基坑监测规范标准及技术方法的探究

白江宏，赵 振

（1.中南勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430081；2.武汉中隧轨道交通工程技术有限公司，湖北 武汉 430081）

1 引言

随着城市建设的快速发展，在一些大城市中出现了越来越多的深大基坑，基坑在施工过程中对周边环境不可避免产生较大的影响，掌握基坑监测标准，对深基坑及周边环境复杂的基坑实施监测，并不断根据实际经验分析监测的数据成果，加强监测技术，指导施工，显得尤为重要。

2 规范标准的要求及意义

当基坑满足如下条件：基坑挖深≥5 m，或挖深＜5 m但存在场地地层及周边环境复杂时必须实施监测，是各类规范标准的硬性要求。但由于建设单位对监测工作的不重视，监测单位进行监测结果分析时支撑数据少，导致基坑隐患不能及时预警，施工单位不能及时进行事故原因分析并处理，最终造成不可估量的经济损失。基坑监测的意义在于掌握好基坑监测方法及技术，了解变化规律，保证基坑体系安全性运营；通过监测数据与预测值比较实现信息化施工，优化设计方案等等。

3 规范标准及具体实施方法

3.1 确定标准要求的对象及监测项目

基坑支护形式可以大致分为几类：土质良好可以直接放坡、排桩（包括钢板桩、灌注桩等）、地下连续墙等墙体、悬臂桩等，支撑体系常见有混凝土撑、钢管撑、立柱以及锚索锚杆体系。监测单位应根据设计方案并结合地质条件及周边环境确定监测对象包括但不限于支护结构、周边建筑物等，具体为掌握支护体系下卧层变化情况，了解支护体在基坑土方开挖过程中的竖向和平面变形情况以及对周边建筑物的影响，对其顶部沉降值以及水平变形情况进行监测。开挖后，基坑内外的水压力及土压力靠支护结构及支撑体系来平衡，支护结构会发生变形，支护体在不同深度各个点位的水平位移来计算支护体系的整体倾斜程度。内支撑体系主要承受轴向压力，但也存在弯曲变形及侧向变形，监测的数据可以与设计计算的数值进行对比了解实际受力情况。如立柱发生的位移可以直接反馈内支撑体系的位移，立柱竖向的位移可以反映基坑开挖中土体的隆起。基坑土方开挖的过程是地下土体卸荷载的过程，坑底下层土压力减少会引起坑内土体回弹，坑底回弹也是监测项目之一，以上这些监测项目都属于支护体系。基坑开挖过程中为了解基坑周边建构筑物及地下设施管线的变形情况，不影响其正常和安全使用，管线位移、另外地下水位监测、周边建筑物地表沉降观测等等也作为监测项目，具体还需要结合当地实际情况确定，湖北地区设置了管井降水时必须进行地下水位动态监测。

3.2 监测标准的开展手段

监测开展工作主要靠仪器监测与巡视检查共同，监测单位有经验的技术人员的巡视检查作为仪器监测的补充，比如目测结合尺子、放大镜等工具观察记录对支护结构的冠梁支撑有无变形开裂，墙体有无裂缝、基坑有无出现管涌流砂等。对施工工况如地层情况、分层开挖深度、地面堆载等是否正常进行拍照录像；对周边环境中电缆管线有无损坏、周边建筑物、道路有无倾斜及地表裂缝等进行经常性的检查。巡视检查记录与当日的仪器监测数据及时对比分析，共同反应及评价基坑目前的工作状态。

3.3 监测标准中监测点的布设

3.3.1 标准水平位移基准点、工作基点、监测点

为了测量监测点的水平位移变化值，需要先布设测量控制网，先由基准点、工作基点共同形成一级控制网，然后由工作基点与监测点形成第二级控制网。基准点和工作基点是进行水平位移观测的依据。

基准点布置原则为不受影响范围外，一般选择基坑开挖深度5倍以外的范围，设置3~5个基准点，主要用途为监测工作基点的变形，基准点埋设要求：可靠、稳定的地点，做到可以定期进行校核工作基点。

工作基点布设为远离基坑的稳定的地点，分别设置为3~4个，主要用途为监测所有变形观测点，工作基点埋设要求与基准点一致，埋设方法符合建筑变形测量规范的规定。稳固且利于观测和保存。在监测过程中应定期校核。基准点及工作基点宜采用有强制归心装置的观测墩，观测墩埋设深度不小于1.2 m。支护结构顶部（墙顶或桩顶）水平位移一般沿基坑周长每一个施工段设置，在靠近支护结构的周边土体上的观测点宜埋深混凝土标石，顶部露出地面20~30 cm，埋深不小于1 m，顶部标志可采用具有强制对中装置的钢筋标志。

