基于差分技術的基坑位移監測方法研究

謝震雨（長沙市城市建設科學研究院　湖南長沙　410000）

基于差分技術的基坑位移監測方法研究

謝震雨
（長沙市城市建設科學研究院湖南長沙410000）

隨著城市建設的高速發展，地下空間的開發力度越來越大，深基坑工程在總體數量、開挖深度、平面尺寸以及使用領域等方面都得到高速的發展。城市中各類建筑密集程度逐漸加大，相鄰環境、地下管線、地面交通對基坑開挖及施工后產生的位移變形和不利影響控制越來越嚴。在深基坑開挖的施工過程中，支護結構的內力和位移變形中的任一量值超過容許的范圍，將造成基坑的失穩破壞或對周圍環境產生不利影響。因此，在基坑施工過程中，只有對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的構筑物進行全面、系統的監測，才能對基坑工程的安全性和對周圍環境的影響程度有全面的掌握，在出現異常情況時及時報警，并采取必要的工程應急措施，調整施工工藝或設計參數，以確?；庸こ碳爸車h境的安全和穩定。

差分技術；基坑位移；監測方法

引言

在經濟高速發展的今天，我們的城市也在日新月異的發展，特別是在中國的特大城市，由于開放與包容，來尋求商機的精英們都聚集在這里，使得土地越來越緊缺，現在城市發展的趨勢是向空中和地面以下發展，由于地質條件、周邊環境、基坑等級以及施工工藝等復雜性，只依靠實驗室的數據來確定施工方案，經常含有許多不確定的因素，尤其是對國家重點大型工程項目，所以對施工過程中引起的圍護結構水平位移，圍護結構豎向位移，基底回彈，水位變化，臨近建筑物構筑物的變形、地下管線、道路橋梁河流等等進行監測已經成為工程建設中必不可少的環節。目前，基坑監測與工程設計以及施工同被列為工程質量好壞的三個關鍵因素。通過基坑監測數據來判斷施工參數是否符合預期值，以確定優化下一步施工參數，以此達到信息化施工的目的，使得監測數據和成果成為現場施工工程技術人員判斷工程是否安全的依據，成為工程決策機構的眼睛。

1　深基坑的圍護結構類型和監測項目的內容

1.1深基坑的圍護結構類型

在深基坑開挖的時候，基坑周圍要有圍護體把基坑周圍包圍起來，對基坑起到阻擋土和水，支撐外力的作用。淺基坑的圍護其他結構通常是工字鋼，三軸攪拌樁或者是一級、二級放坡；深基坑大多是采用現場澆筑的地下連續墻作為圍護其他結構，開挖前，坑內要先抽去地下水，在保證地連墻接縫嚴密的情況下，這樣在開挖的時候地連墻基本上不會漏水。根據基坑深度的不同而采用不同層數的水平支撐，如果圍護體是地連墻一般首層支撐采用混凝土支撐，下面采用鋼支撐，如果基坑的圍護結構是SMW工法樁，基坑的水平支撐一般全部采用鋼支撐。

1.2基坑監測內容

圍護結構體的深層墻體位移、圍護結構頂水平位移、圍護結構頂豎向位移、周邊地表沉降、土體分層沉降、支撐軸力（鋼支撐、混凝土支撐）、管線沉降、建筑物傾斜、建筑物沉降、潛水水位、立柱豎向沉降、土壓力和水壓力、基坑底部回彈、裂縫監測等的監測。

1.3基坑監測項目的選擇

基坑監測項目的選擇應根據設計圖紙、基坑周圍的風險因素和基坑的地質條件以及施工監測方案等因素決定，施工現場采集的原始數據通過軟件處理與分析，提供監測報表，能夠及時反映基坑的各項監測數據變化才是最重要的。

2　工程概況

CS市某地鐵基坑工程位于HX路，基坑為長方形?；铀拿婢鶠閲鷫??；訄鰠^西側、北側及東側圍墻內空間狹窄，東西兩側均無法進行水準測量。為了方便基坑東西兩側邊坡水平位移和豎向位移監測，采用了基于差分技術的極坐標觀測法。在基坑坡頂設置32個位移監測點。為了監測基坑在垂直斷面上的水平位移量，在基坑東側墻壁上設置了5個垂直斷面，每個斷面在垂直方向上設了10個位移監測點，觀測標志采用反射片。其中有3個斷面埋設測斜儀，進行相應的深層水平位移觀測。

