基坑深層水平位移的監測方法比選

別建曉

(武漢市政工程設計研究院有限責任公司，湖北武漢 430023)

1 前言

在高層建筑和地鐵工程中普遍存在深基坑工程。由于深基坑工程技術復雜、涉及范圍廣、受影響因素多，在開挖過程中往往會引起支護結構內力和位移以及基坑內外土體變形等情況發生，如果變形控制不當，不僅將危及基坑本身的安全，還會殃及周邊的建筑物和設施，造成十分嚴重的經濟損失和社會影響，因此在施工過程中必須進行監測。

基坑監測的工作內容比較多，圍護結構深層水平位移是一項重要的監測項目。通過現場監測，對所得數據信息進行綜合分析，了解基坑圍護結構的變形情況和規律，為安全施工提供及時的反饋信息，達到信息化施工的目的;將監測數據與設計預估值進行比較，及時分析出現的問題，為基坑周圍環境安全制定及時有效的保護措施提供依據;驗證基坑開挖方案和環境保護方案的正確性，以判斷施工工藝和施工參數是否需要修改和優化，為改進設計提供依據。

2 深層水平位移監測的原理

圍護結構深層水平位移監測，一般通過活動式測斜儀進行，因此，本監測項目又稱“測斜”。它是深入到基坑圍護結構內部，以了解基坑開挖施工過程中圍護結構在不同深度處的水平位移。

2.1 測斜儀的工作原理

在需要進行測斜監測的部位埋設測斜管，把測斜儀的導向輪沿測斜管導向滑槽放入孔中，一直滑到孔底，以孔底為基準點，從下往上每間距 0.5 m(或1.0 m)測一個點，當測斜儀穩定在測斜孔的某深度位置時，測斜儀與鉛垂方向的夾角t就被斜儀所測出，依此方法從孔底測至孔口。如圖1所示，測斜儀兩對導輪間距離是定長“L”(一般L=50 cm)，從簡單的數學關系可知此位置時測斜管與鉛垂位置偏開的水平位移為:△i=L·sin t，規定面對基坑方向傾斜為正值，背離基坑方向為負值，儀器讀數值單位為mm。

圖1 測斜儀的工作原理

再把測斜儀調轉180°重新放入測斜孔中，將測頭滑到孔底，重復上述步驟在相同的深度標志處測讀，以保證測量精度。通常采用正反測量的目的是為了提高精度，導輪在正反向滑槽內的讀數將抵消或減小傳感器的零偏和軸對準所造成的誤差。

2.2 測斜儀的計算方法

在間距 0.5 m測孔時，正反方向各測一次，將正向測值 V正、反方向值 V負代入該式 V=(V正－V負)/2，即可求得到該點位置的觀測值。

如果 1.0 m測一個點時，則該點位置處的觀測值為 V=V正－V負。

由圖2可知，

第1個測點相對于基準線的測試值為:

第2個測點相對于基準線的測試值為:

第3個測點相對于基準線的測試值為:

依次累加，第n個測點相對于基準線的測試值為:

兩次測試值之差即為變化值，即:

依次對應相減:

測斜儀外業采集的數據一般不用進行人工計算，使用隨機軟件可以方便快捷地計算出每個測點深度的本次水平位移量、累積位移量等，還可以繪制測斜變化曲線圖。

3 測斜方法的比選

測斜儀的電纜線上每0.5 m標記一個點，在監測時便于控制探頭的深度。在測孔時，應正反方向各測一次，每次測量的間隔為 0.5 m，也可以是 1 m，我們姑且稱之為半米雙向監測和一米雙向監測。但是在實際工作中我們發現不少單位在監測時，除了這兩種監測方法外，還使用半米單向監測和一米單向監測等測法。可以想象半米雙向測是工作量最大的一種測法，一米雙向測法次之，半米單向測相對于雙向測，工作量又減少很多，一米單向測的工作量最小，那么這4種測法的可靠性和準確性如何，其結果又有多大的出入呢?

為此我們做了一個測試，在某基坑工程監測中選擇一個測斜孔，該孔位于基坑連續墻內，埋深約 18 m，每次均用這4種測法對其進行監測。第一次監測日期是4月27日，最后一次監測日期是8月24日，歷時約4個月。用廠家提供的隨機軟件對這4種方法測得的該孔的累計水平位移量分別進行統計，對比如表1所示:

4種測法累計水平位移量對比表 表1

從上表可以看到每種測法對應的累計水平位移數值，在同一深度處有些數據還比較接近，有些數據也相差較大。為了直觀地進行對比，我們把累計變化量和深度與時間畫一個變化曲線圖，如圖3所示:

從圖3可以對比如下:①一米雙向和半米雙向這兩種測法的結果最為接近，變化曲線幾乎重合在一起，兩者相差最大的為 1.61 mm，其中相差 1 mm以內的點位有10個，占56%，相差 1 mm～2 mm的點位有8個，占44%。②半米單向與半米雙向相比，變化量差值要略大一些，兩者相差最大的為 5.62 mm，其中相差 3 mm以內的點位有18個，占50%，相差 3 mm～5 mm的點位有10個，占28%，相差 5 mm～6 mm的點位有8個，占22%。③一米單向與半米雙向相比，變化量相差更大，最大差值達 19.35 mm，并且一米單向測的位移量基本上只有半米雙向測的1/2。

圖3 不同測法的水平位移曲線圖

因此可以看出，半米測要比一米測準確，雙向測要比半向測可靠。因此建議對于一級基坑來說，可以用半米雙向或一米雙向的方法來監測，對于二級和三級基坑可以用半米單向的方法監測，不使用一米單向的方法。

4 結語

不管是什么原因造成基坑圍護結構有大的變化，這種變化不會僅僅是孤立地在測斜方面表現出來，在沉降、軸力、水土壓力等方面也會體現出來，各監測內容的變化是緊密聯系在一起的。如果某個測斜孔向坑內有較大變化，那么可以查看冠梁水平位移監測的變化是否與之一致，對應的各層支撐的軸力是否增大，冠梁和地表點是否有沉降，水土壓力是否減小。只有這樣把各項監測內容綜合起來進行比較分析，得到的結果才會更加準確可靠。

［1］李青岳，陳永奇.工程測量學［M］.北京:測繪出版社，1995.

［2］朱建軍.變形測量的理論與方法［M］.長沙:中南大學出版社，2004.

［3］曾瑞，雷健.多種監測方法在深基坑開挖工程中的綜合運用［J］.城市勘測，2013(4).

［4］武漢基深測斜儀有限公司.CX－3C系列測斜儀使用說明書［R］.

［5］GB50497－2009.建筑基坑工程監測技術規范［S］.

［6］JGJ8－2007.建筑變形測量規范［S］.