深基坑變形監測的分析和研究

摘要：探討深基坑監測所涉及的監測項目以及信息法施工測量在深基坑施工中的應用。通過具體項目的分析，對深基坑監測技術進行探討。

關鍵詞：深基坑 變形監測 傾斜監測 信息法施工測量

0 引言

變形監測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現象進行持續觀測、對變形體變形性態進行分析和變形體變形的發展態勢進行預測等的各項工作。其任務是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態和時間特征。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有深基坑、大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。變形監測的首要目的是要掌握變形體的實際性狀，科學、準確、及時的分析和預報變形體的變形狀況，對工程建筑物的施工和運營管理極為重要。變形監測涉及工程測量、工程地質、水文、結構力學、地球物理、計算機科學等諸多學科的知識，它是一項跨學科的研究，并正向邊緣學科的方向發展。這里主要通過某鋼鐵企業熱軋深基坑變形監測的實例對變形監測技術進行分析和研究。

1 項目背景

鋼鐵產業作為國家的支柱產業，隨著國民經濟的發展和規劃，淘汰落后產能，加速各鋼鐵企業重組和并購。其改造越來越頻繁。施工建設項目也越來越多。其中深基坑項目更是比比皆是。該項目深基坑位于某鋼廠熱軋主車間B-C跨，立柱31#-39#線之間，平面尺寸約為12500mm×52900mm。開挖基坑東西兩側有高架行車軌道，位于基坑西側的5個行車立柱（編號為31#-39#）是最容易受開挖影響的基礎，應作為重點進行監測。基坑的圍護結構形式為，場地南、北、西三面用于擋土的是人工挖孔樁排樁，樁徑1000mm，樁長15.5m－17m，排樁頂部加做鋼筋混凝土冠梁，基坑東西方向加支撐鋼管進行支護，基坑形狀呈近似矩形，北側開挖深度為－9.8m，南側開挖深度為－8.3m，總開挖面積約為661.2m2。基坑采用采用人工挖孔灌注排樁和冠梁支護。該項目變形監測的精度等級為二級。監測主要目的是對地面建構筑物和坑邊土體，特別是對行車立柱的變形情況進行監測，確保煉鋼生產的正常進行。

2 深基坑監測與實施的方法

2.1 按現場情況，此項目監測的基本內容為：①支護結構及行車立柱的垂直沉降監測；②支護結構及行車立柱的水平位移監測；③行車立柱的傾斜監測；④支護結構的深層側向位移監測；⑤支撐軸力監測。（注意：如果周邊有其他建筑物，則還要對其他建筑物進行水平位移、垂直位移、傾斜、撓度和裂縫觀測。）

2.2 根據該工程支護設計及基坑周圍環境，監測項目和監測點可布置如下：①監測深層側向位移的專用測斜管均埋設在支護排樁墻體內，根據支護結構受力原理，西測選4樁，南北兩側各選1樁，共選6處。測管編號為CX1-CX6；②軸力測試點分別設在基坑東西方向5個支撐鋼管的端點上，共安裝5個軸力傳感器。編號為ZL1-ZL5；③行車支柱傾斜觀測5點（Z1～Z5）；④行車支柱基礎沉降觀測5點（J1～J5）；⑤行車支柱基礎水平位移觀測5點（W1～W5）；⑥基坑支護結構水平位移及沉降觀測8點（S1～S8）。

2.3 深層側向位移測斜管捆扎在支護樁主筋上，定向準確，緊固可靠，深達井底。測斜管口做好測試標記，要求清淅耐久，容易識別；軸力計的安裝應先將軸力傳感器支架與支撐鋼管（Φ600mm）串連焊接，使軸力計支架園筒與支撐鋼管同軸對中。把軸力傳感器裝在支架園筒內，用螺絲定位，與支撐鋼管形成一體，再整體吊起裝于支撐部位；用于垂直沉降觀測基準的水準基點必須設在開挖場地外圍相對穩定、不受開挖場地周邊影響而以便于進行觀測的地方設定；準基點及位移、沉降觀測均按《建筑變形測量規范》（JGJ8-2007）中的二級變形測量要求執行。

2.4 監測儀器的選型與精度必須滿足下列要求：①深層側向位移監測儀器采用的儀器要求技術成熟，性能穩定，不受環境保護因素干擾，測試精度不低于0.1mm/500mm。②軸力計要求測量范圍不低于0-1500KN。③水平位移監測采用的全站儀精度不低于DJ1型全站儀，標稱精度不低于為1″/１mm+2ppm。④垂直位移監測采用的水準儀精度不低于DS1型。⑤傾斜觀測讀數采用的坐標儀觀測誤差不超過1mm，觀測中數取值到0.1mm。

