鄭州某深基坑工程的水平位移監測技術

許紅升 王 剛 任勝偉

深基坑工程變形監測工作是實現工程信息化施工的手段，可以利用監測到的信息指導基坑支護施工，及時對支護設計方案進行合理化調整。基坑邊坡土體水平位移監測是變形監測工作中的一項主要內容，也是判斷基坑邊坡所處狀態的重要依據。鄭州市某深基坑工程，東西長88 m，南北寬85 m，設計開挖深度11.4 m。場地工程地質條件較差，地下水埋深淺，周邊環境條件復雜，基坑施工過程中按規范和設計要求對基坑水平位移進行監測。

1 水平位移監測點布置與監測設備選型

本工程根據基坑特征和場地周邊環境情況，沿基坑四周設置8 個水平位移監測點，分別是:CX-1，CX-2，CX-3，CX-4，CX-5，CX-6，CX-7，CX-8。坑壁土體水平位移監測采用高精度測斜儀測定，測斜儀是一種可以精確測量不同深度處土層水平位移的工程測量儀器，測斜系統由測斜管、測斜探頭、數字式測讀儀三部分組成。測斜管在基坑支護水泥土樁施工過程中安放到預定深度(25 m)。測斜管內有四條十字形對稱分布的凹型導槽，作為測斜探頭滑輪上下滑行軌道。測量時，使測斜探頭的導向滾輪卡在測斜管內壁的導槽中，沿槽滾動將測斜探頭放入測斜管，并由引出的導線將測斜管的傾斜角或其水平投影值顯示在測讀儀上。不同時刻測得的某一深度處測斜管水平投影值的變化即為該點位置處土體的水平位移值。水平位移監測點布置圖見圖1。

水平位移監測采用加拿大Rocrest公司生產的RT-20MU型測斜儀，其儀器標稱精度為±6 mm/25 m，探頭工作幅度為20°，探頭測量精度為 ±0.1 mm/0.5 m，測讀器顯示讀數至 ±0.01 mm。

2 測斜儀監測工作原理

測斜儀的工作原理是通過擺錘受重力作用來測量測斜探頭軸線與鉛垂線之間傾角φ，進而計算出不同深度位置各點的水平位移。從圖2測斜儀工作原理圖中可以看出，每測一段的水平投影可按下式計算:δi=L·sinθi。其中，δi為第 i測段的水平投影;L為每測段長度，實測中取定值1 000 mm;θi為第i測段的傾角。當測斜管埋設足夠深時，管底處位移很小，可以認為是不動點，從管底向上n個測段測出的水平投影總量為:

同一位置處不同時刻測得的水平投影量之差，即為該深度處土體的水平位移值。

圖1 水平位移監測點布置圖

圖二測斜儀工作原理圖

3 測斜管安裝

測斜管由塑料(PVC)制成，每段長度4 m，管段之間由外包頭管連接，管內對稱分布有四條十字形凹槽，管徑90 mm，是測斜過程中探頭的上下通道。

1)按照工程設計的測斜位置點見圖1，共8組，根據工程條件，確定測斜管深度23 m，即假定自然地坪以下23 m處土體側向位移為零。

2)將測斜管底部裝上底蓋，逐節組裝，灌滿清水，以減小孔中水的浮力，并放入鉆孔內。安裝測斜管時，隨時檢查其內部的一對導槽，使其始終與坑壁垂直或平行，避免測斜管的縱向旋轉。在管節連接時必須將上下管節的滑槽嚴格對準，避免導槽不通暢，損傷探頭。

3)測斜管安裝完畢后，用清水將測斜管內沖洗干凈，將測頭模型放入測斜管內，沿導槽上下滑行一遍，以檢查導槽是否通暢無阻(尤其是測斜管接頭位置)，滾輪是否有滑出導槽的現象。由于測斜儀的探頭十分昂貴，在為確認測斜管導槽通暢時，不允許放入探頭。

