建筑基坑監(jiān)測(cè)中位移監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

［關(guān)鍵詞］位移監(jiān)測(cè)技術(shù)；建筑基坑監(jiān)測(cè)；基準(zhǔn)點(diǎn)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)的背景下，可供使用的空間變得十分有限，為保證精神需求、生活需求得到滿(mǎn)足，建筑單位往往會(huì)選擇對(duì)地上及地下空間進(jìn)行拓展利用，高層建筑的數(shù)量逐漸增多，在此背景下，越來(lái)越多企業(yè)選擇對(duì)建筑基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)。與普通建筑相比，高層建筑施工的難點(diǎn)主要在于需要開(kāi)挖基坑，要想在保證施工進(jìn)度的同時(shí)，將基坑開(kāi)挖給附近既有建筑負(fù)面影響降至最低，關(guān)鍵是要對(duì)位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保現(xiàn)場(chǎng)人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在安全隱患，為基坑施工精密性提供保證。

1. 項(xiàng)目概況

某醫(yī)院計(jì)劃建造老年康復(fù)護(hù)養(yǎng)院，委托專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)建筑基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果表明，施工現(xiàn)場(chǎng)巖土層構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，由上至下分別是填土/粉土/細(xì)砂/中砂。施工區(qū)域的地下水為潛水，水位埋深在2.8～2.9 m之間，平均埋深為3.2 m。基坑支護(hù)標(biāo)高處于16.8～17.5 m這一范圍，平均標(biāo)高為17.1 m[1]。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)可知，每年地下水位的變化幅度在1.5 m左右。而作為典型的臨時(shí)項(xiàng)目，本項(xiàng)目要求施工方先確定基坑控制網(wǎng)圖（圖1），再按照網(wǎng)圖內(nèi)容對(duì)基坑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證基坑支護(hù)深度在13.2～14.3 m之間，與此同時(shí)，支護(hù)安全等級(jí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到一級(jí)。

2. 位移監(jiān)測(cè)技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 監(jiān)測(cè)儀器

目前，市面上可供選擇的監(jiān)測(cè)儀器數(shù)量及種類(lèi)極多，要想使監(jiān)測(cè)效果達(dá)到預(yù)期，關(guān)鍵是要立足實(shí)際，對(duì)符合項(xiàng)目特征、監(jiān)測(cè)需求的設(shè)備進(jìn)行選用[2]。在本項(xiàng)目中，需要用到表1列出的幾類(lèi)儀器：

2.2 監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.2.1 布置基準(zhǔn)點(diǎn)

在打沖孔灌注樁前，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)。本項(xiàng)目布設(shè)水平基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量為3個(gè)，各基準(zhǔn)點(diǎn)均有強(qiáng)制對(duì)中裝置對(duì)應(yīng)。沉降基準(zhǔn)點(diǎn)同樣為3個(gè)，2個(gè)是墻角水準(zhǔn)點(diǎn)，1個(gè)是現(xiàn)澆水準(zhǔn)標(biāo)識(shí)。

2.2.2 布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)

2.2.2.1豎向位移

在施工現(xiàn)場(chǎng)附近道路、建筑物周?chē)荚O(shè)315 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)道路/建筑物/基坑圍墻/基坑擋墻/基坑立柱的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)（表2）。地面布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所用工具為圓頭測(cè)釘，建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)所用工具為L(zhǎng)型沉降釘。

2.2.2.2水平位移

眾所周知，基坑圍護(hù)往往需要承受土體開(kāi)挖期間形成的土壓力、降水壓力和各類(lèi)荷載，這也決定了要想使基坑施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期，關(guān)鍵是要保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)可靠且穩(wěn)定。一般情況下，頂部位移監(jiān)測(cè)與沉降監(jiān)測(cè)均可共用監(jiān)測(cè)點(diǎn)，要求以壓頂布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為依托，對(duì)圍護(hù)頂部各處位移情況、存在差異加以了解，確保管涌、淺蝕流土等潛在危害能夠被盡早發(fā)現(xiàn)并得到消除，為圍護(hù)穩(wěn)定性提供保障。在本項(xiàng)目中，沿壓頂縱軸對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，保證相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距約為15 m，優(yōu)先在邊線中部、已出現(xiàn)明顯變形的陽(yáng)角還有攪拌樁接縫布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[3]。在新澆筑壓頂?shù)那‘?dāng)位置布設(shè)測(cè)量標(biāo)志。

2.2.2.3深層水平位移

勘測(cè)結(jié)果表明，施工現(xiàn)場(chǎng)最大位移出現(xiàn)在開(kāi)挖面周?chē)灰撇课簧疃扰c開(kāi)挖深度的關(guān)系為正相關(guān)。除特殊情況外，均可根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降方向、沉降深度，對(duì)其撓曲度及穩(wěn)定度進(jìn)行判定。測(cè)試原理如圖2所示：