2.5 垂直位移采用精密水準測量方法施測，在施工區外埋設三個水準基點（可利用已有點）作為沉降觀測的高程基準。每隔一定時間對三個基準點進行穩定性檢測和判斷。再以此三點為基準對各垂直位移監測點進行監測。監測時水準路線的閉合差不超過1.0*√n（n為測站數）。

2.6 根據現場的通視條件，布設4個基準點(RZ3、RZ4、K7、K6)和2個工作基點（K8、K1），施工的前、中、后期，利用基準點對2個工作基點進行適當次數的穩定性檢測。在工作基點上采用極坐標法對各監測點進行水平位移觀測。每個點用正、倒鏡觀測各3次（直接讀取坐標），正、倒鏡坐標校差不得超過±2mm，取其中數作為本次觀測值。

2.7 傾斜觀測采用正垂線法。用直徑約0.9mm的不銹鋼絲錨固于五根行柱上端，下端懸掛約20kg的重錘。為減小讀數時因重錘晃動帶來的誤差，下端用于穩定重錘的油箱中應裝有粘性小，不冰凍的液體。在底部觀測墩上安置坐標儀按周期測出各點各個方向的變化量。上下標志高差量至0.1m，每次用坐標儀量取兩個分量（ｘ、ｙ），每點每次觀測讀數6次，讀數較差不超過1mm，中數取至0.1mm。

2.8 深層側向位移監測測時在斜管口做好測試標記，測試儀器沿測斜管導槽逐米放入管內，以孔口標記為基準，每米測一次，直至孔底。每次測試結果與前次比較，得出變形測量數據。

2.9 支撐軸力監測是通過用“鋼弦式傳感器測試儀”對安裝在支撐部位的軸力計進行測試獲取其頻率值，再根據公式P=K（f0-f測）算得各點軸力值。

2.10 各監測項目在基坑開挖前測定初始數據，不少于兩次；為了確保施工安全及軋鋼生產的正常進行，本工程采用信息法施工，即根據監測提供的變形值來決定基坑開挖的進度，隨時予以調整。每次觀測完畢后，經過計算、檢查和校對，在24小時之內，及時向監理和甲方提交各項監測報表；開挖初期約每2天觀測一次，開挖后期約每1天觀測一次，回填過程中約每3天觀測一次。

2.11 工程設定警戒值和搶險值，如果開挖過程中出現異常情況，應及時通知相關人員，并立即采取緊急應對措施。

2.12 此類變形監測工程至少要配備作業人員4名，其中至少有一名工程師或者高級工程師。全站儀至少配備一臺1秒級全站儀。水準儀至少配備一臺DS1級以上水準儀。工作中應及時向監理和甲方提交各項監測報表，如果發現變形量較大或者接近甚至到達警戒值，一定要馬上進行再次檢測，確保觀測數據和計算處理的準確性。并立即通知業主，使業主實時掌握基坑變形情況，及時召集各方人員調整基坑開挖進度和及時采取相應措施。

3 深基坑監測的變形分析

工程進行過程中要及時對變形監測數據進行處理，數據處理完成后，應繪制相應變形曲線圖，并結合曲線對整個變形過程和態勢進行分析。當變形體上所有觀測點或部分觀測點的變形狀況總體一致時，可利用這些觀測點的平均變形量建立相應的數學模型進行分析。當各觀測點變形狀況差異大或某些觀測點變形狀況特殊時，應對各觀測點或特殊觀測的觀測點分別建立數學模型進行分析。本工程的傾斜變形、垂直位移和水平位移分析初步表明，除了Q3～Q5（即35#～31#立柱）傾斜變形累計量較大和Q4（33#立柱）垂直位移累計量較大（均小于限差）外，其余傾斜、水平位移或垂直位移量都很小，處于正常彈性變形狀態。隨著工程的逐步竣工，其傾斜、垂直位移、水平位移速率越來越小，其變形趨勢逐漸消失。通過對該基坑深層水平位移和支撐軸力監測資料的分析，各測點水平位移變化幅度均小于2mm，個別點某天達到3mm，均未達到報警值。軸力測試值均從初始預應力開始大多逐漸減小，基坑開挖期間有的軸力雖有上升，少數高于預施應力。ZL3最大值為232 KN。挖土過程中軸力沒有顯著增加，多數呈下降趨勢，也從側面說明圍護結構穩固，水平位移就不會出現大的變化。

4 結論

分析結果顯示：基坑開挖過程中圍護結構位移微小，是由于采用了大口徑、超過挖掘深度達8m的排樁作連續擋土墻，使基坑施工及周邊生產設施得以正常安全運行。通過對基坑的跟蹤監測，使得工程能夠安全順利地進行，為基坑工程如期竣工起到了很好的“監護”作用，同時，也為熱軋廠的行吊走行線的安全生產提供了保障；這種信息法施工測量對整個工程具有不可忽視的實際指導意義。