高层建筑基坑工程变形监测技术

曹洪波

（益阳市建筑设计院有限公司，湖南 益阳430000）

1 工程概况

以某项目为例，施工附近环境复杂，建筑总面积约为17.8万m2，有2栋32F/152.55m高层建筑、2栋4F/24m实验室及配套、1栋2F/12m社康中心、1栋1F/6m展厅组成。基坑长度约463m，面积约14015m2，开挖深度约20m，采用咬合桩+混凝土内支撑的支护型式，基坑安全等级为一级。

2 检测内容设置

依照相关设计规定及管理要求，本工程监测项目有基坑顶沉降、位移观测、支护结构测斜、支撑轴力及地下水位等规划要包含这些基本要素。监测要从土方开挖之日起，保证1次/2d，底板完成后保证1次/7d，直至土方回填完成。

3 水平位移监测

采用的仪器设备：采用徕卡TS09全站仪配合棱镜（小棱镜）进行观测，进场前仪器已经过检定。

监测点的布设：根据设计图纸在现场选定布点位置后，将监测标志安装好。在支护桩上钻孔预埋长8cm，宽8mm带十字丝的大头钢钉（与坡顶沉降同点）或采用小棱镜安装在冠梁顶，为避免监测标志在监测期间被破坏，用油漆做出明显标记，统一编号。

水平位移观测：用全站仪测各观测点坐标，将本次坐标与初测坐标或上次坐标之差求出，即得到本次位移及累计位移，初始值取连续两次观测值的平均值。观测前，进行边长检查和方向检查后，方可进行水平位移观测。数据记录、处理：外业观测数据用全站仪自动记录，直接传入计算机，进行数据处理。

位移观测采用小角度法和视准线法。

（1）小角度法。用于观测点零乱、不在同一直线的情况，离基坑两倍深度距离的地方设测站点A，其测站至观测点T距离为S，则在不小于2S范围之外，设后视方向A′。用经纬仪测定β角，一般用2～4个测回测定，并丈量A至观测点T的距离，为保证β角初始值的正确性，需二次测定，然后每次测定β角变动量。按式（1）计算T点的位移置：

式中：Δβ－角的变化量，″；ρ－换算常数206261″；S－测站至观测点的距离，m。

如果角β角测定中误差为士2″，S测定中误差为1mm。则位移值中误差为±1mm。

（2）视准线法。适用于直线排列水平位移观测点测试，使用要求在延长线上设置测站点，与基坑深度保持两倍以上距离，并选定另一方向固定点作为目标，起到后视方向作用，使用读数的刻划在觇牌设置观测点上，从而读取获得值，可以使用经纬仪正倒镜重复4次读数取中数作为一次观测。初始值必须测两次获取，目的是准确性更高。

4 深层水平位移（测斜）监测

深层水平位移监测（测斜）采用的仪器、设备有测斜仪、测斜管。其中测斜仪包括测头、测读仪和电缆组成；测斜管包括顶盖、接头、测斜管、底盖组成，如图1、图2所示。

测斜管的埋设：为桩身测斜是要对工程深层水平实现位移监测（测斜）。在钢筋笼上把测斜管绑扎紧实，再开始浇筑混凝土作业，事先检查管底底盖是否平整，然后将测斜管灌满水，目的是避免浇灌时测斜管浮力小飘起，也有防止水泥浆渗入管内的作用。

测斜管的保护：露出地面的测斜管避免遭到损坏，要设置安全护栏用以保护，也可以用砌砖方法形成保护圈，降低测斜管被施工中其他作业时损坏，或是进入泥沙其他物质堵塞测斜管，致使其无法正常工作，数据的采集受到干扰。因此如果测斜管出现明显损坏迹象，应及时进行修补或更换。

图1 测斜仪组成部件

图2 测斜管组成部件

深层水平位移观测：测斜仪测开始获取数据时，表明工作状态正常，先将测头导轮通入测斜管导槽内，缓慢下放到管底处，然后按照自下而上的顺序，沿导槽的长度间隔0.5m时获取一次数据值，准确标记测点深度和读数。完成测读后，将测头旋转180°插入同一对导槽内，按照以上方法再重新测一次。开挖前3~5s，以3次测量的算术平均值作为初始值，其读数更有科学依据，才能开始正式测试工作。将每个测段测试到的水平位移沿深度连成线就构成了测斜管形状曲线，计算步骤如下：

式中：l-上、下导轮间距；θ-探头敏感轴与重力轴夹角；δ0-起始测段的水平偏差量，mm；Δn-测点n相对于起始点的水平偏差量，mm；X0-为测斜管管口水平位移量，mm。

5 支撑轴力监测

应力监测采用的仪器设备有钢筋应力计、609振弦式频率读数仪。

钢筋计的安装：将钢筋应力计与支撑内主筋轴心采用焊接或螺纹连接，钢筋计与受力主筋为串联连接，并一起浇筑在混凝土内。线缆需绑好后引出，放入预先做好的线盒或窨井内保护。应力观测：应力的观测较简单，直接用频率读数仪接于线缆即可测得钢筋应力，并由此可换算出支撑应力。在基坑开挖前应观测一次，并以此观测数据作为初始值，轴力计算如下：

式中：Nc-支撑轴力，N；Ec-混凝土弹性膜量，kPa；A-钢筋混凝土支撑截面积，mm2；fi-应变传感器任一时刻的观测值，Hz；f0-应变传感器的初始观测值（零值），Hz；k-应变传感器的标定系数，10-6/Hz2；

6 地下水位监测

水位监测采用的仪器、设备有钢尺水位计、PVC花管、水准仪、地质钻机等。

监测点的布设：采用地质钻机成孔，成孔孔径110mm，钻至要求孔深后（一般为坑底下1~2m），在孔内埋入滤水PVC管，PVC管外包纱布，管径约75mm。PVC管与孔壁间用干净细砂或砾石填实，然后用清水冲洗钻孔，以防泥浆等堵塞测孔，保证水路畅通，测管高出地面约300mm，上面加盖，防止雨水进入。管井埋设完毕后，需测读管口标高，并及时砌筑窨井，加盖保护。

水位观测：将钢尺水位计放入已埋设好的水位管中，当测头接触到水面时，讯响器启动，此时，读取测量钢尺与管顶的距离，根据管顶高程即可换算出地下水位高程。

7 结语

在现代化技术普及下，常见的问题是与深基坑施工及其使用过程中不稳定因素有关，其特性是越来越复杂化，埋下的安全隐患较大，形成制约建设工程施工正常进展的干预因素，要想降低基坑风险系数，首先考虑建设工程良性发展是重要基础，也是施工单位改革的重要关键点。确定高层建筑基坑工程变形监测的目标与原则是施工开展的关键，再以此为依据促进监测工作的规范化实施，为基坑施工收集可靠信息，还可以结合实际建筑环境条件建筑、道路、管线、设施、土层监测等，才能提高基坑支护结构的稳固性和周边环境的安全性，实现降低安全风险系数的基本要求，从而经济效益明显提升。