建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中的位移測(cè)量技術(shù)

邢修權(quán)

【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)的突飛猛進(jìn)，各大城市的建設(shè)發(fā)展越來(lái)越向地下尋找發(fā)展空間，基坑工程越來(lái)越多的向大深方向發(fā)展。其建設(shè)時(shí)除了需要考慮滿足使用功能要求以外，還要十分注重建筑物的外觀造型。同時(shí)，由于基坑工程本身的復(fù)雜性和基坑設(shè)計(jì)中假設(shè)的工況模型還不能很好的反映施工時(shí)的集體狀況，所以需要通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)到的各種變形數(shù)據(jù)信息，為設(shè)計(jì)和施工單位優(yōu)化下一步的施工參數(shù)提供相關(guān)的參考，以達(dá)到信息化安全施工，杜絕隱患，避免因基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌造成人員和經(jīng)濟(jì)的巨大損失。而測(cè)量技術(shù)的正確應(yīng)用，特別是位移測(cè)量技術(shù)的正確應(yīng)用是準(zhǔn)確獲得基坑變形數(shù)據(jù)的可靠保證。建筑基坑監(jiān)測(cè)工程的內(nèi)容通常包括基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測(cè)、基坑周?chē)h(huán)境的沉降監(jiān)測(cè)以及地下水位監(jiān)測(cè)。基坑監(jiān)測(cè)工作是確保工程質(zhì)量和安全的重要措施之一，文章首先分析了建筑基坑施工監(jiān)測(cè)的主要特點(diǎn)，同時(shí)就如何做好基坑監(jiān)測(cè)中的位移測(cè)量工作進(jìn)行了相關(guān)探討。最后重點(diǎn)分析了建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中的位移測(cè)量技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】：建筑基坑；監(jiān)測(cè)工程；位移測(cè)量技術(shù)

【前言】：建筑基坑監(jiān)測(cè)工程就是為了確保建筑工程的安全，并對(duì)其土方施工和地下室施工提供有效的監(jiān)督、指導(dǎo)和預(yù)警，從而防止發(fā)生基坑坍塌等事故的一項(xiàng)必要措施。而施工現(xiàn)場(chǎng)方案是否合理，獲得的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，以及測(cè)量人員的專業(yè)技術(shù)水平等都會(huì)直接對(duì)工程質(zhì)量造成影響，必須重視并做好測(cè)量施工質(zhì)量控制工作，尤其是基坑施測(cè)工作。當(dāng)前，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)尚無(wú)成熟的方法用于計(jì)算基坑周?chē)耐馏w變形，施工中通過(guò)準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)，可以指導(dǎo)基坑開(kāi)挖和基坑支護(hù)，有利于及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免或減輕破壞性的后果。

1、建筑基坑施工監(jiān)測(cè)的主要特點(diǎn)

1.1時(shí)效性

普通工程測(cè)量一般沒(méi)有明顯的時(shí)間效應(yīng)。而基坑監(jiān)測(cè)通常是配合降水和開(kāi)挖過(guò)程，有鮮明的時(shí)間性。測(cè)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(cè)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(cè)需隨時(shí)進(jìn)行，通常1次/d，在測(cè)量對(duì)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(cè)的時(shí)效性要求對(duì)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。

1.2高精度

普通工程測(cè)量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m以下建筑物在測(cè)站上測(cè)定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測(cè)到這樣的變形精度，普通測(cè)量方法和儀器都不能用任，因此基坑施工中的測(cè)量通常采用一些特殊的高精度儀器。

1.3等精度

基坑施工中的監(jiān)測(cè)通常只要求測(cè)得相對(duì)變化值，而不要求測(cè)量絕對(duì)值。例如，普通測(cè)量要求將建筑物在地面定位，這是一個(gè)絕對(duì)量坐標(biāo)及高程的測(cè)量，而在基坑邊壁變形測(cè)量中，只要求測(cè)定邊壁相對(duì)于原來(lái)基準(zhǔn)位置的位移即可，而邊壁原來(lái)的位置（坐標(biāo)及高程）可能完全不需要知道。由于這個(gè)鮮明的特點(diǎn)，使得深基坑施工監(jiān)測(cè)有其自身規(guī)律。例如，普通水準(zhǔn)測(cè)量要求前后視距相等，以清除地球曲率、大氣折光、水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行等項(xiàng)誤差，但在基坑監(jiān)測(cè)中，受環(huán)境條件的限制，前的視距可能根本無(wú)法相等。這樣的測(cè)量結(jié)果在普通測(cè)量中是不允許的，而在基坑監(jiān)測(cè)中，只要每次測(cè)量位置保持一致，即使前后視距相差懸殊。結(jié)果仍然是完全可用的。因此，基坑監(jiān)測(cè)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(cè)者按同一方案施測(cè)

