深基坑變形監測技術研究

鄭之宏

（安徽省城建設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

以某建筑工程項目為例，需要建造一個總面積約13萬平方米的兩層地下室。總體上呈四邊形分布，項目比較規整。基坑周長為688.7m，基坑開挖深度大致在9.0m到14.9m的范圍內，基坑支護等級為一級標準。變形監測內容是根據規范、設計要求和工程實際情況確定的。

1 深基坑變形監測內容分析

1.1 對基坑頂的水平位移監測

變形監測工程主要內容有基坑頂面水平位移和垂直位移、樁身的傾角測量，另外還不包括樁周應力計周圍的道路沉降監測，其中的重點監測內容是基坑上部水平位移。在監測基坑點的水平位移時，要注意高度保證觀測數據的可靠性，應每隔一至三個月進行一次監測，當參考點的穩定性受到質疑時，也需要對其進行監測。監測工作的進行，要盡量在適當的時候，保證參考點的穩定性，選擇與初始觀測相同的路線，使用相同的觀測方法和相同的限值為初始觀測值。如果得到的檢測結果與初始值相比有變動，對不穩定點的坐標應及時修改，從而獲得高度準確的觀測結果。對于觀測點，分別在基本工作點設置觀測站，用極坐標法求出各觀測點的側向角。每個差分限值的要求如下：1）每個站有兩個觀測環；2）測量距離：兩個往返測量環，測量限值為3mm，單程測量環的測量限值為4mm，往返差測量限值為6mm；3）全站儀標稱角測量精度為0.5′，半量回歸的零誤差限值為3′，回路中2C的互誤差限值為5′，同方向各回路的互誤差限值為3′。

1.2 對基坑頂的豎向位移監測

監測基坑頂部的垂直位移基準點，觀測采用閉環調平的形式，其精度應符合《建筑結構變形測量規范》中2016二級準確度，需每間隔1到3個月進行一次基準點穩定檢測，從而保證觀測數據的高度可靠性［1］。當對基準點的穩定性有疑問時，應及時檢查，使用相同的路徑、相同的觀察方法和相同的邊界作為初始值。如果檢測結果發現參考點有變化，應及時糾正不穩定點的高程，以確保觀測結果的準確性。觀測技術的要求和限制如下：1）往返誤差、接合或閉合誤差應±1.0mm。2）水準控制點各站高差平均誤差為±0.5mm。第一次觀測采用閉合水準線或附著水準線進行往返測量，以兩次觀測的中高差為基礎進行調整，以達到平差的目的。

1.3 樁身斜側方向的監測

當監測圍護結構的側向位移時，應將帶有導向槽的PVC斜管放置在鋼筋籠上，鋼筋籠位于基坑圍護地下鉆孔的灌注樁上。PVC斜管的直徑為70mm，管內設有兩組相互成90°的縱向導槽。導向槽會深刻影響測試的方向和位置，在埋設斜PVC管時，應確保一組導向槽垂直于外殼體，而且另一組導槽也要與基坑壁平行，在監測側向位移時，將測斜儀探頭沿導槽慢慢放在孔底，然后按照從下到上的順序，緩慢測量不同高度上X方向的位移，需要每隔0.5m就設置一個測量點。根據上述方法，監測開挖基坑各監測點的原始位移值。基坑開挖過程通過比較每個監測點的監測結果與位移值，可以計算出監測點的位移。采用這種方法來控制橫向位移，鉆洞必須用鉆孔法。需要埋設直徑為70mm 的PVC 斜管，鉆孔時孔的直徑應為110mm，將PVC斜管放入孔內后需要填充以確保周圍的密實度達到標準要求。同時，還必須密封噴嘴，以防止濕氣進入管道。

1.4 其他監測內容

深基坑變形監測還包括樁身應力監測，樁身鋼筋制作過程中監測支撐樁內力，應用主筋焊接鋼筋應變儀埋設方法進行測量，將內力監測單元嵌入相應的施工過程中，在開挖前獲得穩定的初始值。深基坑應變形監測包括基坑周圍地表垂直位移監測，監測的位置應該在基坑斷面中心及其它有代表性的部位。監測剖面應垂直于井口邊緣，每個井口的監測點數量應不小于5。深基坑變形監測包括對周圍建筑物沉降的監測，在建筑物的四個角分別設置監測點，沿外墻每隔10-15m設置一個監測點，或每隔2-3根柱基設置一個監測點。控制點應設置在不同地基或基礎的分界點上。

2 監測采用的方法及精度控制

2.1 采用小角法

在監測樁頂水平位移和豎向位移時，采用小角度法和全站儀法進行測量。把棱鏡的頂部直接焊接在梁頂壁上，以減小偏心誤差。使用小角度法進行測量，需要一個更好的后視點位置，每個監測點偏離基準線的角度不得超過30°，當確定后視位置時，首先通過全站儀的設置確定后視點的方位，然后構造對準中墩作為后視點。