3　監測數據分析

3.1基坑坡頂位移監測數據

在基坑水平位移監測時，每個工作點只觀測基坑對面的監測變形點，以保證誤差橢圓的短軸盡可能與基坑邊線垂直，使位移監測變化結果值為最優。本基坑坡頂水平位移監測點32個，共計觀測168次，數據量較大。對各監測點的時程曲線進行分析，選取具有較好的代表性的曲線，并傾向于選擇水平位移、垂直位移、錨索拉力互相對應的監測點。圖1所示是部分監測點水平位移時程曲線，此曲線與設計值相一致。

圖1　基坑坡頂水平位移時程曲線

3.2基坑坡頂豎向位移監測數據

豎向位移監測采用中間設站的三角高程法，并利用2～3個基準點的已知數據對監測點進行差分改正，從而得到監測點相對已知基準點的高差。利用基準點的高程和觀測的每周期的高差，從而得到監測的高程，每周期的高程差即為豎向位移變形量。在基坑監測期間，對基坑坡頂豎向位移監的同時進行了幾何水準豎向位移觀測，采用DINI03電子水準儀配條碼尺進行二等水準測量，從相同觀測點同時段相對位移量來看，兩種方法的豎向位移監測結果符合得很好，變形趨勢一致。由于觀測精度不同，觀測的變形量略有差別，但兩條曲線均能反映基坑坡頂的豎向位移的變形趨勢，如圖2所示。

圖2　基坑坡頂豎向位移監測方法比較

3.3基坑垂直斷面上的水平位移量監測數據分析

垂直斷面上的位移觀測點是隨基坑開挖和噴錨支護逐層設置，因此一個垂直斷面上的10個監測點的觀測周期不同，時程曲線不完全一樣，但是某一時刻的累積位移值能反映此垂直斷面的水平位移量。與相應斷面的深層水平位移觀測數據相比較，累積變形曲線相一致，變形曲線如圖3所示。此支護斷面為鋼管樁加噴錨支護結構。

圖3　兩種水平位移觀測方法對比曲線

由圖3可以看出，由于基坑開挖及支護過程中，土體整體向坑內偏移，水平位移值隨深度有所變化，支護結構內的測斜最大位移出現在基坑坡頂深度6～7m處。而從選取的典型斷面水平位移值可以看到，計算結果與實測數據隨深度的變化曲線規律一致，樁體最大水平位移值出現在樁體下端1/3處。其中計算樁體水平位移最大值為 19.2mm，實測樁體水平位移最大值為13.2mm，樁體位移曲線整體呈現中間大，兩頭小的變化規律。如圖4所示。由圖4的水平位移變形曲線可以看到，用全站儀觀測的基坑墻壁表面水平位移與設計值更接近，更能真實反映基坑墻壁的表面水平位移變形規律。

4　結論

圖4　實測水平位移與理論計算位移對比

（1）從基坑位移監測數據來看，通過差分技術的基坑位移監測，其監測點坐標中誤差為±0.32mm，高差中誤差為±0.48mm，均達到了亞毫米級的觀測精度。既能滿足建筑變形測量規范中一級水平位移監測精度±1.0mm的要求，也能滿足二級沉降觀測± 0.5mm精度要求[1]。

（2）在滿足相關規范前提下，監測點的布設應著重考慮基坑邊坡變形特性，有目的地選取監測點的位置，以便對基坑邊坡進行準確及時的監控測量。

（3）在滿足測量精度要求的前提下，基坑位移監測應采用方便、靈活、經濟、可靠的方法和技術。做到即保證觀測精度又能及時提供觀測數據，及時預警確保基坑施工及人員安全。

（4）通過監測結果表明，基坑水平位移和沉降變化是比較有規律的，且每次支撐的設置是其變化的拐點。因基坑開挖深度范圍的影響，沉降曲線變化一般來說滯后于水平位移曲線的變化。通過本項目基坑監測數據可知，樁錨支護結構能有效地控制基坑的水平位移及基坑周邊的沉降。

[1]徐忠陽，張良琚，等.自動極坐標實時差分監測系統及其在大壩外部變形監測中的應用[J].測繪通報，2001（9）：28～30.

[2]中華人民共和國國家標準.建筑基坑工程監測技術規范（GB50497-2009）[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]中華人民共和國國家標準.工程測量規范（GB50026-2007）[S].北京：中國計劃出版社，2007.

TU753

A

1673-0038（2015）06-0139-02

2015-1-26

謝震雨（1982-），男，中級工程師，碩士，主要從事測繪方面的工作。