深基坑中基坑监测技术的应用

杜保国

（山西华冶勘测工程技术有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

目前，在大部分工程建设中，基坑监测技术只起到了简单的反馈作用，并没有对检测成果的反馈进行进一步分析。在具体的施工中，很多施工单位更加重视对仪器的埋设和数据的采集，在对数据的分析和反馈上没有进行重视，因此不能将监测成果与地质情况进行有效结合、充分分析。欧孝夺等[1]研究了圆砾-泥岩组合地层坑中坑开挖对双排桩的影响，胡友健[2]等人对基坑监测技术的沉降统计、基坑开挖变形数据以及基坑报警指标等都进行了充分研究和总结，唐昌意等[3]研究了下穿隧道软土深基坑支撑轴力监测，徐前卫等[4]对滇中引水工程超深圆形基坑施工变形和内力监测结果进行分析，李建飞等[5]对单一模型与组合模型在基坑监测预报中的对比分析，本文在此基础上，从实际施工工程出发，利用沉降监测网的形式来对每个沉降监测点进行测量，从而形成了有效的监测闭环，既保证了数据的准确性，为工程建设提供了重要的依据。

1 基坑检测技术概述

（1）根据数据信息监测结果进行分析和处理，为保证交通安全、地面正常使用以及有效控制地表下沉等，来选择相应的施工措施；（2）对支护机构进行动态掌握和及时预测，让基坑安全性和工程稳定性得到保障，避免对周围环境造成影响；（3）要对基坑信息进行及时反馈，利用信息化工具组织施工，以便调整相应支护参数和开挖数据；（4）对施工资料进行积累，为施工问题的分析和后续工程的开展提供参考比对的依据。

在建筑事业不断发展的当下，基坑开挖的施工深度在不断加深，从之前的5～7m 已经发展到现在的20m。由于施工中的土体性质、地下环境、荷载条件等都具有复杂性，因此在施工过程中，要对土体性状、地下环境、设施变化、邻近建筑物等进行有效的监测，来保证施工的安全性。在对一些环境要求严格、大中型复杂项目进行施工的过程中，从以往的工作经验中往往难以找到相应的借鉴参考，这就需要通过现场监测来进行施工。（1）要了解基坑的设计强度就要以数据监测为基础，这样还能为降低工程成本提供参考；（2）对地下管线、地下土层、地下设施，以及对地面建筑的影响程度等施工环境进行了解；（3）可以及时发现险情并进行预报，以便采取及时的安全补救措施。

2 基坑检测技术的应用场景

2.1 位移监测

2.1.1 水平位移监测

在开展水平位移的监测工作时，可以利用小角度法、投点法来进行；通过前方交汇法以及极坐标法还能对不同方向上的监测点进行水平位移监测，其次对现代化技术的有效使用，还能解决预先埋设基准点与基坑距离过远的问题，例如使用GPS测量法进行实时监测。在开展水平位移监测的情况下，应该在基坑的距离之外进行水平监测基准点的埋设，在埋设基准点时要避开低洼积水以及周围环境复杂的地方，同时还要增加测回数来提高监测的精准度，

让监测数据的准确性得到保障，这样才能确保数据获取的有效。

2.1.2 竖向位移监测

对竖向位移进行检测时，一般都采取几何水准和液体静力水准的方法来进行，并且要对一些传递高程功能的钢尺和金属杆数据进行实时修正，例如：温度、长度和拉力等数据，这样才能保证数据的客观性。在设置回弹监测点时要选择在坑底的回弹区域来进行，科学设置回弹监测标，在开展监测工作时可以将几何水准和高程辅助仪器相结合。在进行竖向监测时，对待检测数据应该采取科学严谨的态度，以此来确保整个工程数据的真实可靠。

2.1.3 深层水平位移监测

在对深层水平位移进行监测操作时，建议首先在墙体内和土体内部埋好测斜管，尤其是对基坑附近的围护墙体和附近土体进行监测时。利用这种监测方式，可以在较短的时间内对深层水位的平移情况进行准确监测，有效掌握不同水位深度的水平位移情况，这有助于工作人员对土本信息的详细了解。通过对预埋区域进行科学合理的选择，再进行测斜管的预埋工作，可以防止因位置选择的不合理，而导致监测数据受到干扰或者周围区域受到感染。

