基坑工程監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用心得

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摘要：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，基坑施工越來越多，由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境及鄰近建筑物、地下設(shè)施在基坑開挖過程中變化的監(jiān)測已成了工程建設(shè)必不可少的環(huán)節(jié)。

本文結(jié)合基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移、沉降變形，較全面的總結(jié)了監(jiān)測布設(shè)的原則、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測的方法、分析預(yù)報(bào)及預(yù)警以及結(jié)合基坑周圍建筑物的沉降變形觀測，本文較全面總結(jié)了基坑周圍建筑物變形監(jiān)測的監(jiān)測布設(shè)原則、監(jiān)測內(nèi)容、變形監(jiān)測的方法等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：基坑；變形觀測；水平位移；監(jiān)測方案

一、基坑監(jiān)測的意義和目的

1.1基坑監(jiān)測的意義

在巖土工程中，由于地下建（構(gòu)）筑物的受力狀態(tài)和力學(xué)機(jī)理是一個(gè)非常復(fù)雜的課題，迄今為止，巖土工程還是一門不夠嚴(yán)謹(jǐn)、不完善、不夠成熟的科學(xué)技術(shù)。所以無論用何種理論、軟件、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)的定量計(jì)算往往與實(shí)際情況存在一定的差距，計(jì)算結(jié)果只是一個(gè)近似可能的數(shù)值。對于目前全國城市建設(shè)中大力提倡開發(fā)的地下空間涉及的深基坑工程則是巖土工程中較為突出的問題之一，基于勘察報(bào)告和傳統(tǒng)理論模式計(jì)算的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力，采用的施工參數(shù)是否能保證圍結(jié)構(gòu)的安全、設(shè)計(jì)的安全儲備有多少、施工質(zhì)量如何、工序的安排到底是否合理以及一旦發(fā)生危機(jī)應(yīng)從何處著手、采取補(bǔ)救措施的效果如何、何種補(bǔ)救措施較為合理可靠等問題的決策和解決必須建立在擁有一個(gè)嚴(yán)密的、科學(xué)的、合理的監(jiān)測控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以此作為基坑工程決策的參考。

1.2基坑監(jiān)測的目的

概括而言，通過監(jiān)測工作，可以達(dá)到以下目的：

1、及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素

由于土地成分和結(jié)構(gòu)的不均勻性、各向異性及不連續(xù)性決定了土體力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，加上自然環(huán)境因素的不可控影響，人們在認(rèn)識上尚有一定的局限性，必須借助監(jiān)測手段進(jìn)行必要的補(bǔ)充，以便及時(shí)采取補(bǔ)救措施，確保基坑穩(wěn)定安全，減少和避免不必要的損失。

2、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工

客觀地說，目前深基坑工程的設(shè)計(jì)尚處于半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)，通過監(jiān)測可以了解周邊土體的實(shí)際變形和應(yīng)力分布，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)和實(shí)際符合程度，通過監(jiān)測掌握周邊建筑物和管線的變化趨勢，并根據(jù)基坑變形和應(yīng)力分布情況為施工步驟的實(shí)施、施工工藝的采用提供有價(jià)值的指導(dǎo)性意見。

3、保障業(yè)主及相關(guān)社會(huì)利益

在城市施工中，通過對周邊建筑物、地下管線監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，調(diào)整施工參數(shù)、施工工序、重車進(jìn)出及停靠位置，確保建筑物和地下管線的正常運(yùn)行，有利于保障業(yè)主及相關(guān)社會(huì)利益。

4、分析區(qū)域性施工特性

通過對圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊建筑物和周邊地下管線等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、整理和再分析，了解各監(jiān)測對象的實(shí)際變形情況及施工對周邊環(huán)境影響程度，分析區(qū)域性施工特性，為類似工程累積寶貴經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)場監(jiān)測的實(shí)施也是一次1：1的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，所取得的可靠數(shù)據(jù)是基坑自身和周邊土體在施工過程中真實(shí)的反映，這對基坑工程設(shè)計(jì)水平的提高和進(jìn)步大有裨益。

二、基坑監(jiān)測的內(nèi)容

2.1基坑監(jiān)測內(nèi)容

1、支護(hù)結(jié)構(gòu)和被支護(hù)土體的側(cè)向變形。

2、圍護(hù)樁地下樁體的側(cè)向位移（樁體測斜）、支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移。