2、如何做好基坑監(jiān)測(cè)中的位移測(cè)量工作

基坑監(jiān)測(cè)一般需要進(jìn)行下列項(xiàng)目的測(cè)量：①監(jiān)控點(diǎn)高程和平面位移的測(cè)量；②支護(hù)結(jié)構(gòu)和被支護(hù)土體的側(cè)向位移測(cè)量；③基坑坑底隆起測(cè)量；④支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外土壓力測(cè)量；⑤支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力測(cè)量；⑥支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力測(cè)量；⑦地下水位變化的測(cè)量；⑧鄰近基坑的建筑物和管線變形測(cè)量等。

2.1基坑監(jiān)測(cè)在基坑的開(kāi)挖施工至使用過(guò)程中是一項(xiàng)重要工作。雖然基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了盡可能詳盡的計(jì)算，但設(shè)計(jì)與實(shí)際施工狀況的脫節(jié)仍不可避免，一方面是由于設(shè)計(jì)理論所限，另一方面是建設(shè)單位對(duì)投資的限制，在基坑監(jiān)測(cè)的具體操作上需按規(guī)范要求精心進(jìn)行，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形測(cè)量是重中之重。

2.2在測(cè)量過(guò)程中，必須按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求認(rèn)真操作儀器，嚴(yán)格把關(guān)。具體做好以下幾點(diǎn)：

2.2.1水平基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)的設(shè)立要穩(wěn)妥

基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)是檢驗(yàn)和直接測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的依據(jù)，要求在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中穩(wěn)定不變。必須埋設(shè)在變形范圍以外，且不受施工干擾的穩(wěn)定的位置，盡可能的靠近被監(jiān)測(cè)目標(biāo)。同時(shí)為了便于校核，以驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)目應(yīng)不少于三個(gè)。

2.2.2位移測(cè)量時(shí)采用的儀器設(shè)備應(yīng)通過(guò)計(jì)量部門(mén)檢驗(yàn)合格，并在有效期內(nèi)。同時(shí)在整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程中應(yīng)采用固定儀器，以減小測(cè)量誤差。

2.2.3位移測(cè)量方法要講究。監(jiān)測(cè)人員應(yīng)充分了解所采用的測(cè)量?jī)x器的構(gòu)造、原理，對(duì)儀器固有誤差對(duì)變形數(shù)據(jù)影響做到心中有數(shù)，測(cè)量方法對(duì)儀器誤差減弱要充分應(yīng)用。

2.2.4誤差橢圓要正確擺放。由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移測(cè)量只要求獲得垂直與基坑邊線方向的變化量，對(duì)限于現(xiàn)行測(cè)量技術(shù)不能減小的誤差，在實(shí)際測(cè)量中對(duì)誤差橢圓要正確擺放，將誤差橢圓短軸盡量垂直與基坑邊線，利用誤差最小的方向。

2.2.5測(cè)量時(shí)間要正確選擇。測(cè)量目標(biāo)的清晰、穩(wěn)定的程度在一天之內(nèi)隨時(shí)間的不同而變化著。一般晴天時(shí)，成像清晰、穩(wěn)定的時(shí)間是日出一小時(shí)至九點(diǎn)鐘前和下午三四點(diǎn)鐘以后。陰天時(shí)，成像的情況比晴天有利，可以觀測(cè)的時(shí)間比晴天長(zhǎng)得多。

2.2.6測(cè)量的圖示與記錄要準(zhǔn)確、清楚。基坑監(jiān)測(cè)測(cè)量實(shí)施過(guò)程中應(yīng)事先畫(huà)好觀測(cè)示意圖并對(duì)每次觀測(cè)認(rèn)真做好記錄，及時(shí)計(jì)算各種限差和閉合差，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2.7資料整理與提交

