高層施工深基坑測量應用

黑龍江 苗宇 薛善江

高層施工深基坑測量應用

黑龍江 苗宇 薛善江

當前，基坑支護設計尚無成熟的方法用以計算基坑周圍的土體變形，施工中通過準確及時的監測，可以指導基坑開挖和支護，有利于及時采取應急措施，避免或減輕破壞性的后果。基坑支護監測一般需要進行下列項目的測量：（1）監控點高程和平面位移的測量；（2）支護結構和被支護土體的側向位移測量；（3）基坑坑底隆起測量；（4）支護結構內外土壓力測量；（5）支護結構內外孔隙水壓力測量；（6）支護結構的內力測量；（7）地下水位變化的測量；（8）鄰近基坑的建筑物和管線變形測量等。

1 深基坑施工監測的特點

1.1 時效性：普通工程測量一般沒有明顯的時間效應。基坑監測通常是配合降水和開挖過程，有鮮明的時間性。測量結果是動態變化的，一天以前（甚至幾小時以前）的測量結果都會失去直接的意義，因此深基坑施工中監測需隨時進行，通常是1次/d，在測量對象變化快的關鍵時期，可能每天需進行數次。基坑監測的時效性要求對應的方法和設備具有采集數據快、全天候工作的能力，甚至適應夜晚或大霧天氣等嚴酷的環境條件。

1.2 高精度：普通工程測量中誤差限值通常在數毫米，例如60m以下建筑物在測站上測定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測到這樣的變形精度，普通測量方法和儀器部不能勝任，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。

1.3 等精度：基坑施工中的監測通常只要求測得相對變化值，而不要求測量絕對值。例如，普通測量要求將建筑物在地面定位，這是一個絕對量坐標及高程的測量，而在基坑邊壁變形測量中，只要求測定邊壁相對于原來基準位置的位移即可，而邊壁原來的位置（坐標及高程）可能完全不需要知道。

由于這個鮮明的特點，使得深基坑施工監測有其自身規律。例如，普通水準測量要求前后視距相等，以清除地球曲率、大氣折光、水準儀視準軸與水準管軸不平行等項誤差，但在基坑監測中，受環境條件的限制，前后視距可能根本無法相等。這樣的測量結果在普通測量中是不允許的，而在基坑監測中，只要每次測量位置保持一致，即使前后視距相差懸殊，結果仍然是完全可用的。因此，基坑監測要求盡可能做到等精度。使用相同的儀器，在相同的位置上，由同一觀測者按同一方案施測。

2 基坑測量中的儀器

適應基坑監測的上述內容和特點，具體測量中采用了很多新型的測量儀器，本文結合作者在河南參與的工程實例，介紹磁性深層沉降儀和測斜儀等設備。這些新的設備及其技術特點是傳統的工程測量不能涵蓋的。

2.1 深層沉降儀

深層沉降儀是用來精確測量基坑范圍內不同深度處各土層在施工過程中沉降或隆起數據的儀器。它由對磁性材料敏感的探頭和帶刻度標尺的導線組成。當探頭遇到預埋在預定深度鉆孔中的磁性材料圓環時，沉降儀上的蜂鳴器就會發出叫聲。此時測量導線上標尺在孔口的刻度以及孔口的標高，即可獲得磁性環所在位置的標高。通過對不同時期測量結果的對比與分析，可以確定各土層的沉降（或隆起）結果。深層沉降觀測過程分為井口標高觀測和場地土深層沉降觀測兩大部分。井口標高觀測按常規光學水準觀測方法進行。以下介紹作者在工程實際中使用的加拿大RockTest公司產R-4型磁性沉降儀，其刻度劃分為1mm，讀數分辨精度為0.5mm.

