基坑工程監測技術應用心得

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摘要：隨著城市建設的發展，基坑施工越來越多，由于地下土體性質、荷載條件、施工環境的復雜性，對在施工過程中引發的土體性狀、環境及鄰近建筑物、地下設施在基坑開挖過程中變化的監測已成了工程建設必不可少的環節。

本文結合基坑維護結構的水平位移、沉降變形，較全面的總結了監測布設的原則、監測內容、監測的方法、分析預報及預警以及結合基坑周圍建筑物的沉降變形觀測，本文較全面總結了基坑周圍建筑物變形監測的監測布設原則、監測內容、變形監測的方法等內容。

關鍵詞：基坑；變形觀測；水平位移；監測方案

一、基坑監測的意義和目的

1.1基坑監測的意義

在巖土工程中，由于地下建（構）筑物的受力狀態和力學機理是一個非常復雜的課題，迄今為止，巖土工程還是一門不夠嚴謹、不完善、不夠成熟的科學技術。所以無論用何種理論、軟件、計算方法、設計的定量計算往往與實際情況存在一定的差距，計算結果只是一個近似可能的數值。對于目前全國城市建設中大力提倡開發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，基于勘察報告和傳統理論模式計算的圍護結構受力，采用的施工參數是否能保證圍結構的安全、設計的安全儲備有多少、施工質量如何、工序的安排到底是否合理以及一旦發生危機應從何處著手、采取補救措施的效果如何、何種補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嚴密的、科學的、合理的監測控制系統的基礎上，以此作為基坑工程決策的參考。

1.2基坑監測的目的

概括而言，通過監測工作，可以達到以下目的：

1、及時發現不穩定因素

由于土地成分和結構的不均勻性、各向異性及不連續性決定了土體力學性質的復雜性，加上自然環境因素的不可控影響，人們在認識上尚有一定的局限性，必須借助監測手段進行必要的補充，以便及時采取補救措施，確?；臃€定安全，減少和避免不必要的損失。

2、驗證設計、指導施工

客觀地說，目前深基坑工程的設計尚處于半理論半經驗的狀態，通過監測可以了解周邊土體的實際變形和應力分布，用于驗證設計和實際符合程度，通過監測掌握周邊建筑物和管線的變化趨勢，并根據基坑變形和應力分布情況為施工步驟的實施、施工工藝的采用提供有價值的指導性意見。

3、保障業主及相關社會利益

在城市施工中，通過對周邊建筑物、地下管線監測數據的分析，調整施工參數、施工工序、重車進出及?？课恢?，確保建筑物和地下管線的正常運行，有利于保障業主及相關社會利益。

4、分析區域性施工特性

通過對圍護結構、周邊建筑物和周邊地下管線等監測數據的分析、整理和再分析，了解各監測對象的實際變形情況及施工對周邊環境影響程度，分析區域性施工特性，為類似工程累積寶貴經驗?，F場監測的實施也是一次1：1的實體實驗，所取得的可靠數據是基坑自身和周邊土體在施工過程中真實的反映，這對基坑工程設計水平的提高和進步大有裨益。

二、基坑監測的內容

2.1基坑監測內容

1、支護結構和被支護土體的側向變形。

2、圍護樁地下樁體的側向位移（樁體測斜）、支護結構頂部的水平位移。

3、地下水位監測。

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測。

2.2基坑級別和項目的確定

參照我國現行規范，在多本規范中出現監測方面的要求和內容，但監測的級別尚無明確劃分，當然也尚無統一的劃分標準。在現行《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2002）中參照地基基礎設計等級標準列于表2—1，可作參考。

基坑工程施工現場監測的內容分為兩大部分，即圍護結構本身和相鄰環境\"圍護結構中包括圍護、樁墻、支撐圍擦和圈梁、立柱、坑內土層等五部分，具體見下表中參

三、監測方法與儀器

3.1支護結構水平位移與沉降位移監測

目前，水平位移監測與沉降位移監測的主要方法是用高精度測量儀器如（經緯儀、測距儀、水準儀、全站儀等）測量角度、邊長的變化來測定變形。常用前方交會法、距離交會法、自由設站法監測基坑的二維方向水平位移；用視準線法、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測

