深基坑工程變形監測實例分析

摘 要：本文結合工程實例，在介紹深基坑變形監測的主要內容的基礎上，從圍護結構水平位移監測、周圍建筑物沉降監測、錨索應用監測及周圍環境監測等方面探討了深基坑變形監測工作，為類似工程變形監測作參考。

關鍵詞：深基坑；變形監測；實例分析

隨著我國城市進程的不斷加快，建筑行業得到了進一步的發展，許多建筑空間逐漸向地下室發展，基坑的開挖深度越來越大，對深基坑工程的施工技術和施工質量要求也有所提高。在深基坑工程施工中，由于受到地質條件、周邊環境、降水不到位和施工環境等復雜因素的影響，基坑施工必然會影響到周圍建筑物、地下設施和周圍環境，因此，施工人員有必要加強深基坑工程變形監測工作，通過運行專業的儀器和各種方法對深基坑變形進行監測，能夠準確掌握深基坑工程施工情況和預測基坑施工未來發展的趨勢，對確保深基坑工程的質量安全具有重要的意義。

1基坑變形監測的內容

深基坑監測的主要內容有圍護結構的水平位移監測、沉降監測、應力監測，及地下水位監測、護坡監測和周圍環境監測等，一般通過設定監測項目的報警值來保障基坑施工和周邊環境的安全。在監測過程中，不僅要提供精確的監測數據，還應加強對基坑水文地質的了解與分析、基坑與周邊相鄰建筑物關系的分析研究。

2.1圍護結構的監測

（1）水平位移監測

圍護結構頂部水平位移是圍護結構變形最直觀的體現，是整個監測過程的重點。圍護結構變形是由于水平方向上基坑內外土體的原始應力狀態改變而引起的地層移動。

（2）沉降監測

基坑圍護結構的沉降多與地下水活動有關。地下水位的升降使基底壓力產生不同的變化，造成基底的突涌或下陷。通常使用精密電子水準儀按水準測量方法對圍護結構的關鍵部位進行沉降監測。

（3）應力監測

基坑穩定狀態下，側壁受主動土壓力，圍護結構受被動土壓力，主動土壓力與被動土壓力之間成動態平衡。隨著基坑的開挖，平衡被破壞，基坑將發生變形。

2.2周圍環境監測

（1）鄰近建筑物沉降監測

當軟土地區開挖深基坑時，基坑周圍土體塑性區比較大，土的塑性流動也比較大，土體從圍護結構外側向坑內和基底流動，因此地表產生沉降，這是沉降產生的主要原因。

（2）鄰近建筑物裂縫監測

地基發生不均勻沉降后，基礎產生相對位移，建筑物出現傾斜。傾斜使結構上產生附加拉力和剪力，當應力大于材料的承載能力時即會出現裂縫。裂縫多出現在房屋下部沉降變化劇烈處附近的縱墻。

（3）道路、管線變形監測

基坑開挖過程中，應同時對鄰近道路、管線等設施進行水平位移和沉降觀測。盡可能以儀器觀測或測試為主、目測調查為輔相結合，通過目測對儀器觀測進行定性補充。

3典型工程實例分析

3.1工程概況

某深基坑工程，基坑長度為150m，寬度為90m，開挖深度約23m。基坑東側緊鄰某7層大酒店，西側緊鄰某9層大樓，且地下為回填雜土，地下水位較高，涌水量約2000m3/d。周邊市政管線密布。深基坑西邊坡土質為回填土，基坑周邊放坡空間有限，幾乎垂直放坡，支護結構復雜。因此，西邊坡的變形監測為本工程的重點。基坑西部邊坡剖面見圖1。

圖1 基坑西邊坡剖面

3.2圍護結構水平位移監測

水平位移監測采用坐標法和基線法。

（1）坐標法

坐標法為全站儀結合反射片進行動態掃描式變形點監測，采用整體平面控制網法對變形監測點進行觀測。在基坑區北面道路和南面道路上共選擇4個穩定點，構成平面控制基準點。在基坑支護結構頂端布置3排圍護結構變形監測點，如圖1所示。沿基坑周邊道路及施工道路布設控制網過渡點，以連接圍護結構位移監測點與基準點成網，通過監測基準點，對基坑內錨桿、樁頂冠梁及護坡變形點進行監測。但受場地條件限制，其組成的監測控制網圖形規則性較弱，因此需定期進行整體控制網的復測。為提高對中精度，埋設觀測墩在監測基準點上進行強制對中，各變形觀測點設置固定反射片裝置，采用全站儀極坐標法直接掃描式觀測基坑側壁各觀測點的坐標，以三維坐標的變化來反映基坑的水平與豎向位移，高效準確地采集基坑側壁的動態變化數據。

（2）基線位移觀測覘法

同時，利用基線法測量圍護結構水平位移。在基坑西邊坡坡頂北部選擇1個監測基準點，利用經緯儀基線法，在基準點上架設儀器，瞄準基坑西邊坡南部開挖影響范圍外的目標，確定基線，然后在基線上每5m選擇1個位移變形監測點，共選擇16個邊坡變形監測點。隨著基坑的開挖，變形監測點將向著基坑開挖的方向移動。其移動的距離即為變形監測點的位移。

