建筑基坑变形监测方法分析

胡颖楷

四川省川建勘察设计院有限公司 四川 成都 610000

市政工程是保证人民生活品质的重要环节，其施工安全可靠是各项工程的根本，市政工程中的基坑监测对市政工程的顺利进行有着重要的意义。由于城市建设难度大，技术要求高，作业环境恶劣，施工人员众多，所以对基坑进行监测具有较强的综合性和复杂性。文章在综述了目前我国城市建筑基坑监测工作的情况的基础上，概括了其工作原理及工作内容，并提出了在工程中应用的几种新方法。

1 城市建筑基坑变形监测的意义

对城市基础设施进行基坑变形监测，对于保证工程的安全运营具有重要意义。从实践上讲，城市建筑基坑监测对保障国家基础设施建设的质量、保障人们的生活环境、促进国民经济的发展都有很大的帮助，已成为我国城市发展的一个重要组成部分。在此基础上，提出一种更加全面、科学、有效的监测方法，对提高我国城市建设水平具有重要意义。城市建筑基坑监测的主要内容有：围护墙深层水平位移、土体深层水平位移、墙后地表竖向位移、地下水位监测等。通过对每一次基坑的监测，可以对周围建筑物的稳定性进行实时的评估。特别是因为气温太低的原因，可以提醒工人及时进行排水。对城市建设项目中的基坑变形进行监测，是建筑施工过程中必不可少的一环，对项目施工和施工都具有重要的意义。课题在借鉴和消化国内外现有工程技术成果的基础上，结合国内工程实践，探讨如何提高工程质量的方法。为此，针对基坑在城市施工过程中出现的问题进行了分析，并提出了相应的对策，对于提高工程施工质量有着十分重要的意义。

2 基坑监测的主要方法

2.1 水平位移监测

基坑水平位移监测包含了很多方面，它是对支护结构、支撑体系等展开全面的检测，可以采用交会法、极坐标法等方法来对基坑进行水平位移监测，如果在监测的过程中，对监测体的水平位移有较高的要求，就必须要用更高精度的仪器来进行两次以上的监测，这不但给监测工作带来了更大的难度，同时在测量的过程中，还会有更多的误差积累，使得计算过程变得更加麻烦。在对形状为线性的基坑进行监测时，可以采用小角度的方法进行监测，不麻烦，易于操作，但对测站点的要求较高，需要维持通视，若设置较多，观测的费用也会相应提高。GPS定位方法在监测中具有较高的精度，且能在任何时候对其进行实时监测，但对场地要求较高。为了确保检测结果能够精确地反映被测物体的位移量，必须将被测物体的位移量等固定好后才能进行检测。

2.2 应力监测

在基坑开挖过程中，各种土体所受的压力是不断变化的。根据基坑的受力特点，在水压较大时，有针对性地布设监测点，实现对水压数据的精确读出，使得各向受力均能维持在垂直度上，防止水压力过大。在深基坑支护体系中，必须实时监控各受力部件的内力，并对其进行分析，一旦发现有异常情况，就必须采取相应的措施来确保其应力稳定，以防止各受力部件发生安全事故。应力仪现在已经被广泛地用于监测，与此同时，在选择监测点的时候，要进行科学的设计，精确的计算，在安装元件的时候，要注意应力仪的安装方式、安装位置、温度、防水等方面的控制，因此，操作者要根据实际安装的需要，对应力仪的安装进行有针对性的控制，确保传感器的存活率，以及测量的误差[1]。

2.3 竖向位移监测

在对竖向位移监测方面，主要是针对支护以及支撑体系等方面来做好变形监测，其主要监测方法为几何水准法、液体静力水准法。首先，在监测点的布设上，需要先根据实际情况来做好高程参考控制网的建立工作，主要采用三角高程测量法来做好测量工作，尽可能保证监测频率、监测点等方面达到一致。其次，在针对坑底反弹阶段进行高程监测阶段，该方法的优势也比较明显，即数据准确度高、操作简单，极大程度上使得整体工作效率大大提升，监测准确性也能得到极大保障。

3 建筑基坑变形监测的要点

3.1 基坑变形监测设计

基坑变形的监测是一个涉及到基坑施工及周边建筑物稳定的系统工程。在制定监测计划时，必须搜集与之有关的各类数据与信息。监测方案主要包括监测方法的选择和监测点的布置，预测值的设置，结果的分析和评估等内容。在进行基坑变形监测时，应考虑下列几个方面。

(1)监控装置和仪表应在正常工作条件下，并应确保其可靠性。一般情况下，电子设备的可靠性要比机械设备差，在必要的时候，需要用机械设备来校对其精度和可靠度。

(2)基坑工程的监控要考虑多方面的因素。主要是监测被监测对象的位移量和位移速率，并优化监测方法和巡检方式。在布设监测网络时，要尽量把监测点布置在坑底、坑壁顶部和邻近易受基坑工程影响的重要建筑物等部位。在此基础上，结合现场实际情况，提出了一种基于现场实测数据分析的新方法。

