关于基坑工程变形监测关键要点技术分析研究

闫宇星

（宁夏建筑科学研究院股份有限公司，宁夏回族自治区 银川 750021）

引言

在现代化城市建设中，高层建筑、地铁项目等工程日益增多，也使深基坑工程向着更宽、更大、更深的方向发展。深基坑工程作为国家规定的具有较大危险性的工程之一，在开挖施工过程中往往会引起支护结构内力变化、产生位移以及基坑内外土体变形等情况发生，因此风险性较大，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建筑物、构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。基坑监测不到位，往往会造成重大的安全事故发生。本文主要以某酒店深基坑为例，阐述深基坑监测的要点，研究基坑开完变形的规律，供类似工程的监测实践参考。

一、基坑变形的影响因素

由于基坑工程安全储备小，施工风险较大，所以基坑工程在开挖过程中对周边建筑物的影响较大。基坑工程施工时应在保证自身安全的同时，确保对周围建筑物的影响最小，并尽可能保证施工的安全和顺利进行。基坑变形监测主要包含：支护的水平和竖向位移、支撑的轴力、基坑周边地表的沉降量、基坑周边建筑物的沉降量、周边管线的沉降量等。基坑变形的主要影响因素有土质条件、支护体系、施工方法、坑边堆载、超载等。

二、基坑工程变形监测关键控制点技术分析

（一）监测方案的确定

基坑竖向位移监测采用导线网法，闭合导线进行监测。基坑监测导线控制网，有两个已知点作为高程校核点，每次闭合监测后对一个已知控制点进行校核。基坑支护深层土体位移，监测采用垂直于基坑边线，每0.5m 布置一个沉降监测点，连续布置5 个点，通过监测桩后土体的竖向位移，间接反映深层土体的位移变化。锚索的监测要求是达到锚索设计值的0.7 倍即为失效。这与锚索的设计有关。基坑设计时，要求锚索的预加力为0.75～0.90 倍的轴力设计值时，即为设计最合理的情况。锚索的锁定值为轴力设计值的0.75～0.90 倍时，由于锚索存在应力损失，所以在锚索变形过程中，当锚索值达到0.75 倍的轴力设计值时，认为此时的预加力为0.75 倍轴力，加上变形量恰好处于设计时的危险状态。

（二）基坑工程变形监测精度

基坑工程变形监测在确定好监测对象及监测项目后，就需要确定合理的监测精度。按照《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)将变形监测位移监测的精度分为特等、一等、二等、三等、四等共五个等级，各等级监测仪器及监测方法均不同。基坑工程变形监测精度的高低，是确定监测仪器及监测方法的根本依据，也直接决定着监测结果能否起到安全预警作用、监测成本是否合理有效，监测精度过高，浪费资源、降低工作效率，监测精度过低，不能起到安全预警作用，所以监测精度的选定是决定基坑工程变形监测成败的关键控制点。基坑的大小、基坑的深度不是确定监测精度的唯一因素;基坑工程根据支护结构及周边环境对变形的适应能力和基坑工程对结构本身及周边环境可能造成的危害程度的轻重划分为三个安全等级，安全等级越高、工程重要性系数越大，对应监测精度等级应越高，最终监测等级应依据基坑工程专项设计方案和相关规范，并结合现场实际情况等条件来确定。

（三）监测仪器设备

用于水平位移监测的仪器是leicaTS30 全站仪，测角精度为0.5″，测距精度为±（1mm+1ppm）；用于竖向位移监测的仪是瑞士产徕卡DNA003 电子水准仪（标称精度为±0.3mm/km），2 米条形码铟瓦水准标尺。外业记录由仪器自动记录存储，观测中超限，则提醒重测。所用测量仪器均经过检定。

（四）深层水平位移

工程深层水平位移较大，相比之下，坑外土体位移比围护桩位移大。基坑开挖第一层土（约2.7m 深）时，基坑深层水平位移较小，其值为14.77mm，CX20#孔（后期因坑外加固被破坏），位于基坑东侧中部；基坑开挖第二层土体深层位移有所增加，最大深层位移值为26.81mm，CX23#孔，深度9.5m 的位置，位于基坑东南部位；当基坑开挖至底板位置时，水平位移增速较大，最大达到了64.12mm，CX23#孔，深度14.0m 的位置，位于基坑东南角；由于基础底板未浇筑，深层位移继续增加，但幅度不大。底板浇筑完毕到拆除第二道水平支撑的时间段内，深层位移变化不大；拆除第二道水平支撑后，深层位移又有明显增加。