傳統的方法為在變形監測點處多次立測釬，使測釬處于基線上，利用直尺直接讀出數值，兩次讀數的差值即為變形監測點的位移值。實踐中發現，采用基線法時，傳統的瞄準方式為測釬與直尺讀數，誤差較大，而且經緯儀對中測釬是一個往復定位的過程，立釬者需要左右移動測釬，同時保持測釬的垂直狀態，這都降低了測量的精確度與效率。為提高基線法的觀測精度與效率，可制作一種軌道化標尺，使繁瑣的立測釬過程通過標尺的一次滑動即可完成。于是研制出了一種測量輔助裝置—基線位移觀測覘。

該裝置具有以下優點：

1）覘板與反射片的強制對中作用，使經緯儀能夠精確瞄準目標；

2）激光器具有調節方向的作用，能夠使觀測覘精確對準經緯儀，確保在經緯儀確定的基線上；

3）上部瞄準系統可以在基座平臺軌道上滑動，一次滑動便可測出位移量；

4）基座可以利用3個調節螺旋整平，由圓水準器體現；

5）讀數系統由指針與刻度尺組成，可估讀到0.1mm。

使用時在基準點上架設經緯儀，確定基線。將觀測覘某一刻度貼緊變形觀測點，轉動經緯儀望遠鏡，粗瞄位移觀測覘。然后滑動上部系統使觀測覘上的反射片位于望遠鏡中心，從刻度盤上直接讀出觀測點的位移值。觀測臺的讀數可估讀至0.1mm，而傳統基線法只能精確到1mm，精度大大提高。

3.3周圍建筑物沉降監測

周圍建筑物的沉降監測采用精密水準測量的方法，利用高精度電子水準儀周期性地觀測建筑物上的沉降觀測點和水準基點之間的高差變化值。在基坑西邊坡周邊道路上選擇10個地下管線沉降監測點。在大樓上靠基坑邊選擇8個建筑物沉降監測點。

3.4錨索應力監測

錨索測力計為高強度的合金鋼圓筒，不同荷載的錨索測力計分別內置3～6支高精度振弦式傳感器。傳感器可監測作用在錨索測力計上的總荷載，同時通過測讀每只傳感器，還可測出不均勻荷載或偏心荷載。本工程使用基康三弦式錨索測力計。在基坑西邊坡下挖后，根據支護施工進度，在西邊坡內壁2排樁頂冠梁處選定5根錨索進行錨索應力監測。

圖2為錨索應力計MS9-2測量的應力值變化曲線。

該錨索測力計處于基坑位移較大處，應力變化具有典型性。錨索應力與基坑變形有著必然的聯系，將錨索應力監測與基坑位移監測統一進行變形數據分析，更有效準確地反映出了基坑的變化狀態。由圖2可以看出，在第43d左右，錨索應力監測數據迅速增加，呈直線上升態勢。如此下去，當應力超出錨索承載力時，基坑必將超出穩態，破壞將難以阻止。通過與變形監測數據比對發現，在此階段基坑發生明顯水平位移，最大位移量可達3mm/d。規范指出，觀測值為基坑開挖深度的3‰或位移速率連續3d不小于3mm/d時，基坑的變形超限。而該基坑的側移量已超限，必須采取防治加固措施。

圖2 MS9-2應力值變化曲線

通過對基坑現場考察得出，變形主要是由于基坑爆破施工過程中對地基土體產生擾動，使地基土原有的受力平衡遭到破壞。因此，提出了采用設置鋼支撐的方法對圍護結構進行加固。即將雙拼H型鋼一端支撐于東側澆筑完成的地下室底板預留的鋼筋混凝土牛腿上，另一端支撐于原圍護結構中部的圈梁上，并施加1000kN的預應力。由于對圍護結構背后的土體形成有效的抵抗作用，從而控制了位移的繼續發展。該支護方案取得了良好的效果，有效避免了基坑危險情況的出現。

3.5周圍環境監測

在基坑開挖到底部時，毗鄰基坑西側的地面沉降最為明顯。多處路面產生縱向裂痕，在古力井蓋、道路中縫、建筑物地基交接處裂縫較為明顯。經過實時監測與分析發現，裂縫主要是由于第43d左右基坑側壁移動而產生的，在采取支護措施后，并沒有超限值發展，建筑物雖有輕微沉降，但沉降在允許范圍之內。可見，采用斜向支撐的支護方案已經快速有效地遏了基坑位移的發展，及時防止了災害的產生。

4結束語

深基坑工程變形監測是確保基坑和周圍建筑物安全的重要舉措。因此，在基坑施工過程中，當位移檢測值接近規范規定的報警值時，施工單位應給與高度重視，根據變形監測實時數據采取積極的控制措施，確保基坑工程的質量安全，避免基坑施工對周圍建筑物、地下設施和各種管線的破壞性影響，從而發揮出工程的綜合效益。

參考文獻

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