在本項(xiàng)目中，通過(guò)預(yù)埋，對(duì)PVC測(cè)斜管進(jìn)行布設(shè)，使用自攻螺絲加固接頭，在接頭表面包裹密封膠布，為管口提供強(qiáng)有力的保護(hù)，避免管口受損。監(jiān)測(cè)所用測(cè)斜管的內(nèi)徑為70 mm，配有兩組互相垂直的導(dǎo)槽，用來(lái)對(duì)測(cè)試方位進(jìn)行控制。監(jiān)測(cè)期間應(yīng)保證一組導(dǎo)槽與基坑圍護(hù)垂直，另一組導(dǎo)槽與圍護(hù)平行。本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)測(cè)孔的總數(shù)為11個(gè)。

2.2.2.4裂縫監(jiān)測(cè)

對(duì)地表裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，使用金屬或油漆做好標(biāo)志。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在位置加以確定，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠直觀反映裂縫特征、變化趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)過(guò)程中進(jìn)行拍照記錄，為整理數(shù)據(jù)、生成表格等工作提供便利。

2.2.2.5應(yīng)力監(jiān)測(cè)

通常以擁有最大軸力的桿件作為應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在指定平面對(duì)軸力測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，這樣做的好處是能夠準(zhǔn)確把握布設(shè)支撐、受力和拆除期間支撐軸力與時(shí)間的關(guān)系，從而獲得曲線圖。在支撐端部頭側(cè)安裝軸力計(jì)（見(jiàn)圖3），通過(guò)焊接，加固活絡(luò)頭貼角、軸力計(jì)外殼的連接處，與此同時(shí)，使用圍焊的方法，對(duì)鋼牛腿貼角、軸力計(jì)進(jìn)行固定。安裝期間有兩點(diǎn)需要尤為注意，一是保證軸力計(jì)、鋼支撐軸線處于相同平面，二是維持零角度。

2.2.2.6圍墻傾斜測(cè)量

對(duì)圍墻進(jìn)行傾斜測(cè)量，通常指代墻體上下層傾斜度或墻體頂部與底部在垂直度方面的差異。一般情況下，應(yīng)將儀器配套標(biāo)志作為觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志，若現(xiàn)場(chǎng)不具備埋設(shè)標(biāo)志的條件，則可使用油漆進(jìn)行標(biāo)記，沿墻體對(duì)固定點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱(chēng)設(shè)置[4]。在本項(xiàng)目中，設(shè)置了16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用來(lái)對(duì)圍墻傾斜程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2.2.7監(jiān)測(cè)地下水位

考慮到基坑施工需要在坑內(nèi)進(jìn)行降水，導(dǎo)致基坑內(nèi)外的地下水位差異十分明顯，止水帷幕能否發(fā)揮應(yīng)有作用，通常會(huì)對(duì)附近環(huán)境造成深遠(yuǎn)影響，對(duì)地下水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)的重要性有目共睹，可以說(shuō)，只有做到實(shí)時(shí)觀測(cè)地下水位，才能準(zhǔn)確把握基坑降水效果，進(jìn)而對(duì)圍護(hù)結(jié)果隔水效果進(jìn)行科學(xué)且可靠的判定。

2.2.3 觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)

本項(xiàng)目要求基于二等邊角網(wǎng)對(duì)水平基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，技術(shù)要求如下（表3、表4）：

2.2.4 觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

2.2.4.1豎向位移

前期準(zhǔn)備階段，在恰當(dāng)區(qū)域埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，待基準(zhǔn)點(diǎn)狀態(tài)趨于穩(wěn)定正式投入使用。對(duì)沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)做到定期聯(lián)測(cè)，根據(jù)聯(lián)測(cè)結(jié)果制定保護(hù)方案，為基準(zhǔn)點(diǎn)具有穩(wěn)定性提供保障。聯(lián)測(cè)要點(diǎn)如下：以Dini03水準(zhǔn)儀為主要工具，以一級(jí)要求為依據(jù)，基于閉合水準(zhǔn)路線展開(kāi)聯(lián)測(cè)工作。使用現(xiàn)有軟件快速且準(zhǔn)確地計(jì)算觀測(cè)平差，確保閉合差在-0.3 N～+0.3 N 之間（N代表測(cè)站數(shù)量）。

2.2.4.2水平位移

本項(xiàng)目使用TS30全站儀觀測(cè)水平位移情況，觀測(cè)期間需要用到設(shè)站法和極坐標(biāo)法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是以獨(dú)立坐標(biāo)系為參照物，先分兩次對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)差值進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果。為保證結(jié)果準(zhǔn)確，如下操作：一是提前將儀器轉(zhuǎn)移到陰涼地進(jìn)行預(yù)熱。二是布設(shè)儀器期間，應(yīng)通過(guò)打傘遮陽(yáng)，避免儀器暴露在陽(yáng)光下。三是保證儀器所在區(qū)域不存在干擾因素或振動(dòng)的可能。四是待精平工作告一段落，先后對(duì)3個(gè)基點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，若定向檢核結(jié)果滿(mǎn)足行業(yè)要求，便可著手準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5：

