軟基路段的變形監測和精度探討

楊愛民

（福建巖土工程勘察研究院，福建福州 350001）

毛窠邊坡治理工程因“618”洪災造成原支護系統部分結構遭到破壞，補強工程現已建成。該工程安全等級為一級，工程重要性等級為一級，場地等級為二級，地基等級為一級。為了跟蹤邊坡及支護結構的穩定和變形趨勢，需對邊坡及支護結構進行監測。軟基路段土層具有埋藏淺、厚度變化大的特點，在經歷水毀災害后，該路段路基具有含水量大、空隙比大、承載力降低、易觸變等特點，補強工程施工后軟基邊坡對工程支護結構和路基的穩定性具有一定的破壞作用。而采用軟基檢測可以有效地解決變形控制問題，軟基監測數據對于工程后期的監控工作很重要，對沉降數據進行收集可以進行趨勢預測，有效控制工后沉降，確保工程質量。

1 變形監測和精度測量總體方案設計

根據業主提供的小區工程施工設計方案，并結合現場實際情況，選取具有代表性的軟基地段進行處理，同時進行變形監測。變形監測內容具體包括水平位移監測、沉降監測、土體深層位移監測、分層位移監測和地下水壓檢測等，而本文主要針對施工工程進行水平位移監測和沉降監測內容的討論，主要的施工工序包括[1]：

（1）監測方案總體設計。具體包括工程概況分析，對檢測內容和要求的確定，明確監測依據；

（2）布設基準網；

（3）變形觀測點布置；

（4）水平位移和沉降變形監測；

（5）數據處理；

（6）結論探討。

由于選取的代表性監測路段具有其特殊性，不同的變形監測數據會有細微差別，因此，決定在觀測區布置統一的基準網，埋設監測點，進行監測處理。

2 變形監測內容和要求

2.1 監測內容

具體監測內容有水平位移監測、豎直位移監測、深層水平平位移監測、傾斜監測和裂縫監測[2]。其中水平監測的目的是對于支護結構的邊壁水平變形和濱興速率數據進行監測；豎直位移監測主要用于監測維護墻頂、地表和立柱豎向位移的數據監測；深層水平位移監測用于收集支護結構墻體和周圍土體的深層水平位移信息；傾斜監測主要用于收集建筑物傾斜度、傾斜方向和傾斜速率等方面的有效信息；裂縫監測是對裂縫長、寬變化、位置、走向等信息的變化數據進行收集。

結合本案例根據本工程毛窠地段的支護工程設計圖，在進行監測前，應該對工程設施的周圍建筑物和有關設施的現狀進行調查、拍照作為檔案資料進行保存，并做詳細的記錄。由于對監測數據具有等精度性要求，因此，監測工作應該固定監測施工人員和監測儀器，并且選用同樣的觀測方法在基本相同的情況下實施監測。具體進行的監測內容有：

（1）邊坡深層水平位移（測斜）：在整個支護范圍內分布，間隔30～35m埋設1根測斜管，測斜管埋至坡底穩定巖土層或深入坡腳不少于3m，以觀測邊坡在使用過程期間的水平變形，共布設30孔。

（2）垂直位移（沉降）和平面水平位移：在邊坡坡頂、各馬道，每隔22～30m布置1個觀測點，共布設70個。

2.2 監測特點

監測過程需要配合天氣和開挖工作，因此具有較強的時效性特點，測量的結果也是動態變化的，因此，軟基路段施工后進行變形監控與施工時相比頻次相對較低，可以根據工程的具體施工情況進行監測，但對于觀察數據變化比較快的關鍵期，監測頻次應該高一些[3]。監測的時效性特點對監測方法和設備的選取具有較高的要求，需要使用獲取數據快、能適應嚴酷條件下監測要求的手段和設備。

監測具有高精度要求，由于變形速率可能為0.1mm/d以下，所以對監測精度有較高的要求，需要高精度的測量方法和儀器。監測過程中使用的高精度儀器主要有測斜儀、深層沉降標、全站儀或水準儀、土壓力計、孔隙水壓力計、鋼筋應力計、混凝土應力計、溫度計、低應變動測儀和超聲波無損檢測儀等監測設備。不同的監測儀器具有不同的監測功能，可以根據工程的具體情況選擇具有較高精度的測量儀器。

