧密协作的安全监测风险体系。

（3）加强“按基坑稳定控制设计和按变形控制设计”和支撑体系的理论研究，进一步完善桩体深层水平位移监测预警体系，做到科学预警、规范预警，保证基坑及周边环境安全，使监测真正发挥作用[8]。

（4）自动化监测作为监测行业发展的趋势能有效减少人为误差的影响，克服人为监测频率的不足，从长期来看，自动化监测无论从成本还是对于建设过程的风险把控上都比人工监测有着较大优势。

（5）桩体深层水平位移监测作为基坑监测的重要测项，对于基坑的安全分析有着重要的作用。监测单位在数据分析时应充分综合现场施工、水文地质及其他各项监测数据，综合判断基坑安全。