(3)因为变形监测是在基坑开挖的同时进行的，所以，监测站点的设置和监测工作要尽可能地减小对工程的影响，并且要尽可能地避免因为监测工作而拖延时间。在进行监控设计时，要尽可能地选用既能保证监控精度，又能保证监控的经济性的方案，从而减少监控成本。

3.2 规范操作监测仪器设备

在对高层建筑基坑变形进行监测的时候，必须要用到一些专门的监测仪器设备，只有对监测仪器设备进行规范的操作，才能保证监测工作的顺利进行，并保证监测结果的科学性和有效性。仪表设备的使用必须有专门的人员进行，不能没有证书，在使用时必须遵守有关的操作规范和方法。此外，还需要在日常生活中对仪器设备做好有效的维护与保养，以防止仪器设备的损伤；在使用前，必须认真地对其进行校验，以免造成测量结果不准确。

3.3 挡土墙及周边地表变形

基坑围岩及其周围的变形主要表现在水平和垂直两个方面，它与基坑开挖深度、围岩周围的变形有关。在浅基坑施工过程中，在围岩作用下，围岩的水平变形表现为“倒三角形”，围岩顶板最大变形向内侧倾斜。当基坑开挖时，支护结构与周边土体均表现出整体刚性的内移。由于卸去了围护结构中的土体，卸去了侧方的原土压力，使得围护结构在卸去了侧方的土体后，围护结构发生了内移，形成了围护结构。由于一般情况下，围岩与围岩之间会发生水平移动，所以在基坑支护中，侧墙支护是必不可少的。尽管支护结构及其周边土的垂直变形相对于水平变形来说很小，但是由于缺乏有效的监测手段，会给支护结构的稳定性、地面沉降以及基坑的安全带来很大的风险。造成这一结果的主要原因是由于基坑开挖引起的地表自重降低及地表的上升运动。在深基坑围护中，一般应用地下连续墙、钻孔灌注桩等技术，都会引起支护沉降，威胁到工程的安全。基坑施工不仅要保证其自身的安全性，而且会对周边环境产生较大影响。挡墙后周边地面将发生不同程度的下陷，对周边建筑、交通和管线造成影响。因此，必须对沉降进行科学的监控，并对沉陷的范围做出准确的预测，从而制定出相应的防治措施。目前，对于地面沉陷的研究主要集中在模型模拟，有限元分析，数据拟合等方面。从实践中的经验来看，地面沉陷的规律可分为两大类。一是在较浅的基坑开挖过程中，软弱岩层将呈“三角”型沉降，支护结构在支护结构中将产生较大的水平位移，同时，基坑周围的沉陷也将进一步加剧；如果挡土墙埋深很大，或者岩层比较硬，则土体的沉降基本为抛物线型，并且其最大沉降量与挡土墙的距离越远越好。

3.4 基坑变形监测的频率

基坑变形监测是一项贯穿于整个施工过程的、甚至是在施工完成后还要进行的、连续的、多点的、长时间的监测。因此，在对基坑变形进行监测时，应该将施工的安全性和经济性结合起来。一般来说，监视的次数应该满足以下规定：

(1)在基坑开挖期间，每日监测数不少于一次，在基坑完成后，至少要对基坑进行3天的持续观察，直到基坑稳定为止。

(2)在基坑施工期间，如果发生以下紧急情况，必须对其进行至少3天的监控，直到监控值趋于稳定，即变形值逼近或超过警告值，或者变形速率加速。相邻的房屋和道路有较大的裂缝和不均匀沉降；突如其来的坏天气造成基坑或周围出现大量的积水（积雪）；在基坑底部或支撑系统中，会出现管涌、流沙等现象。

3.5 深基坑开挖阶段变形规律

首先，在深基坑工程中，与之相关联的地下管道会产生较为显著的沉降，而沉降量与基坑与管道间的距离有很大的关系。当桩身与桩身之间距离增大时，桩身与桩身之间的沉降量就会增大。同时，管道设施所在地的水文地质条件和环境因素对管道沉降有很大影响。但是，深基坑支护结构的位移和变形与基坑挖深有关，在0.5-1m深时最大。但对于深基坑围护结构，其支撑轴压力通常随挖深的增加而增大，当挖深约0.5-1m时，支撑轴压力最大。随着基坑深度的增大，基坑支撑轴力的增加量逐渐减小，直到趋于一个恒定值为止[2]。

4 基坑工程监测控制措施分析

4.1 增强工程实施强化管理力度

根据审核通过的设计文件，根据项目的具体情况，编制了相应的专项施工方案。专项施工方案应包括实施规范、设计流程和有关规定等。相关部门以及承包单位需要格外重视基坑工程管理，保障其施工质量以及施工安全，避免出现危险事故的同时，也能确保整体作业过程有条不紊、井然有序。与此同时，还需要尽可能地建立相应的安全监管机构，根据实际情况来明确其巡查方案，进一步明确工程质量监管的职责。

