高層建筑基坑工程變形監(jiān)測探討

周海峰 李海文

廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 高層建筑基坑工程變形監(jiān)測的目的

高層建筑基坑變形監(jiān)測，就是通過對所觀測基坑的變形量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)基坑的安全隱患，危害程度，從而達(dá)到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理，確?；蛹叭说纳敭a(chǎn)安全。在高層建筑基坑工程變形監(jiān)測中，一旦監(jiān)測發(fā)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形異常，立即向業(yè)主和施工方發(fā)出警報，基坑施工方應(yīng)立即調(diào)整施工方案或做好加固措施。同時，通過對基坑變形監(jiān)測，掌握變形大小、速率，分析產(chǎn)生的原因，數(shù)據(jù)變化規(guī)律，達(dá)到驗(yàn)證設(shè)計是否合理，為今后建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和地基基礎(chǔ)設(shè)計積累經(jīng)驗(yàn)。

2 高層建筑基坑工程變形監(jiān)測方案的編制原則

監(jiān)測人員在基坑監(jiān)測之前必須針對基坑的實(shí)際情況制定詳細(xì)的監(jiān)測方案。基坑監(jiān)測方案的內(nèi)容大致包括基坑的概況、基坑監(jiān)測的依據(jù)、基坑的安全級別、基坑監(jiān)測的項(xiàng)目、基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測點(diǎn)的布置、檢測方法及精度、監(jiān)測人員及主要儀器設(shè)備、監(jiān)測頻率、監(jiān)測報警值、出現(xiàn)險情的監(jiān)測預(yù)案、監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄及處理方法、監(jiān)測信息的反饋制度等。對于地質(zhì)和環(huán)境復(fù)雜，周邊有歷史文物、重要古建筑、地鐵、隧道或管線、嚴(yán)重事故，重新組織施工的基坑必須組織專家進(jìn)行方案論證。總之，編制方案要詳細(xì)，監(jiān)測項(xiàng)目要全面，監(jiān)測方法要得當(dāng)，檢測人員要專業(yè)、儀器設(shè)備要滿足相應(yīng)等級精度要求，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)布點(diǎn)要均勻，監(jiān)測頻率要恰當(dāng)，報警值要準(zhǔn)確。同時，基坑監(jiān)測方案還應(yīng)上報業(yè)主、設(shè)計單位及質(zhì)量管理部門認(rèn)可，確保監(jiān)測方案具有針對性和可操作性，能準(zhǔn)確反映基坑的變形情況。

3 高層建筑基坑工程水平位移監(jiān)測網(wǎng)、觀測點(diǎn)的建立及監(jiān)測方法

基坑水平位移監(jiān)測首先要建立水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)，控制網(wǎng)一般由3～4 個基準(zhǔn)點(diǎn)組成，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在基坑開挖影響范圍以外，一般應(yīng)選在基坑開挖深度3倍以外的非變形區(qū)，基準(zhǔn)點(diǎn)之間組成閉合環(huán)，采用四等導(dǎo)線網(wǎng)精度進(jìn)行測角、測邊，連續(xù)觀測3次，利用平差軟件進(jìn)行導(dǎo)線計算，取平均值作為水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)初始值。坐標(biāo)可以國家點(diǎn)聯(lián)測，也可以建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。其次是建立基坑水平位移監(jiān)測點(diǎn)，根據(jù)規(guī)范要求，監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)埋在冠梁頂部，沿基坑周邊布置，在周邊中部、陽角處應(yīng)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)水平間距不宜大于20m，每邊監(jiān)測點(diǎn)數(shù)目不宜少于3 個。水平位移監(jiān)測應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件，采用全站儀測量、衛(wèi)星導(dǎo)航定位測量、激光測量或近景攝影測量等方法?；禹敳克轿灰票O(jiān)測頻率的確定，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）表7.0.3，例如某基坑安全級別為一級，設(shè)計開挖深度12m，監(jiān)測頻率應(yīng)符合表1規(guī)定。

表1

4 高層建筑基坑工程豎向位移監(jiān)測網(wǎng)、監(jiān)測點(diǎn)的建立及監(jiān)測方法

基坑頂部豎向位移監(jiān)測首先要建立基準(zhǔn)點(diǎn)控制網(wǎng)，基坑豎向位移基準(zhǔn)點(diǎn)一般與水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)共用，采用二等水準(zhǔn)測量方法連續(xù)觀測3次，平差后取平均值作為基準(zhǔn)點(diǎn)的豎向位移初始值。其次是建立基坑豎向位移監(jiān)測點(diǎn)，基坑豎向位移監(jiān)測點(diǎn)一般與水平位移監(jiān)測點(diǎn)共用?；迂Q向位移監(jiān)測應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)條件，采用水準(zhǔn)測量、靜力水準(zhǔn)測量或三角高程測量等方法。基坑頂部豎向位移監(jiān)測頻率與頂部水平位移監(jiān)測頻率相同，此處不再重復(fù)。

5 高層建筑基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)或土體深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)的建立及監(jiān)測方法