3.3.2 标准竖向位移基准点、工作基点、监测点

竖向位移一般采用几何水准点进行监测。可利用周围建筑物的水准点高程进行，数目不少于3个，以便组成水准控制网，作为基准点或工作基点。基准点应取基坑挖深5倍多的范围且不小于50 m且设置在基坑支护周长边线，竖向监测周期时间较长，需要设置在结构稳固的且沉降稳定的建筑物四个角点，然后用射钉枪或膨胀螺丝固定，在表面涂上红漆。也有在支撑端头及立柱顶设置，测点可采用直径12 mm的钝头短钢筋，应在浇筑支护结构混凝土时埋设，露出表面5~10 mm，当遭到破坏，用钻孔埋设或者射钉枪补点。

为了测量监测点的竖向位移变化值，需要在支护结构的顶部、立柱顶、周边建筑物轴线及道路、地下管线位移部位等设置竖向位移监测点。

3.3.3 标准维护结构内力监测

内力监测点包括维护墙体的内力监测、支撑内力监测。维护墙体内力监测应设置在受力变形大的部位或在支撑系统中起到关键控制作用的杆件，在结构主筋上设置一对钢筋计，或在四角处布置四个钢筋计。在每道支撑选择轴力最大、剪力较小的杆件进行监测，中部或端部布设轴力监测点，在锚杆锚头处通过轴力计测试锚杆拉力，可同时监测两端和中部的沉降和位移。每道支撑内力监测不少于3个，并且各层支撑的监测点位置应在竖向保持一致。钢筋混凝土支撑采用钢筋计与受力主筋通过连杆对焊或帮焊连接，钢支撑可采用轴力计或应变计、混凝土支撑可以采用混凝土应变计等量测。在靠近支护结构的周边土体进行土体变形、土压力测试，土体上的观测点宜埋深混凝土标石，顶部露出地面20~30 cm，埋深不小于1 m，顶部标志可采用具有强制对中装置的钢筋标志。

3.3.4 标准地下水位监测

地下水水位监测主要是管井降水水位的测量，尤其是承压水头水位测量。监测方法主要是可以用观测井进行水位观测，通过孔内设置水位计等方法进行测量。这些孔位设置要具有代表性，如基坑中心及四个角等，要求全面反映工程环境地下水位分部面。压力监测包括基坑内外土压力和孔隙水压力的监测。土压力盒应紧贴基坑支护结构的迎土面，孔隙水压力传感器的安装与埋设均必须在水中作业，埋设方法为钻孔或者直接推入埋设深度，在周围填入纯净砂，上部用黏土球封孔。

3.4 标准观测方法及仪器

水平位移测定方法包括视准线法、极坐标法、GPS法等。竖向位移监测宜采用几何水准方法。

视准线法可测量特定方向上的各基准点的水平位移，其中小角法是视准线法测定水平唯一的常用方法。采用经纬仪等光学仪器进行测定。小角法是用精密经纬仪精确地测出基准线方向与测站点到观测点的视线方向之间所夹的小角。从而计算观测点相对基准点的偏离值。

极坐标法适用于如果测设距离比较短，需要测定任意方向。采用全站仪进行作业，具体原理为：在控制点上测定一个角度和一段距离来确定点的平面位置，标定其他点位的方法。由两个已知控制点坐标和放点的设计坐标，算出由控制点到所放点的方向和距离。初始值观测两次，以确保无误。以后每次观测值与初始值比较，求得测点的水平位移。

GPS法也就是全球定位系统，当基坑监测点与基准点无法通视可采用GPS定位法，具体原理为用定位系统提供的信息来进行基坑变形监测，在1 000 m的基线精度可以达到亚毫米级。缺点是成本高，需要接收卫星信息，不能实现高精度的变形值。

竖向位移监测当测量点间的高程差较大，精度要求不高时，也可此采用短视线光电测距三角高程测量法，监测精度要求按照规范及经验进行。

其他如坑底回弹应设置回弹监测标，采用几何水准并配合高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆件或钢尺等应及时修正。