3、地下水位監(jiān)測。

4、鄰近建筑物、地下管線及道路沉降。

5、基坑底的回彈或隆起監(jiān)測。

2.2基坑級別和項(xiàng)目的確定

參照我國現(xiàn)行規(guī)范，在多本規(guī)范中出現(xiàn)監(jiān)測方面的要求和內(nèi)容，但監(jiān)測的級別尚無明確劃分，當(dāng)然也尚無統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。在現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2002）中參照地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級標(biāo)準(zhǔn)列于表2—1，可作參考。

基坑工程施工現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容分為兩大部分，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身和相鄰環(huán)境\"圍護(hù)結(jié)構(gòu)中包括圍護(hù)、樁墻、支撐圍擦和圈梁、立柱、坑內(nèi)土層等五部分，具體見下表中參

三、監(jiān)測方法與儀器

3.1支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移與沉降位移監(jiān)測

目前，水平位移監(jiān)測與沉降位移監(jiān)測的主要方法是用高精度測量儀器如（經(jīng)緯儀、測距儀、水準(zhǔn)儀、全站儀等）測量角度、邊長的變化來測定變形。常用前方交會(huì)法、距離交會(huì)法、自由設(shè)站法監(jiān)測基坑的二維方向水平位移；用視準(zhǔn)線法、小角法、測距法觀測變形體的水平單向位移；用幾何水準(zhǔn)測量法、精密三角高程測量法觀測變形體的垂直方向位移。

3.2基坑周邊沉降位移監(jiān)測

電子水準(zhǔn)儀是在自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。各廠家的電子水準(zhǔn)儀采用了大體一致的結(jié)構(gòu)，其基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成。電子設(shè)備主要包括：調(diào)焦編碼器、光學(xué)傳感器（線陣器件）、讀數(shù)電子元件、單片微處理機(jī)、GSI接口（外部電源和外部存儲記錄）、顯示器件、鍵盤以及影像數(shù)據(jù)處理軟件等，標(biāo)尺采用條形碼標(biāo)尺供電子測量使用。各廠家標(biāo)尺編碼的條碼圖案不同，不能互換使用。

目前采用電子水準(zhǔn)儀測量，照準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需人工目視進(jìn)行。人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上，供目視觀測，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成像在光電傳感器（探測器），即線鎮(zhèn)器件上，供電子讀數(shù)。如果使用傳統(tǒng)水準(zhǔn)標(biāo)尺，通過目視觀測，電子水準(zhǔn)儀又可以象普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀一樣使用，但是由于電子水準(zhǔn)儀沒有光學(xué)測微裝置，當(dāng)成普通自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀使用時(shí)，測量精度低于電子測量時(shí)的精度。

3.3地下水位監(jiān)測

基坑周邊的地下水位與基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，所以各等級的基坑工程都要求監(jiān)測水位變化。對于地下水位監(jiān)測可采用鋼尺或鋼尺水位計(jì)，鋼尺水位計(jì)的工作原理是在已埋設(shè)好的水管中放入水位計(jì)測頭，當(dāng)測頭接觸到水位時(shí)，啟動(dòng)訊響器，此時(shí)，讀取測量鋼尺與管頂?shù)木嚯x，根據(jù)管頂高程即可計(jì)算地下水位的高程。

對于地下水位比較高的水位觀測井，也可用干的鋼尺直接插入水位觀測井，記錄濕跡與管頂?shù)木嚯x，根據(jù)管頂高程即可計(jì)算地下水位的高程，鋼尺長度需大于地下水位與孔口的距離。地下水位觀測井的埋設(shè)方法為用鉆機(jī)鉆孔到需要的深度后，在孔內(nèi)埋入濾水塑料套管，孔徑約。套管與孔壁間用干凈細(xì)砂填實(shí)，然后用清水沖洗孔底，以防泥漿堵塞測孔，保證水路暢通，測管高出地面約，上面加蓋，不讓雨水進(jìn)入，并做好觀測井的保護(hù)裝置。