2.2 偏差值計算

就水平位移的計算而言，在測量時采用的是小角度法現場進行角度的測量，工作基點A位于基坑側邊線的延長線上，施工測量時，應將測量儀器安裝在施工現場的A點，將棱鏡安裝在監測點P的位置上，B點作為測量控制點。AB線是零參考線，BAP前后兩次測量的角度可得到兩次測量結果的角度變化量，然后根據以下公式計算偏差值：其中Lp代表的是位移變化量，單位是mm；αρ為角度變化量；Sp代表的是從測量點到基本監測點的距離，單位是mm；ρ代表的是角度常數，該常數值為206265。

3 處理監測數據并反饋

3.1 監測信息的收集

在整個監測工作中，重點和核心內容是深基坑現場的信息采集，應當在測量點規范埋設儀器，在此基礎上要保證操作的規范化和讀數的合理性，這將直接影響到儀器所測量數據是否科學準確。現場監測工作一般包括以下幾個方面，一是埋設監測點，二是保護監測點，三是采集測量前的初始值，四是日常的監控活動，主要有維護監控點，做好現場的巡視工作。

3.2 監測信息的處理

深基坑變形監測所獲得的信息涉及水平位移信息，包括上部擋土墻、深層擋土墻、結構柱，此外還有上部擋土墻的垂直位移、結構柱的豎向位移、支撐軸力、基坑底標高、土壓力、孔隙水壓力、地下水位及地表沉降。上述監測內容共有11項。需做好原始觀測數據的可靠性檢驗工作，觀測儀器性能是否穩定、正常；測量數據的偏差是否在規定的范圍內。錯誤數據大致可分為三種，一種是觀察誤差，這是由于測量人員的工作失誤而導致。第二種是偶然誤差，也稱為隨機誤差，偶然誤差是指施工人員在測量工作中受到不可控因素的影響，可以在后面的處理中用常規的理論分析這一類的錯誤［2］。第三種是系統誤差，在系統中，通常由儀器結構和測量工作中的環境因素引起，可以通過在施工測量工作中對儀器進行校正來有效消除這一類的誤差。對監測信息的處理應遵循兩個原則，一是盡快計算和處理外部監測數據，及時向第三方監測單位提交，形成每日、每周報告，并對相關監測技術報告進行分類。

3.3 計算單次變形量和累計變形量

從實際的測量情況來看，所獲得的深基坑變形數據大多呈現出較為明顯的收斂性，這深刻影響到對基坑變形規律與施工期關系的分析。在實施深基坑變形監測的工作時，應定期采集數據，并與以前的監測數據進行比較，以計算單次變形量和累積的變形量。在對數據進行處理時，需要以累積的變化量和時間軸為依據，構造S-T曲線，采用灰色GM （1，1）模型，也可以采用多元回歸方法對基坑的短期變形進行有效的預測，并對數據進行相應的分析。以基坑監測點S-T曲線為依據，并按規定范圍評價基坑的穩定性。如果發現監測數據中存在一些異常的數據信息，則應將異常數據與容差數據進行比較。當確定變形有異常時，就立即發出警報。基坑施工階段及監測點分布、變形速率差異明顯，基坑開挖初期變化量較大，后期趨于穩定，而受應力影響，基坑中部的形變量一般略大于基坑邊角處的形變量，但基坑監測與基坑開挖深度、基坑工程等級、變形速率密切相關，當變形速率較大時，應加大監測頻率的密度。

3.4 監測數據應用效果

總體而言，變形監測系統在整個項目建設中占有重要地位。由于項目工程是非常復雜的，在設計和評價中往往無法充分考慮施工過程中可能出現的問題，而變形監測系統的應用則可以更好地保證施工全過程的信息化水平，對施工技術進行不斷優化，同時不斷改進施工技術，實現對各種施工質量問題的有效規避，使得整個項目工程順利竣工。合理應用變形監測系統，可實現監測數據的實時采集，有效處理監測數據，及時反饋，為后續的施工活動提供指導性意見。實現信息化施工，保證基坑開挖的進度與計劃相符［3］。控制變形監測應用的時間間隔，定期采集數據，每次能完成對30個以上監測點的數據采集，不斷擴展結構，分布式監測信號傳輸可靠性高，數據傳輸效率高，根據監測點的數量不同，系統可以完成所有監測點的數據采集，同時采集時間最短為30秒。應用變形監測系統，監測前的設計將直接影響到監測工作的成效，水準線的長度和監測點的位置等因素將直接決定監測效果，假設線路過長，也一定會引發管道和電纜連接過長的問題，這會直接影響到監控系統的測量精度和所得數據的可靠性。

4 結語

深基坑變形監測內容包括對基坑頂的水平位移監測、對基坑頂的豎向位移監測、樁身斜側方向的監測，另外還有其他的監測內容。監測采用的方法是小角度法，并采用計算偏差值的方法實現精度控制。在處理監測數據并反饋信息的工作中，需要計算單次變形量和累計變形量，并注意合理把握監測的時間和方法，確保所獲得數據的實用性和準確性。