為了掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)或土體內(nèi)部微小變化，及時掌握基坑受到的側(cè)向壓力有多大，對基坑安全是否產(chǎn)生不良影響。必須對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)或基坑周邊土體進(jìn)行深層水平位移監(jiān)測。深層水平位移監(jiān)測，首先要埋設(shè)測斜管，測斜管的長度不能小于支護(hù)結(jié)構(gòu)的深度，如果是埋設(shè)在土體中，測斜管的長度不宜小于基坑開挖深度的1.5 倍。埋設(shè)測斜管時，要注意把管底密封，防止泥沙倒灌到管子里，鉆孔與測斜管之間縫隙用細(xì)沙填充密實(shí)；在埋設(shè)時注意把一對導(dǎo)槽的方向與所測量的位移方向保持一致，即對準(zhǔn)基坑方向，同時要做好管口保護(hù)裝置，防止管口遭到破壞或雜物堵塞。其次是現(xiàn)場觀測，采用測斜儀分段采集，一般按照500mm 采集一點(diǎn)，從底部向上采集，首次連續(xù)采集3 次，取平均值作為該孔的初始值。第二次現(xiàn)場觀測時，測斜儀同樣從底部原來位置開始采集，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)或土體產(chǎn)生變形，測斜儀會根據(jù)導(dǎo)輪產(chǎn)生的傾角和固定采集的高度自動計算該點(diǎn)的位移量，每個點(diǎn)位移量計算公式為Δi=Li×sinθi，如圖1所示。

圖1

6 高層建筑基坑工程地下水位監(jiān)測點(diǎn)的建立及監(jiān)測方法

水位監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)沿基坑周邊、被保護(hù)對象（如建筑物、地下管線等）周邊或在兩者之間布置，監(jiān)測點(diǎn)間距宜為20m～50m。相鄰建（構(gòu)）筑物、重要的地下管線或管線密集處應(yīng)布置水位監(jiān)測點(diǎn)；如有止水帷幕，宜布置在止水帷幕的外側(cè)約2m處。水位監(jiān)測管的埋置深度（管底標(biāo)高）應(yīng)在控制地下水位之下3m～5m。采用鉆孔法埋設(shè)水位管，水位管管壁開有滲水孔，在下沉之前要使用紗布把水位管纏繞，管底要密封，防止沙子泥漿進(jìn)入管內(nèi)，鉆孔與水位管之間縫隙用細(xì)沙填充，管口做好保護(hù)裝置，防止管口遭破壞或雜物堵塞管口。水位管埋設(shè)完成后，利用水準(zhǔn)儀聯(lián)測基準(zhǔn)點(diǎn)，嚴(yán)格測出管口標(biāo)高WO。地下水位采用水位儀觀測，將水位儀緩緩放入水位管中，當(dāng)碰到水面時接收機(jī)會發(fā)出蜂鳴聲，上下多放幾次，準(zhǔn)確讀出水位儀繩子上的讀數(shù)，記錄水位儀深度Wi，根據(jù)公式W=WO-Wi（W代表本次水位標(biāo)高，WO代表管口標(biāo)高，Wi代表本次水位儀深度），地下水監(jiān)測如圖2所示。

圖2

7 高層建筑基坑工程變形常見監(jiān)測項(xiàng)目報警值

根據(jù)基坑的支護(hù)類型不同，各級別基坑監(jiān)測報警值大小各不相同，現(xiàn)以某一級基坑為例，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)類型為灌注樁，其各項(xiàng)監(jiān)測報警值應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2

8 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

每期基坑監(jiān)測項(xiàng)目完成后，要及時對各項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，首先依據(jù)測量誤差理論和統(tǒng)計檢驗(yàn)原理對獲得的觀測數(shù)據(jù)及時進(jìn)行平差計算處理，并計算出各期的變形量；其次要對監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行變形分析，當(dāng)兩期的變形量符合公式時，可以認(rèn)為兩期之間沒有變形或變形不顯著：Δ ＜2μ Q（其中Δ表示兩期間的變形量，μ 表示單位權(quán)中誤差，可取兩期平差單位權(quán)中誤差的算術(shù)平均值，Q表示監(jiān)測點(diǎn)變形量協(xié)因數(shù)）；再其次就是對各項(xiàng)目多期變形觀測成果建立反映變形量與變形因子關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，對引起變形的原因作出分析和解釋，必要時還應(yīng)對變形的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)報。

9 結(jié)束語

總之，要做好高層建筑基坑工程變形監(jiān)測，要從監(jiān)測方案入手，制定好各個監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)及監(jiān)測方法，明確各監(jiān)測項(xiàng)目的報警值，每期監(jiān)測結(jié)束，要及時處理數(shù)據(jù)，對監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，同時還要建立變形量與變形因子關(guān)系數(shù)學(xué)模型，對基坑引起變形的原因做出分析和解釋，必要時還要對變形的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)報，確?；庸こ淘谑┕み^程中的安全穩(wěn)定，同時確保高層建筑地下室施工安全。