2.2 倾斜监测

倾斜监测的实施主要是针对建筑工程底部到顶部的数据监测，包括高差数据的监测和位置之间水平位移的监测。对监测的相关数据进行准确记录，例如：倾斜角度、具体速率、方向等，与具体的环境观测和观测要求相结合进行综合分析，对建筑物的倾斜程度进行科学评估。上述工作要得到有效完成，通常使用前方交会法、水平角法、投点法等来开展倾斜监测工作。其次在实施倾斜监测时，检测操作要按照不同检测技术的要求来进行，准确把握建筑物的倾斜程度，通常使用的方法还有垂线法和差异沉降法等。

2.3 裂缝监测

在裂缝监测的过程中，不仅要对监测对象的具体位置、裂缝走向以及裂缝数量进行掌握，还要对裂缝的宽度、深度、长度等信息进行监测，充分了解各种潜在信息变化。如果裂缝刚好位于施工地点，就要对施工情况进行综合考虑，然后使用科学的监测方式，针对这些位置对监测力度进行加强，最后根据各种数据的要求，合理应用各种监测手段，实施对裂缝的有效监测。要对裂缝宽度进行数据监测时，可以使用划平行线或者在裂缝两侧贴石膏饼的方式实施监测，如果要直接测量裂缝深度，就要使用千分尺、游标卡尺等工具来进行，在裂缝深度较小的情况下，利用凿出法和单面接触超声法就可以完成检测工作。

2.4 压力监测

2.4.1 土压力监测

工程施工中通常采用埋入式、接触式两种方法来对土压力进行监测，而土压力计是监测过程中不可或缺的监测工具。其中埋入式的监测法是开展土压力监测时最主要的监测方式，而在使用埋入式监测法的过程中，埋入操作要与检测要求相匹配，一定要保证压力膜呈现垂直的状态，并且受力面要与被检测物体紧密贴合，同时做好对压力膜的保护工作，对相关监测数据进行准确记录。在土压力监测完成以后，还要对压力计和压力膜进行仔细检查，查看是否存在破损的问题，以免造成不必要的损伤。

2.4.2 孔隙水压力监测

这种监测方法主要是对基坑的水压承受能力进行保证，让设计数据的完整性得到保证。在对孔隙水压力进行监测时，首先要对不同类型的孔隙水压力计进行预先埋设，正式开展监测时，要使用频率计测量法以及应变计测量法来进行。并且，孔隙水压力计的量程要满足被测压力的范围要求，要保证精度高于0.5%F.S，分辨率高于0.2%F.S。

2.5 地下水位监测

水位计是开展地下水位监测的常用工具，在测量时，数据精度需要控制在10mm 以上。

水位监测孔位的设置要以具体的监测目的为指导，进行科学的布局，对一些明显的位置要优先设置，让地下水位的分布情况能够通过孔位的布置进行准确反映。其次，要确保监测数据的准确，还要对地下孔位的工作情况进行定期检查，观察孔位对于不同的渗透性土层是否具有适用性。

3 基坑检测技术的应用价值

3.1 基坑监测基准点布置

基坑监测基准点的布置主要包括对周围环境的监测和基坑维护体系的监测。在环境监测中，首先了解基坑的开挖是否会影响周围的建筑物。其次是对邻近地面的市政主干道沉降和地下线管进行检测。在基坑围护体系监测中，主要是了解围护桩顶圈梁水平位移在基坑开挖过程的变化趋势，以及围护桩桩身和桩侧的土体位移。其次还可以对基坑外侧的水位变化和主动土体内的土压力大小进行监测。本次监测工程中，基准点和工作基点是点位布置的主要内容。因为要将基准点布设在工程施工的影响范围之外，所以距离施工场地较远，这样也能保证工作基点检查与恢复的稳定性。在基坑周围的稳定区域内进行了工作基点的布设，然后将仪器架设到工作基点上就能对监测点进行观测。

本次共设置3 个基准点和3 个工作基点。基准点的标石是普通混凝土制作，基准点之间相互通视，是水平位移和沉降观测的起始点。普通混凝土标石制作如图1 所示。

图1 普通混凝土标石图

3.2 基坑监测基准点测定

3.2.1 平面基准点测定

首先假定以J1 为基准，J2 为方向，使用NET05X 全站仪，按《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）规范中规定的二等平面进行精度控制，然后采用闭合导线法施测J3 的坐标。