四、現(xiàn)場監(jiān)測方法

4.1基坑監(jiān)測的頻率

基坑監(jiān)測具有高時(shí)效性，觀測間隔時(shí)間應(yīng)按施工方案執(zhí)行，基坑監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)兩天后開始讀測原始值，且應(yīng)不少于2次。當(dāng)基坑開始挖土?xí)r，監(jiān)測次數(shù)要增加，一般情況下基坑開挖施工階段為每3天一次，但如發(fā)現(xiàn)有異常情況應(yīng)加密觀測，可增加至每天一次甚至每兩小時(shí)一次；基坑開挖完成地下室結(jié)構(gòu)施工階段應(yīng)每7天一次；對每個(gè)基坑設(shè)計(jì)方案及監(jiān)測施工方案中均應(yīng)明確預(yù)警值和報(bào)警值，如方案中未明確應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行，監(jiān)測過程中如發(fā)現(xiàn)測量項(xiàng)目哪個(gè)點(diǎn)位達(dá)到預(yù)警值應(yīng)及時(shí)在報(bào)告中進(jìn)行預(yù)警標(biāo)識，達(dá)到報(bào)警值時(shí)應(yīng)及時(shí)向基坑施工及設(shè)計(jì)人員反饋情況，對超報(bào)警值部位分析原因，并作出處理意見和相關(guān)的安全保證措施。

4.2基坑位移觀測

位移監(jiān)測點(diǎn)的觀測一般最常用的方法是偏角法.同樣，測站點(diǎn)應(yīng)選在基坑的施工影響范圍之外。外方向的選用應(yīng)不少于3點(diǎn)，每次觀測都必須定向，為防止測站點(diǎn)被破壞，應(yīng)在安全地段再設(shè)一點(diǎn)作為保護(hù)點(diǎn)，以便在必要時(shí)作恢復(fù)測站點(diǎn)之用。初次觀測時(shí)，須同時(shí)測取測站至各測點(diǎn)的距離，有了距離就可算出各測點(diǎn)的秒差，以后各次的觀測只要測出每個(gè)測點(diǎn)的角度變化就可推算出各測點(diǎn)的位移量。觀測次數(shù)和報(bào)警值與沉降監(jiān)測相同，當(dāng)然也可用坐標(biāo)法來測取位移量。如發(fā)現(xiàn)哪次位移過大應(yīng)及時(shí)查看現(xiàn)場有沒明顯的位移，裂縫等，對測站點(diǎn)及至少每半個(gè)月與一級控制網(wǎng)復(fù)核一次，以確何測站測的準(zhǔn)確無位移。每次的觀測值與初始值比較即為累計(jì)量，與前次的觀測數(shù)據(jù)相比較即為日變量。根據(jù)公認(rèn)的數(shù)據(jù)，日變量大于3mm，累計(jì)變量大于35mm即應(yīng)向有關(guān)方面報(bào)警。

4.3測斜儀的測量

1、以加拿大RockTest公司測斜儀為例，其傳感器為雙測頭結(jié)構(gòu)，可同時(shí)測量正交的兩個(gè)方向的傾斜量，儀器精度可達(dá)到0.01mm，讀數(shù)器可自動(dòng)記錄現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)。開發(fā)有Acculog-X2000軟件系統(tǒng)，可以自動(dòng)解釋測量數(shù)據(jù)，完成分析與繪圖輸出等內(nèi)業(yè)工作。

2、測讀儀，當(dāng)連接測讀儀的電纜和探頭時(shí)，要使用原裝扳手將螺母接上。檢查密封裝置、電池充電情況（電壓）及儀器是否能正常讀數(shù)。當(dāng)測斜儀電壓不足時(shí)必須立即充電，以免損傷儀器。

3、測斜管，使?jié)L輪卡在導(dǎo)槽上，緩慢下至孔底以上0.5m處。注意不要把探頭降到套管的底部，以免損傷探頭。測量自下而上地沿導(dǎo)槽全長每隔0.5m測讀一次。為提高測量結(jié)果的可靠度，每一測量步驟中均需一定的時(shí)間延遲，以確保讀數(shù)系統(tǒng)與環(huán)境溫度及其他條件平穩(wěn)（穩(wěn)定的特征是讀數(shù)不再變化）。若對測量結(jié)果有懷疑可重測，重測的結(jié)果將覆蓋相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

4、將探頭旋轉(zhuǎn)180°，插入同一對導(dǎo)槽，按以上方法重復(fù)測量，前后兩次測量時(shí)的各測點(diǎn)應(yīng)在同一位置上；在這種情況下，兩次測量同一測點(diǎn)的讀數(shù)絕對值之差應(yīng)小于10%，且符號相反，否則應(yīng)重測本組數(shù)據(jù)。