4)在測斜管管口處做好醒目標志，嚴格保護管口，并在測量之前按照孔位布置圖將孔位列表編號，以保證測量結果準確無誤。

4 土體水平位移監測

1)聯結探頭和測讀儀。用專用扳手將測讀儀的電纜和探頭連接好，檢查密封裝置、電池充電情況、儀器讀數是否正常。2)將探頭插入測斜管，使滾輪卡在導槽上，緩慢下沉至孔底以上0.5 m處，測量自孔底開始，由下而上進行，每隔1.0 m測讀一次。為提高測量結果的可靠性，在每一測量步驟中均需要持續穩定一段時間，以確保讀數準確。3)測量一回次完成后，將探頭旋轉180°，插入同一對導槽進行重復測量(兩次讀數在相同點位)。兩次測量的讀數絕對值(儀器顯示的offset項數值)差值應小于10%，且符號相反，測量結果方符合要求，否則要重新測量。4)側向位移的初始值應取連續三次測量且無明顯差異之讀數平均值。5)每天測量兩次，當側向位移的絕對值或水平位移速率明顯加大時，加密監測頻率。6)日常監測結果于次日向監理單位提供書面成果，當基坑邊坡水平位移出現異常時，立即口頭通知業主和監理單位，并于12 h內提供書面監測結果。

圖3 基坑不同開挖深度狀態下水平位移情況

5 水平位移監測結果分析

本基坑工程總開挖深度11.4 m，自然地面至－2.8 m深度范圍，采用1∶0.3放坡，土釘墻支護，下部垂直開挖，采用加筋水泥土復合樁墻+預應力錨桿聯合支護。在－2.8 m位置有一寬2.0 m、厚0.25 m的鋼筋混凝土壓頂梁，進行水平位移監測的測斜管孔口設置在壓頂梁上。根據基坑水平位移觀測結果顯示(見圖3)，在開挖深度小于6.5 m以前，基坑邊坡水平位移值是很小的。隨著基坑開挖深度增加，邊坡土體水平位移逐漸加大，從自然地面以下至－20.0 m的土體均有位移。受基坑支護結構制約作用，邊坡土體水平位移和基坑支護錨桿布置直接有關，有錨桿的部位水平位移較小，位移值最大處位于－8.5 m位置。隨著基坑開挖深度增加，垂直方向上不同深度的水平位移值均在加大，但處于安全狀態的基坑邊坡，加大趨勢基本一致。基坑邊坡環境情況不同，水平位移變化也不相同，同一側基坑邊坡由于中間部位應力分布比兩端較集中，水平位移值相應也大于兩端部位。

6 基坑出現異常后的水平位移監測及應急處理

基坑邊坡出現險情時，邊坡土體應力和水平位移變化均會出現異常。本基坑工程東側邊坡距離開挖線1.5 m平行分布一條雨水管道，由于管道施工年代較久，管道基礎管道底至－3.0 m均是回填的雜填土，沒有按要求夯實，而且全段管道滲漏嚴重。一場暴雨后，路面積水雨水沿管道基礎下滲，造成基坑邊坡環境惡化，邊坡一度失穩。根據位移監測結果(見圖4)，水平位移最大值在24 h內超過50 mm，而且基坑邊坡上部位移變化最大，說明基坑已經向傾覆狀態發展，必須采取緊急處理方案。針對東側基坑邊坡出現的危險情況，立即采取應急措施:用挖掘機堆土回填坡腳，排除路面積水，修補管道滲漏部位，對邊坡淺部雜填土注漿加固，并在坑壁水平位移較大處增加了一排支護錨管。在基坑處于報警狀態時，增加水平位移監測頻率，由原來的每24小時一次調整為每8小時一次，以及時準確了解邊坡所處狀態。經過處理后，雖然基坑邊坡水平位移沒有大幅度減小，累計位移絕對值依然較大，但連續的24 h水平位移監測結果變化都很小(見圖4)，說明基坑邊坡變形趨于穩定，已經處于安全狀態。水平位移監測能夠及時、準確地反應邊坡水平位移變化情況，根據水平位移變化情況結合錨桿應力監測結果，可以分析出基坑邊坡所處狀態，預測其發展趨勢。并能夠及時找出邊坡出現問題的原因，研究相應對策，及時解決問題。本基坑工程中水平位移監測效果良好，為基坑支護提供信息指導，也為巖土工程治理信息化管理提供了思路。

圖4 基坑危險狀態和穩定后水平位移情況

［1］ 黃銀洲.信息化監測在深基坑工程安全管理中應用研究［J］.山西建筑，2010，36(7):87-88.