電子水準儀是在自動安平水準儀的基礎上發展起來的。各廠家的電子水準儀采用了大體一致的結構，其基本構造由光學機械部分、自動安平補償裝置和電子設備組成。電子設備主要包括：調焦編碼器、光學傳感器（線陣器件）、讀數電子元件、單片微處理機、GSI接口（外部電源和外部存儲記錄）、顯示器件、鍵盤以及影像數據處理軟件等，標尺采用條形碼標尺供電子測量使用。各廠家標尺編碼的條碼圖案不同，不能互換使用。

目前采用電子水準儀測量，照準標尺和調焦仍需人工目視進行。人工完成照準和調焦之后，標尺條碼一方面被成像在望遠鏡的分劃板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，標尺條碼又被成像在光電傳感器（探測器），即線鎮器件上，供電子讀數。如果使用傳統水準標尺，通過目視觀測，電子水準儀又可以象普通自動安平水準儀一樣使用，但是由于電子水準儀沒有光學測微裝置，當成普通自動安平水準儀使用時，測量精度低于電子測量時的精度。

3.3地下水位監測

基坑周邊的地下水位與基坑結構的穩定性密切相關，所以各等級的基坑工程都要求監測水位變化。對于地下水位監測可采用鋼尺或鋼尺水位計，鋼尺水位計的工作原理是在已埋設好的水管中放入水位計測頭，當測頭接觸到水位時，啟動訊響器，此時，讀取測量鋼尺與管頂的距離，根據管頂高程即可計算地下水位的高程。

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，記錄濕跡與管頂的距離，根據管頂高程即可計算地下水位的高程，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方法為用鉆機鉆孔到需要的深度后，在孔內埋入濾水塑料套管，孔徑約。套管與孔壁間用干凈細砂填實，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，不讓雨水進入，并做好觀測井的保護裝置。

四、現場監測方法

4.1基坑監測的頻率

基坑監測具有高時效性，觀測間隔時間應按施工方案執行，基坑監測點布設兩天后開始讀測原始值，且應不少于2次。當基坑開始挖土時，監測次數要增加，一般情況下基坑開挖施工階段為每3天一次，但如發現有異常情況應加密觀測，可增加至每天一次甚至每兩小時一次；基坑開挖完成地下室結構施工階段應每7天一次；對每個基坑設計方案及監測施工方案中均應明確預警值和報警值，如方案中未明確應按相關規范規定執行，監測過程中如發現測量項目哪個點位達到預警值應及時在報告中進行預警標識，達到報警值時應及時向基坑施工及設計人員反饋情況，對超報警值部位分析原因，并作出處理意見和相關的安全保證措施。

4.2基坑位移觀測

位移監測點的觀測一般最常用的方法是偏角法.同樣，測站點應選在基坑的施工影響范圍之外。外方向的選用應不少于3點，每次觀測都必須定向，為防止測站點被破壞，應在安全地段再設一點作為保護點，以便在必要時作恢復測站點之用。初次觀測時，須同時測取測站至各測點的距離，有了距離就可算出各測點的秒差，以后各次的觀測只要測出每個測點的角度變化就可推算出各測點的位移量。觀測次數和報警值與沉降監測相同，當然也可用坐標法來測取位移量。如發現哪次位移過大應及時查看現場有沒明顯的位移，裂縫等，對測站點及至少每半個月與一級控制網復核一次，以確何測站測的準確無位移。每次的觀測值與初始值比較即為累計量，與前次的觀測數據相比較即為日變量。根據公認的數據，日變量大于3mm，累計變量大于35mm即應向有關方面報警。