按規(guī)定對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)后，依據(jù)監(jiān)測(cè)成果的科學(xué)性.準(zhǔn)確性.及時(shí)性的要求，對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行及時(shí)分析整理。監(jiān)測(cè)當(dāng)天的觀測(cè)成果，應(yīng)第一時(shí)間電話通知甲方.監(jiān)理施工方，并于下一次監(jiān)測(cè)前，提交正式監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)。監(jiān)測(cè)工作期間，每周匯報(bào)本周監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成監(jiān)測(cè)周報(bào)，并提交給業(yè)主和監(jiān)理單位。監(jiān)測(cè)對(duì)象出現(xiàn)異常變化時(shí)，及時(shí)整理書(shū)面材料呈報(bào)有關(guān)各方，材料包括：分析原因，提出相對(duì)的對(duì)策建議，同時(shí)加密觀測(cè)，了解其進(jìn)一步的變化情況和進(jìn)一步采取措施后的效果。出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，保證現(xiàn)場(chǎng)24小時(shí)有人連續(xù)觀測(cè)并及時(shí)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。為保證預(yù)報(bào)及時(shí)，必要時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)一辦公室，配備電腦.打印機(jī)等必備辦公用品。監(jiān)測(cè)工作期間，每次的監(jiān)測(cè)成果，應(yīng)在第二天提供書(shū)面的監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)。每周應(yīng)匯報(bào)總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，形成監(jiān)測(cè)周報(bào)，并提交給業(yè)主和監(jiān)理單位。整個(gè)監(jiān)測(cè)工作結(jié)束后，向業(yè)主提交監(jiān)測(cè)總結(jié)報(bào)告。內(nèi)容包括：監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖.監(jiān)測(cè)說(shuō)明.監(jiān)測(cè)成果表.統(tǒng)計(jì)表.監(jiān)測(cè)曲線.各施工階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，變形分析，結(jié)論等。endprint

3、建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中的位移測(cè)量技術(shù)

3.1建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中位移測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

基坑水平位移監(jiān)測(cè)的常用方法主要有經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法、小角度法等，這些方法的特點(diǎn)是使用經(jīng)緯儀即可進(jìn)行觀測(cè)，基于基坑附近有相對(duì)穩(wěn)定的地面基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，并保證在監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視的條件下才能實(shí)施。但在觀測(cè)基坑不同邊水平位移時(shí)需進(jìn)行儀器搬站，觀測(cè)所需時(shí)間較長(zhǎng)。常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法已不能適應(yīng)城市深基坑施工的復(fù)雜環(huán)境。目前，隨著智能型全站儀的普及和應(yīng)用，采用極坐標(biāo)法或以極坐標(biāo)法為基礎(chǔ)的自由設(shè)站法（統(tǒng)稱為全站儀坐標(biāo)變化法，簡(jiǎn)稱為全站儀坐標(biāo)法），可直接測(cè)定任意方向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)計(jì)算兩次坐標(biāo)的變化量就可確定位移量。用全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行基坑水平位移監(jiān)測(cè)通常不需要搬站，一次測(cè)完所有點(diǎn)，可節(jié)約大量觀測(cè)時(shí)間，能有效排除基坑施工干擾及周邊土體變形的影響，通過(guò)相鄰周期坐標(biāo)計(jì)算可以快速、準(zhǔn)確地獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移量和累計(jì)位移量。

3.2觀測(cè)數(shù)據(jù)處理

觀測(cè)數(shù)據(jù)處理首先進(jìn)行的是觀測(cè)成果測(cè)站平差，測(cè)站平差的目的是根據(jù)測(cè)站上的觀測(cè)成果求出個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)方向和距離的量或值，同時(shí)可以計(jì)算出方向值、距離值的中誤差，以評(píng)定測(cè)站的觀測(cè)成果質(zhì)量。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算采用極坐標(biāo)法進(jìn)行，計(jì)算時(shí)假定坐標(biāo)系X軸平行與基坑?xùn)|西邊平行。

3.3全站儀坐標(biāo)法的原理

全站儀坐標(biāo)法包括傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法和以極坐標(biāo)為基礎(chǔ)的自由設(shè)站法。自由設(shè)站法是由兩個(gè)已知坐標(biāo)的點(diǎn)作為后視點(diǎn)，首先求得測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)，然后通過(guò)測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)算出前視測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。整個(gè)過(guò)程中，測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)僅起傳遞作用，從而每次測(cè)量時(shí)，測(cè)站點(diǎn)的位置可以是隨意的（但每次位置應(yīng)大致相同），這種方式能很好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)樗且詷O坐標(biāo)法為基礎(chǔ)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所以在這里只分析極坐標(biāo)法。由于測(cè)量坐標(biāo)的精度受距離測(cè)量精度和角度測(cè)量精度的共同影響，不太容易估算，給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)一些問(wèn)題。

3.4全站儀坐標(biāo)法的測(cè)量精度

對(duì)于一等精度要求，必須采用強(qiáng)制對(duì)中且全站儀的等級(jí)不低于一秒級(jí)，將一秒級(jí)全站儀改為半秒級(jí)全站儀時(shí)，距離限值由一百五十米放寬至三百米；采用光學(xué)對(duì)中即使采用最高等級(jí)的全站儀也難以達(dá)到要求。對(duì)于二等精度要求，采用