（五）基坑工程变形监测方法

基坑工程变形监测方法是一个系统工程，同一基坑工程变形监测有多种监测项目，同一监测项目有多种监测方法。如水平位移监测常采用视准线法、全站仪极坐标法、小角度法等;竖向位移监测常采用几何水准法、三角高程法等;各种内力监测常采用安装应力计、应变计进行量测;各种土压力监测常采用土压力计量测;地下水位监测常采用水位计量测等等。监测单位如何选定适合本项目监测精度、监测条件等要求，并符合本单位实际情况(现有仪器设备情况、人员技术水平情况等)，且具有一定合理性、经济性的监测方法尤为关键。结合实际变形监测工作经验，对目前常用的水平位移监测方法适用条件分析总结如下:视准线法、小角度法用来测定变形体某一特定方向(譬如垂直于基坑维护体方向)的位移，优点是原理简单、方法实用、实施简便、投资较少，缺点是不易实现自动观测，受外界条件影响较大。这两种方法监测点与工作基点尽量要布设在一条直线上(视准线法监测点偏离视准线的距离不宜大于20mm，小角度法监测点偏离视准线的角度不应超30')，这就对场地要求较严，具有一定的局限性。前方交会法分测角交会、测边交会、测边角交会三种，它是利用在两个(测边角)或三个工作基点(仅测角或测边)上对各监测点进行角度、边长或组合测量，计算出监测点的平面坐标。其最大优点是工作基点布置有较大灵活性，同时观测2 个方向的位移;缺点是观测工作量较大，计算过程较复杂。全站仪极坐标法属于边角测量，它除具有前方交会法测量的优点外，观测工作量和计算过程都相对简单，也是目前常用的水平位移监测方法。全站仪自由设站法，只是在全站仪极坐标法的基础上在测站设置环节进行了改进，每次监测可根据当时现场环境情况选择合适位置自由设站，不直接设站在工作基点或基准点上，但它必须联测3 个以上基准点才可保障监测精度要求，也是目前常用的水平位移监测方法。以上几种水平位移监测方法的基础原理都是通过测角、测距或角度距离同测，计算出变形量;用到的主要仪器有经纬仪、测距仪或全站仪，仪器的测角、测距精度直接影响监测精度及工作量的大小。监测单位在选择监测方法时，应首先必须满足设计及监测精度要求，其次通过现场场地情况调查，分析对比各种监测方法特点及对本项目的适应性，最后结合本单位的技术力量、仪器设备组成、以往监测经验，选定出一种或两种合理易行的监测方法。其他像竖向位移监测、土压力监测、内力监测、地下水位监测等均可参考以上水平位移监测方法确定的原理进行优化组合，达到事半功倍的效果。

（六）设计方面

项目选址时应尽量选择地质条件比较好的地段，尽量避开软土、冻土、湿陷性黄土、膨胀土等不良地质地区。在实际施工过程中，很多情况下实在不可避免在地质条件较差的地段进行基坑开挖，此时应采取合理的地基处理方法，如置换法、排水固结法、灌浆法、加筋法、托换技术等，以此提高土体的抗剪强度，降低土体的压缩性和渗透性，改善土的动力性能，提高地基承载力。在施工过程中，应加强基坑开挖过程中的变形监测，通过一定的技术手段尽量减少基坑工程的变形量，确保工程的顺利进行和周边建筑物的安全和正常使用，尽量减少对周边环境的影响。基坑开挖期间，由于围护结构变形可能引起周边土体下沉，所以通过对周边地表的监测可以判断基坑开挖时对周边环境的影响。在地下结构施工过程中，采用混凝土浇筑回填至支撑位置再分块切割支撑，可实现将围护结构进行换撑的效果，因此支撑拆除过程的围护结构及周边地表变形较小。

（七）观测墩的制作

观测墩的制作是监测的关键步骤。观测墩能够反映出支护桩的水平位移和竖向位移。观测墩的关键是用钢筋头部的冲击钻钻出方便竖向位移观测铟钢尺的底座直立的1～2mm 小孔。

（八）监测建议

通过对工程基坑的监测，可发现如下问题：围护结构变形较大，围护桩深层水平位移、支撑轴力等均超过设计报警值。因坑底隆起而引起的立柱上浮非常明显，围护桩也是普遍上浮。坑外土体深层水平位移较大，超过报警值。深层水平位移最大值均出现在坑底标高±2.0m 范围内。在降水期间，坑外微承压水水位下降明显，说明止水帷幕没有达到预期的止水效果。基坑周边房屋、道路及管线沉降很大，超过报警值许多。建议在基坑施工过程中，应注意保护好监测点（孔），以免数据脱节，影响对基坑状态的准确评价；基坑在降水过程中，应做到按需降水，只要保证水位下降到开挖面以下约1.0m 即可，在开挖深度较浅时，不必将抽水泵放到降水井底，以免因抽水过多而引起的周边环境的下沉；开挖到底后，应加紧垫层和基础底板施工，在底板施工后，基坑本身的变形速率以及周边环境的变形速率就会明显减小；基坑支撑拆除前，换撑应达到设计强度，可以考虑先回填部分土体，以减少拆撑时围护桩应力释放而带来的基坑及周边环境变形。

结语

基坑工程变形监测属于精密测量范畴，要获得准确、有效的监测数据，监测精度及监测方法的确定至关重要;要最大意义地发挥监测本身的作用、严谨的数据分析、客观真实的监测结论是关键。随着监测仪器、监测方法向自动化、信息化方向发展，监测效率和监测精度都得到长足的进步，但监测原理及监测关键控制点仍然不变。