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構，可同時測量正交的兩個方向的傾斜量，儀器精度可達到0.01mm，讀數器可自動記錄現場測試數據。開發有Acculog-X2000軟件系統，可以自動解釋測量數據，完成分析與繪圖輸出等內業工作。

2、測讀儀，當連接測讀儀的電纜和探頭時，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。當測斜儀電壓不足時必須立即充電，以免損傷儀器。

3、測斜管，使滾輪卡在導槽上，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槽全長每隔0.5m測讀一次。為提高測量結果的可靠度，每一測量步驟中均需一定的時間延遲，以確保讀數系統與環境溫度及其他條件平穩（穩定的特征是讀數不再變化）。若對測量結果有懷疑可重測，重測的結果將覆蓋相應的數據。

4、將探頭旋轉180°，插入同一對導槽，按以上方法重復測量，前后兩次測量時的各測點應在同一位置上；在這種情況下，兩次測量同一測點的讀數絕對值之差應小于10%，且符號相反，否則應重測本組數據。

5、法和程序，可以測量另一對導槽的水平位移。

6、初始值應取基坑降水之前，連續3次測量無明顯差異之讀數的平均值。

7、間通常取定為3d。當側向位移的絕對值或水平位移速率有明顯加大時，必須加密觀測次數。

4.5水位觀測

1、一般使用30m鋼尺水位計，儀器最小分辨率為1mm。

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

4.6應力的測量

內支撐應力測量主要是采用振弦頻率測定儀進行測量，當被測荷載作用在內支撐測力計上，將引起彈性圓筒的變形并傳遞給振弦，轉變成振弦應力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振鋼弦并測量其振動頻率，頻率信號經電纜傳輸至頻率測定儀上，即可測讀出頻率值，從而計算出作用在錨索測力計的荷載值。測量過程中應及時做好記錄，記錄時應記清各不同顏色線的讀數，采集完數據后進行內業處理計算。

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測可用水準儀及全站儀進行觀測，觀測方法與基坑觀測方法相同，但精度可降低些。

4.8監控報警值的確定原則

1、滿足設計計算的要求，不能大于設計值；

2、滿足監測對象的安全要求，達到保護的目的；

3、對于相同條件的保護對象，應該結合周圍環境的要求和具體的施工情況綜合確定；

4、滿足現行的有關規范、規程的要求；

五、結論

1、基坑監測是具有高時效性、高精度及等精度等特點

時效性：測量結果是動態變化的，一天以前（甚至幾小時以前）的測量結果都會失去直接的意義，因此深基坑施工中監測需隨時進行，在測量對象變化快的關鍵時期，可能每天需進行數次，基坑監測的時效性要求對應的方法和設備具有采集數據快、全天候工作的能力，甚至適應夜晚或大霧天氣等嚴酷的環境條件。

高精度：普通工程測量中誤差限值通常在數毫米，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、對于對聯深基坑需從設計、施工到監測均需步步為營，設計必須到位，除對基坑整個支護方案的設計，明確基坑的安全等級和各項的預警值；施工單位應嚴格按基坑設計文件進行施工，以確保工程質量，在施工過程中對存在問題或與設計圖紙不符之處及時向設計單位反映，盡快處理解決；對于基坑監測單位，應由具有監測質資的第三方進行觀測，應在基坑開挖前應作出系統的開挖監測方案，監測方案應包括監控目的、監控項目、監控預警值及報警值等，監測項目應能滿足規范要求及基坑安全。

3、隨著時代的發展，深圳、廣州、東莞等地的超高層大樓拔地而起，深基坑項目也越來越多，越來越深，為保證基坑施工過程的安全性，基坑監測可及時發現和預報險情的發生及險情的發展程度，為及時采取安全補救措施提供了充分的依據，故此所有深基坑均應全面做好基坑的監測。

4、對于深基坑的施工應向新工藝、新技術、新材料等方面發展，既可加快基坑的施工進度同時又可節省相關費用，以保證基坑的安全性。

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