強(qiáng)制對(duì)中且等級(jí)高于一秒級(jí)的全站儀很容易達(dá)到要求，若采用兩秒級(jí)全站儀是，距離則限制在兩百米以內(nèi)；若采用光學(xué)對(duì)中，則半秒級(jí)的全站儀很容易達(dá)到要求，一秒級(jí)全站儀限制在四百米以內(nèi)，兩秒級(jí)全站儀限制在一百五十米以內(nèi)。需要說(shuō)明的是，全站儀的標(biāo)稱精度中，測(cè)距精度相對(duì)容易達(dá)到，外界氣象條件對(duì)測(cè)距的誤差作用相對(duì)小些，容易實(shí)現(xiàn)其標(biāo)稱精度。而測(cè)角精度，以兩秒級(jí)全站儀為例，“兩秒級(jí)”只是表明儀器內(nèi)部精度，它是在室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)地獲得的數(shù)

值，不代表實(shí)際作業(yè)中的精度，實(shí)際測(cè)角時(shí)受旁折光影響，作用更為顯著，不易被人們掌握。但是，以上精度估算可以作為一種定性的分析，實(shí)際作業(yè)時(shí)根據(jù)外業(yè)成果和同類儀器的使用情況，采用多個(gè)測(cè)回來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.5建筑基坑監(jiān)測(cè)工程位移測(cè)量的注意事項(xiàng)

建筑基坑在整個(gè)地下室施工期間，應(yīng)安排專人對(duì)基坑支護(hù)及其周?chē)h(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并做好記錄；當(dāng)發(fā)現(xiàn)支護(hù)面發(fā)生裂縫時(shí)，應(yīng)觀察裂縫發(fā)生的情況，分析

原因，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的頻度，及時(shí)報(bào)告情況；當(dāng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)位移量或位移速率達(dá)到報(bào)警值時(shí)，要及時(shí)通知基坑內(nèi)的施工人員，并向建設(shè)、監(jiān)理、施工單位負(fù)責(zé)人報(bào)警；施工負(fù)責(zé)人接到報(bào)警通知，應(yīng)及時(shí)組織相關(guān)人員對(duì)基坑位移進(jìn)行全面檢查，分析、找出發(fā)生較大位移的原因，應(yīng)提出有針對(duì)性地整治措施；在建筑基坑監(jiān)測(cè)人員提出報(bào)警后，靠近報(bào)警部位的基坑作業(yè)應(yīng)及時(shí)停止，撤出相關(guān)設(shè)備、材料，疏散施工作業(yè)人員，待處理好后方可繼續(xù)基坑內(nèi)的施工；如果確實(shí)有必要，則應(yīng)對(duì)建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的報(bào)警部位進(jìn)行徹底清除并重新支護(hù)；建筑基坑支護(hù)坡頂?shù)囊幻追秶鷥?nèi)禁止重物的堆放和重載車(chē)輛的行走，并采用鋼管欄桿做好防護(hù)安全。

3.6資料整理以及提交

每周期觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算資料及時(shí)進(jìn)行整理平差，計(jì)算出各觀測(cè)點(diǎn)的位移量，填制觀測(cè)成果表，并把相關(guān)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)報(bào)提交給有關(guān)單位。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，建筑基坑監(jiān)測(cè)工程就是為了確保建筑工程的安全，并對(duì)其土方施工和地下室施工提供有效的監(jiān)督、指導(dǎo)和預(yù)警，從而防止發(fā)生基坑坍塌等事故的一項(xiàng)必要措施。建筑基坑監(jiān)測(cè)工程的內(nèi)容通常包括基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測(cè)、基坑周?chē)h(huán)境的沉降監(jiān)測(cè)以及地下水位監(jiān)測(cè)。因此，在建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中進(jìn)行位移測(cè)量，除了要對(duì)相關(guān)規(guī)范熟練掌握，對(duì)用的儀器熟練操作外，對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)、原理，誤差的來(lái)源和減弱措施要有足夠的重視，才能在建筑基坑監(jiān)測(cè)工程中獲得準(zhǔn)確的圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移信息。建筑基坑監(jiān)測(cè)工程的監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)滿足：在基坑開(kāi)挖期間每1至2天監(jiān)測(cè)一次，發(fā)生較大變形時(shí)加密監(jiān)測(cè)頻率直至跟蹤監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期至完成該區(qū)段基坑土方回填為止。在施工監(jiān)測(cè)過(guò)程中要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)的保護(hù)，防止碰撞破壞，若因施工不慎而產(chǎn)生破壞時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)位

移量或位移速率達(dá)到報(bào)警值時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知基坑內(nèi)的施工人員，并向建設(shè)、監(jiān)理、施工單位負(fù)責(zé)人報(bào)警。另外，每次監(jiān)測(cè)完成應(yīng)及時(shí)提交日?qǐng)?bào)表。當(dāng)監(jiān)測(cè)工程結(jié)束時(shí)，應(yīng)提交完整的基坑監(jiān)測(cè)報(bào)告。

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