3.2.2 高程基准点测定

假定J1 高程为800 作为起算数据，使用DINI03 水准仪，测量要求按《建筑变形测量规范》JGJ 8-2016 中的一等水准，采用往返测量的作业方法对J2、J3 的高程进行测量。

4 基坑监测在项目中的应用

4.1 项目概况

4.1.1 深基坑工程概述

本基坑位于山西省太原市清徐县清源镇贾兆村。基坑东西宽约75m，南北长约186m，基坑深约7.9～12.3m。该基坑支护结构的安全等级为二级，设计使用年限为一年，基坑设计采用动态设计法。本基坑主要使用三轴搅拌桩来作为工程的止水帷幕，基坑南北侧及西侧深度为7.9m，东侧深度为12.3m。基坑西侧距基坑约15m 为厂区道路，其他侧均为厂区建设用地，周边无建筑物、无堆载，基坑采用土钉墙对基坑进行支护。

4.1.2 设备的使用

根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009 的要求，选择安全监测仪器及施测方法：使用美国天宝DINI03 电子水准仪与铟瓦合金条码尺来进行沉降观测，并按照二等水准测量施测；水平位移观测使用索佳NET05X 全站仪，按极坐标法施测。所使用的仪器都经过质量检测部门的鉴定，各项指标均合格。

4.2 基坑监测技术的应用

4.2.1 沉降监测点的布设和测量

沉降监测点的布设：首先要确定观测场地，主要对观测点位的稳定性和易于观测两个因素进行考虑，然后再根据建筑物设计的轴线进行布点，选择主要受力体确定相应的观测点位。在本次施工中，沿基坑周边进行了基坑支护顶沉降监测点的布设，在基坑周边的中部、阳角处均设置监测点，并根据基坑支护设计及现场情况来设计监测点之间的距离，每边监测点的数目都大于3 个，采用钢筋水泥进行浇筑。

沉降监测点的测量：在沉降监测点布置完成以后，就可以开展监测点的测量工作。在本次工程中基准点与沉降监测点之间构成了沉降监测网，选择基准点为起始点，对每个沉降监测点进行测量，最后与基准点形成闭环，水准路线如表2所示。

在开展首次测量工作时，要进行二次测量，测量结果为两次测量的平均值。

在对沉降监测网进行测量时，要按照二等水准的测量要求来进行，监测点测站高差中误差≤±0.5mm，主要技术要求按《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）第4.2 节的监测规定进行执行。

4.2.2 水平位移监测点的布设和测定

水平位移监测点的布设：要根据监测的目的、监测点的观测方法和精度要求进行灵活选择，可以选择边角网、导线网、轴线、GPS 网等方式进行一次布网。在本次基坑工程中，主要选择了冠梁位置来进行支护顶部水平位置观测点的布置，然后把钢筋植入冠梁并筑水泥台保护，在钢筋头上刻有“十”字标志，将观测点布设在基坑周边中部、阳角处，点位间距为16～20m，总共设有26 个水平位移观测点。

水平位移监测点测定：主要是利用设备和观测仪器对建筑物和有代表性的地基点位进行水平位移量的测量。利用监测结果对水平位移的规律进行分析，主要观察建筑物在内外荷载和地基变形等因素的影响下状态是否正常，保证工程的安全运行。本次工程对水平位移的监测是根据二等位移监测要求进行的，其中监测点的坐标误差要≤±3.0mm，按照《建筑变形测量规范》JGJ 8-2016 中第4.5 节的规定，来执行技术检测要求。同时使用索佳NET05X 型05″级全站仪来开展水平位移监测工作。在测定监测点的平面坐标时使用了极坐标法，水平位移量就是两个周期之间的坐标差值。

5 结论

在本次监测研究中，监测工作方法适当，能够有效地反映基坑变形情况，所有资料真实准确。基坑的监测工作起到了判断预测基坑变形情况的作用，达到采取有效措施保护基坑和周边环境安全的目的。截至观测结束，变形速率平稳，从最终监测点变形曲线可见，变形曲线趋向于收敛，本次基坑支护工作达到了保证基础安全施工及周边环境稳定的预期。