4.2 全程控制基坑支护的施工质量

在基坑工程的建设过程中，因为地基土质的不同和环境的复杂，需要对岩土基坑支护施工进行全程控制，避免施工环节出现问题，进而严重影响到后续工程的建设。为此，有关部门及设计人员应根据实际情况，对设计方案进行优化与改进，并进行严格的控制，以保证施工质量。但是，施工单位不能对施工计划进行任何修改，其中包括了锚杆的位置、长度、型号、数量等内容，以及钢筋网的使用间距和放坡系数等内容。对设计方案进行修改时，要有专门的人员对其进行审查，建立一个有效的沟通平台，使基坑支护承包商和挖土承包商之间保持良好的沟通，以确保工程的顺利进行。在工程建设中，应严格遵守施工规程，保证土方开挖的次序及开挖的方法与设计相符。

4.3 城市建筑基坑变形监测遵循原则

在城市建设中，作为国家重大基础设施的一部分，为保证建筑项目的安全进行，基坑变形监测应严格遵守如下原则。第一，在进行基坑变形监测时，应坚持时间和频率的合理性；大家都知道，在许多基坑的开挖之前，都是需要排水的。例如，在沿海地区，水位相对于地面会比较高，因此，在基坑开挖之前，都要进行降水工程。因此，在这种情况下，就必须要求我们在降水之前，就要对周边水位和周边的建筑物、道路进行监测。在此之前，我们需要监测的项目包括：周边建筑物的布点、周边的管线的位移监测和沉降观测。在进行水位监控时，应与施工单位及时联系，在打好降水井前，对其水位进行测量。对于这类基坑，必须在回填完毕，基坑停止降水，水位恢复之后，才能停止观测。多数情况下，基坑回填后，仍有降雨，因此要掌握好监测的停止时机。同时，基坑初期的观测也很重要，它可以为基坑施工提供第一手的资料，起到控制和检查后期资料变化情况的作用。并对该工程的整体安全性进行了分析，为该工程的安全施工奠定了坚实的基础。第二，在对基坑变形进行监控的时候，监控数据一定要可靠，不能有任何的偏差，并且要在第一时间将监控到的数据进行处理，如果不能在事后进行预测，那么就要按照实际情况进行，这样才能保证监控数据的可靠性，从而达到对基坑变形进行监控的目的。第三，在城市建筑工程中，对基坑的变形进行合理的监控。监测的内容应该是完整的、全面的，在项目全面实施的过程中，要对基坑施工的过程以及周围的环境进行充分的反映，杜绝观察盲区，尽可能地将逆向的损失降到最低[3]。

4.4 城市建筑基坑变形监测选择要具有合理性

基坑施工是建筑施工的基础，在建设过程中，必须对基坑施工进行质量控制和管理控制，尤其是安全维护、管理监督、质量控制以及监测方法的应用。观测点的先后次序、现场计划应该按照现场的特定情况和工程的需要来安排。在制订方案前，必须对所要监控的基坑情况有全面的认识，同时要将理论与实际相结合，以保证监控的针对性和针对性。在执行监控内容时，必须在施工开始之前，对其进行适当的埋设，做好初步的测定工作，以保证周围环境的稳定。监测点的布设应以结构的主要受力和变形为主要特征的点位为宜。设定监测频率的次序不应该干扰监测对象的正常工作，并且应该降低监测对施工操作的不良影响，以确保能够看到周围环境等物体的完整视角。当观测值比较稳定时，可以减少观测次数，反之，可以提高观测次数。

4.5 城市建筑基坑变形监测数据分析

为了获得更加可信的数据，并对其进行评价，常常需要对基坑监测资料进行多点观测。获取基坑开挖过程中的观测资料，并与已有观测资料相比较，分析外部因素对基坑开挖变形幅度及建筑物整体稳定性的影响。工程中，在基坑变形位置布设大量的监测点，组成一个数据变换体系，在对比过程中，某些异常值会产生较大的偏差。这一点，可以通过试验来验证。为了进行资料分析，必须对基坑的变形情况进行适当的养护，在查找出错误资料后，要对其进行周期改变或永久改变，以防止出现工程事故。为此，要对基坑变形进行监控，确保整体数据精准度符合要求。

5 结束语

总之，在中国城市基础设施建设中，深基坑工程发挥着举足轻重的作用，如何对其进行有效的变形监测，并对其变形机制和变化规律进行研究，是关系到该工程能否顺利实施的关键。深基坑围护结构发生大变形时，会对工程建设及人们的生产生活造成很大的影响。为此，必须深入探讨深基坑围护结构的变形机制，并采取相应的支护措施，才能最大限度地发挥围护结构的作用，从而促进城市基础设施的建设。