5、法和程序，可以測量另一對導(dǎo)槽的水平位移。

6、初始值應(yīng)取基坑降水之前，連續(xù)3次測量無明顯差異之讀數(shù)的平均值。

7、間通常取定為3d。當(dāng)側(cè)向位移的絕對值或水平位移速率有明顯加大時(shí)，必須加密觀測次數(shù)。

4.5水位觀測

1、一般使用30m鋼尺水位計(jì)，儀器最小分辨率為1mm。

2、水位管管口的標(biāo)高，從而可測得地下水位的初始標(biāo)高。在以后的工程進(jìn)展中，可按需要的周期和頻率，測得地下水位和地下各土層標(biāo)高的每次變化量和累計(jì)變化量。

4.6應(yīng)力的測量

內(nèi)支撐應(yīng)力測量主要是采用振弦頻率測定儀進(jìn)行測量，當(dāng)被測荷載作用在內(nèi)支撐測力計(jì)上，將引起彈性圓筒的變形并傳遞給振弦，轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振鋼弦并測量其振動(dòng)頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至頻率測定儀上，即可測讀出頻率值，從而計(jì)算出作用在錨索測力計(jì)的荷載值。測量過程中應(yīng)及時(shí)做好記錄，記錄時(shí)應(yīng)記清各不同顏色線的讀數(shù)，采集完數(shù)據(jù)后進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理計(jì)算。

4.7鄰近建筑物、地下管線及道路沉降測量

鄰近建筑物、地下管線及道路沉降，基坑底的回彈或隆起監(jiān)測可用水準(zhǔn)儀及全站儀進(jìn)行觀測，觀測方法與基坑觀測方法相同，但精度可降低些。

4.8監(jiān)控報(bào)警值的確定原則

1、滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的要求，不能大于設(shè)計(jì)值；

2、滿足監(jiān)測對象的安全要求，達(dá)到保護(hù)的目的；

3、對于相同條件的保護(hù)對象，應(yīng)該結(jié)合周圍環(huán)境的要求和具體的施工情況綜合確定；

4、滿足現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求；

五、結(jié)論

1、基坑監(jiān)測是具有高時(shí)效性、高精度及等精度等特點(diǎn)

時(shí)效性：測量結(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的，一天以前（甚至幾小時(shí)以前）的測量結(jié)果都會(huì)失去直接的意義，因此深基坑施工中監(jiān)測需隨時(shí)進(jìn)行，在測量對象變化快的關(guān)鍵時(shí)期，可能每天需進(jìn)行數(shù)次，基坑監(jiān)測的時(shí)效性要求對應(yīng)的方法和設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力，甚至適應(yīng)夜晚或大霧天氣等嚴(yán)酷的環(huán)境條件。

高精度：普通工程測量中誤差限值通常在數(shù)毫米，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。

等精度：基坑施工中的監(jiān)測通常只要求測得相對變化值，而不要求測量絕對值，基坑監(jiān)測要求盡可能做到等精度。使用相同的儀器，在相同的位置上，由同一觀測者按同一方案施測。

2、對于對聯(lián)深基坑需從設(shè)計(jì)、施工到監(jiān)測均需步步為營，設(shè)計(jì)必須到位，除對基坑整個(gè)支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，明確基坑的安全等級和各項(xiàng)的預(yù)警值；施工單位應(yīng)嚴(yán)格按基坑設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工，以確保工程質(zhì)量，在施工過程中對存在問題或與設(shè)計(jì)圖紙不符之處及時(shí)向設(shè)計(jì)單位反映，盡快處理解決；對于基坑監(jiān)測單位，應(yīng)由具有監(jiān)測質(zhì)資的第三方進(jìn)行觀測，應(yīng)在基坑開挖前應(yīng)作出系統(tǒng)的開挖監(jiān)測方案，監(jiān)測方案應(yīng)包括監(jiān)控目的、監(jiān)控項(xiàng)目、監(jiān)控預(yù)警值及報(bào)警值等，監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)能滿足規(guī)范要求及基坑安全。

3、隨著時(shí)代的發(fā)展，深圳、廣州、東莞等地的超高層大樓拔地而起，深基坑項(xiàng)目也越來越多，越來越深，為保證基坑施工過程的安全性，基坑監(jiān)測可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)生及險(xiǎn)情的發(fā)展程度，為及時(shí)采取安全補(bǔ)救措施提供了充分的依據(jù)，故此所有深基坑均應(yīng)全面做好基坑的監(jiān)測。

4、對于深基坑的施工應(yīng)向新工藝、新技術(shù)、新材料等方面發(fā)展，既可加快基坑的施工進(jìn)度同時(shí)又可節(jié)省相關(guān)費(fèi)用，以保證基坑的安全性。

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