通過(guò)分析可知，項(xiàng)目水平位移變化量、變化速度均符合行業(yè)規(guī)定。

2.2.4.3深層水平位移

基坑土體應(yīng)力會(huì)隨著開(kāi)挖深度的增加而變化，深部土體、圍護(hù)出現(xiàn)水平位移難以避免。對(duì)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，將檢測(cè)儀探頭勻速滑至管底，每隔0.5 m記錄一次數(shù)據(jù)（即A0），隨后，將探頭順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，將測(cè)量所獲數(shù)據(jù)記為A180）[5]。再按照公式（1）對(duì)各段位移進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)累計(jì)位移對(duì)水平位移數(shù)值進(jìn)行推算。

在該公式中，Lsinθ代表各段位移。A0、A180均代表測(cè)定所得數(shù)據(jù)。

2.2.4.4裂縫監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目基坑附近存在裂縫，因此，需要對(duì)裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，先使用鋼尺、游標(biāo)卡尺或是直尺，對(duì)標(biāo)志間距進(jìn)行確定，對(duì)裂縫變化值加以確定。在讀數(shù)過(guò)程中拍照記錄現(xiàn)場(chǎng)情況。前往現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展測(cè)量工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)如實(shí)記錄各項(xiàng)讀數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)照片作為主要依據(jù)，避免由于人為失誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤或是出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題。

2.2.4.5應(yīng)力監(jiān)測(cè)

應(yīng)力監(jiān)測(cè)對(duì)象首選擁有最大軸力的桿件。在支撐端部相對(duì)活絡(luò)的一側(cè)安裝軸力計(jì)，既要保證軸力計(jì)、鋼支撐軸線完全重合，還要保持零度角，避免偏心給監(jiān)測(cè)結(jié)果造成不良影響。對(duì)各點(diǎn)頻率進(jìn)行如實(shí)記錄，運(yùn)用公式（2）對(duì)軸力進(jìn)行計(jì)算：

在該公式中，F(xiàn)代表軸力。K代表標(biāo)定系數(shù)，單位是KV/Hz2。fo代表初始狀態(tài)下傳感器零位數(shù)值，單位是Hz。fi代表測(cè)量值，單位同樣是Hz。

2.2.4.6圍墻傾斜測(cè)量

使用TS30全站儀觀測(cè)圍墻傾斜情況。先確定與傾斜方向的位置關(guān)系為正交的線，再在該方向線恰當(dāng)位置布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，保證觀測(cè)點(diǎn)所在高度與目標(biāo)高度之比在1.5：1左右。準(zhǔn)確標(biāo)記點(diǎn)位，確保每次開(kāi)展觀測(cè)工作依托點(diǎn)位完全相同。前期準(zhǔn)備階段，對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試。采集數(shù)據(jù)期間，應(yīng)先導(dǎo)入監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)，再對(duì)底部、頂部進(jìn)行對(duì)稱(chēng)采集，保證采集所獲數(shù)據(jù)具有實(shí)際意義[6]。

2.2.4.7監(jiān)測(cè)地下水位

對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖施工期間，通常需要大范圍降水。在完成埋設(shè)水位管的工作后，應(yīng)定期對(duì)水位面進(jìn)行測(cè)試，對(duì)水位面穩(wěn)定性加以明確，若連續(xù)數(shù)次測(cè)試所得數(shù)據(jù)基本一致，則可著手準(zhǔn)備測(cè)量原始水位高程，基于二級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)確定水位孔管口的高度，基于鋼尺水位計(jì)確定地下水位的深度，為計(jì)算提供便利[7]。

確定管口高度后，通過(guò)鋼尺水位儀對(duì)水位管內(nèi)部水深進(jìn)行測(cè)量，方法如下：將探頭緩慢放入水面，記錄探頭與水面初次接觸時(shí)的數(shù)據(jù)，勻速拉出探頭，記錄探頭離開(kāi)水面時(shí)的數(shù)據(jù)[8]。反復(fù)兩次后，對(duì)平均值進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果便是水面深度。可用來(lái)計(jì)算水位參數(shù)的公式為：

在上述公式中，h水表水位高程。h孔口代表管口高程。h深代表地下水位的深度。dh水i 代表當(dāng)前水位。DH水I 代表水位累計(jì)變化。

2.2.5 發(fā)布監(jiān)測(cè)預(yù)警

施工方以設(shè)計(jì)方案所提要求為依據(jù)，將監(jiān)測(cè)報(bào)警值確定如下（表6）：

3. 結(jié)論

綜上，對(duì)基坑進(jìn)行開(kāi)挖期間，應(yīng)給予基坑監(jiān)測(cè)充分重視，密切關(guān)注基坑位移情況，避免出現(xiàn)問(wèn)題。應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)情況為依據(jù)，對(duì)切實(shí)可行的監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行制定，充分利用現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備和方法，有序開(kāi)展位移監(jiān)測(cè)等工作，對(duì)監(jiān)測(cè)誤差嚴(yán)加控制。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整施工方案，為項(xiàng)目施工速度及質(zhì)量提供有力保障。