2.1.1 磁性沉降標的安裝

（1）用鉆機在場地中預定位置鉆孔（實際布設孔位時要注意避開墻柱軸線）。根據各個測點的不同觀測目的，考慮到上部結構的重量分布及結構形式以及實際土壓力影響深度，綜合取定各孔深尺寸及沉降標在孔中的埋設位置。

（2）用PVC塑料管作為磁性探頭的通道（稱為導管），導管兩端設有底蓋和頂封。將第一個磁性圓環安裝在塑料管的端部，放入鉆孔中。待端部抵達孔底時，將磁性圓環上的卡爪彈開；由于卡爪打開后無法收回，故這種磁性環是一次性的，不能重復使用，安裝時必須格外小心。

（3）將需安裝的磁性圓環套在塑料管上，依次放大孔中預定深度。確認磁性環位置正確后，彈開卡爪。測量點位要綜合考慮基底壓力影響深度曲線和地質勘探報告中有關土層的分布情況。

（4）固定探頭導管，將導管與鉆孔之間的空隙用砂填實。

（5）固定孔口，制作鋼筋混凝土孔口保護圈。

（6）測量孔口標高3次，以平均值作為孔口穩定標高。測量各磁性圓環的初始位置（標高）3次，以平均值作為各環所在位置的穩定標高。

2.1.2 磁性沉降標的測量

（1）在深層沉降標孔口做出醒目標志，嚴密保護孔口。將孔位統一編號，以與測量結果對應。

（2）根據基坑施工進度，隨時調整孔口標高。每次調整孔口標高前后，均須分別測量孔口標高和各磁性環的位置。

（3）每次基坑有較大的荷載變化前后，亦須測量磁性環位置。

2.2 測斜儀

測斜儀是一種可以精確地測量沿鉛垂方向土層或圍護結構內部水平位移的工程測量儀器，可以用來測量單向位移，也可以測量雙向位移，再由兩個方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。本文介紹加拿大RockTest公司產RT-20MU型測斜儀，其儀器標稱精度為±6mm/25m，探頭精度為±0.1mm/0.5m。

2.2.1 測斜管的埋設

（1）在預定的測斜管埋設位置鉆孔。根據基坑的開挖總深度，確定測斜管孔深，即假定基底標高以下某一位置處支護結構后的土體側向位移為零，并以此作為側向位移的基準。

（2）將測斜管底部裝上底蓋，逐節組裝，并放大鉆孔內。安裝測斜管時，隨時檢查其內部的一對導槽，使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。管內注入清水，沉管到孔底時，即向測斜管與孔壁之間的空隙內由下而上逐段用砂填實，固定測斜管。

（3）測斜管固定完畢后，用清水將測斜管內沖洗干凈，將探頭模型放入測斜管內，沿導槽上下滑行一遍，以檢查導槽是否暢通無阻，滾輪是否有滑出導槽的現象。由于測斜儀的探頭十分昂貴，在未確認測斜管導槽暢通時，不允許放入探頭。

（4）測量測斜管管口坐標及高程，做出醒目標志，以利保護管口。現場測量前務必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表，以與測量結果對應。

2.2.2 土體水平位移測量

（1）連接探頭和測讀儀。當連接測讀儀的電纜和探頭時，要使用原裝扳手將螺母接上。檢查密封裝置、電池充電情況（電壓）及儀器是否能正常讀數。當測斜儀電壓不足時必須立即充電，以免損傷儀器。

（2）將探頭插入測斜管，使滾輪卡在導槽上，緩慢下至孔底以上0.5m處。注意不要把探頭降到套管的底部，以免損傷探頭。測量自下而上地沿導槽全長每隔0.5m測讀一次。為提高測量結果的可靠度，每一測量步驟中均需一定的時間延遲，以確保讀數系統與環境溫度及其他條件平穩（穩定的特征是讀數不再變化）。若對測量結果有懷疑可重測，重測的結果將覆蓋相應的數據。

（3）測量完畢后，將探頭旋轉180°，插入同一對導槽，按以上方法重復測量，前后兩次測量時的各測點應在同一位置上；在這種情況下，兩次測量同一測點的讀數絕對值之差應小于10%，且符號相反，否則應重測本組數據。

（4）用同樣的方法和程序，可以測量另一對導槽的水平位移。

（5）側向位移的初始值應取基坑降水之前，連續3次測量無明顯差異之讀數的平均值。

（6）觀測間隔時間通常取定為3d.當側向位移的絕對值或水平位移速率有明顯加大時，必須加密觀測次數。

（7）RT-20MU型測斜儀配有RS-232接口，可以與微機相連，將系統設置與測量數據在微機與測斜儀之間傳輸。RockTest公司還開發有Acculog-X2000軟件系統，可以自動解釋測量數據，完成分析與繪圖輸出等內業工作。

（作者單位：上海綠地集團牡丹江置業有限公司）

（編輯 呂智飛）