3.5 监测周期及频率标准

基坑监测频率不是一成不变的，是动态调整的。在施工阶段要根据基坑开挖和围护结构情况，对变化速率进行调整，当测值的增加速率明显增大，应该加密监测，反之可适当减少监测次数。一般情况下从基坑工程开挖到底板完成监测频率低，底板完成到基坑回填完成监测间隔要稍微长，监测一直要延续到基坑工程及周边建筑物及地下管线变形趋于稳定后结束。基坑开挖时是地下土体卸荷载阶段，支护结构处于加荷状态应加强监测次数，开挖完后，监测值处于稳定，监测间隔可以适当放长。当出现异常现象和数据时，或邻近报警状态时应加强监测频率，在梅雨季节基坑监测应加密测试，当有事故预兆时应连续监测，这些都验证了基坑监测频率的动态调整。

在《建筑基坑工程技术规范》及《建筑基坑工程监测技术规范》中按照基坑工程安全等级、施工阶段及基坑开挖深度进行了规定，基坑安全等级提高，从三级到一级，按照监测时间间隔减小。在基坑开挖期间应测项目的监测频率，对于一级基坑，监测频率的经验值采用1次/1 d，对于二级基坑，监测频率的经验值采用1次/2 d，对于三级基坑，监测频率的经验值采用1次/3~4 d。在基坑运行期间，相比基坑开挖期间低1~2个等级，对于一级基坑，为1次/2 d，对于二级基坑，为1次/3~4 d，对于三级基坑，为1次/10~14 d。对于一般性的宜测、可测项目，一般监测频率为应测项目的1/2~1/3。

3.6 监测报警值标准

在规范《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-20029要求对监控报警值进行了规定，如基坑变形的监控值，按照基坑类别三类指标的最大沉降监控值，见表1。

表1 基坑变形的监控值 单位：cm

虽然基坑支护结构的变形和受力等变化的绝对值是一个控制指标，但是不同的支护形式基坑深度、土质条件、施工阶段等等，变化又有其特点，仅仅一个绝对值控制是不够的，还应按照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009要求，考虑变化的相对值和变化速率，从指标变化来进行具体技术分析及处理。

4 监测标准执行实例及技术处理

（1）支护结构为东侧采用钻孔灌注桩加钢筋混凝土支撑，其余区域采用复合土钉墙支护形式，在基坑监测期间，受到近期降雨影响，坑顶水平位移及地下水位变化幅度复合土钉墙部位比钻孔桩支护段大，反映这种支护形式在软土地基中变形控制不利，止水效果较差，需要增加该部位的监测频率，必要在监测接近报警值时进行设计变更，确保支护结构的安全。

（2）基坑支护形式为钻孔桩加混凝土三道支撑，支撑轴力采用钢筋应力计，采用频率接受仪进行读数，开挖过程掌握应力变化规律为：随着开挖，第一道支撑拆除，支撑轴力逐渐增加，当挖至坑底时，第二道支撑轴力大于第一道，二者成交替形式出现，在底板浇筑完成后，墙体向坑外位移，轴力减少，拆除第三道支撑后，上部支撑轴力又开始增加。

（3）车站围护结构采用地下连续墙+三道钢支撑支护，基坑开挖到距离基坑底部1.8 m时测斜点变化速率明显变大16 mm/d，车站周边房屋出现沉降12 mm/d，坑底立柱桩上浮达到133 mm，通过在端头井增设三口真空井点降水，停止开挖，降低坑底承压水头，15 d后基坑隆起下降，恢复正常施工后，基坑变形趋于稳定。

（4）基坑周边建筑物沉降观测当沉降值达到每日位移量达到3 mm，累计位移量达到30 mm时就会达到报警值，主要原因是水土流失对周边环境造成的影响。这个时候采取立即停止降水措施，采用井点回灌和注浆堵漏等处理措施等等，确保施工过程中周边环境的整体安全。

5 结束语

基坑监测涉及多个专业，掌握好深基坑施工监测的规范标准及主要方法，并不断根据实际经验分析监测的数据成果，实现信息化施工，优化设计，就能够保证支护结构及周边环境的安全。近年来，随着计算机水平的提高，基坑自动化监测技术不断发展，目前很多地铁监测选择进行自动化连续监测技术，与人工监测相比，成本不会增加，还可以实现全过程监测，可以保证第一时间发现并解决问题，并且可以实现监测资料电子化管理。