監測數據具有等精度要求，在監測施工中，需要盡可能地做到等精度，運用相同的測量儀器，選取相同的位置，由統一測量人員使用統一測量方法進行監測，盡可能地保證監測數據的等精度要求。

3 監測依據

（1）業主提供的本工程設計文件。

（2）制定本方案所引用的技術規范及標準：

①《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）；

②《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2002)；

③《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）。

4 觀測點布置

觀測點布置按規范及設計文件的要求布設，在觀測前預埋，經觀測確定穩定后方可投入使用。一般觀測點的設置不會少于2個，并需要在監測期間對其進行定期的聯合監測，以確保監測的穩定性。對于觀測點的監測頻率可做適當的調整，一般工程施工期間需要每天獲取監測數據，施工穩定期可適當降低監測頻率。若監測過程中出現警報數值，需要增加監測頻次以降低工程危險發生率。觀測點的布置需要綜合考慮，不能影響正常受力機構，不能削弱結構的剛度和強度，可提前30d施工，進行深埋。

除觀測點外，還在邊坡周邊布置4個控制點，組成水平及沉降控制網。詳見監測點平面布置圖。對于監控點的布置應該考慮在工程轉折處，或者距離建筑物比較近的地方進行適當加密處理。

5 觀測方法

5.1 平面及沉降控制網的建立

以邊坡周邊4個控制點，組成水平及沉降控制網。

5.1.1 平面控制網

采用靜態GPS按國家二等控制網的精度要求進行觀測、平差，作為水平位移觀測的基準點，和聯測布置在代表性路段的基準點，組成全測區的基準網，確保不同路段的基準網處于一個監測系統。

GPS靜態相對定位技術在工程測量中廣泛應用，可以提供精確的工程測繪控制網，多用于工程沉降監測、變形監測。當前的GPS定位技術以其全天候、高精度和自動測量的特點在工程測繪中廣泛使用，由于其智能化、自動化的技術特點，大大提高了工程施工效率，降低工作人員作業強度[4]。

5.1.2 沉降控制網

采用NA 2級精密水準儀按國家二等水準測量的精度要求進行觀測、平差，作為沉降觀測的基準點。水準儀是一種高精度的監測設備，可以對地下管線、支護機構和周圍建筑環境等方面的沉降和變化數據提供支持。

5.2 支護結構的變形觀測

5.2.1 水平位移監測

采用NIKON350全站儀進行觀測，觀測方法為前方交匯，觀測精度執行《建筑變形測量規程》（JGJT/8-97）、《工程測量規范》。全站儀和水準儀一樣是監測精度設備，可以對地下管線、支護機構和周圍建筑環境等方面的沉降和變化數據提供支持。

5.2.2 沉降監測

采用NIKON350全站儀進行觀測，觀測精度執行《建筑變形測量規程》（JGJT/8-97）、《工程測量規范》。

5.3 土體水平位移(側斜)

采用測斜儀進行觀測，觀測精度小于±0.1mm。土體深層水平位移采用測斜儀觀測，斜測儀可以沿鉛垂方向對土層和支護結構進行內部水平位移提供精確數據，可以實現單位和雙向位移，在雙向位移中可以求出矢量和進而預測位移的最大值和方向。

觀測測斜儀上下兩對導輪之間傾斜角度，傾斜角度間接反映了兩對導輪間的相對水平位置，并可以計算出該段測斜管的相對水平位移。

δi=Lisinαi式中 Li為設置的測點分段距離，常取1000mm。整根管子兩端的相對水平位移差Δn可表示為：Δn=∑Lisinαi,當管子的埋置足夠深時，管底可認為是不動的，Δn即為管頂的水平位移值。把測量結果整理成水平位移變化曲線，反映各土層的水平位移情況。如圖1所示為測斜管埋設示意圖。

5.4 觀測頻度

我院于2013年1月25日進場觀測，至2014年12月25日共觀測26次。對于觀測點的監測頻率可做適當的調整，一般工程施工期間需要每天獲取監測數據，施工穩定期可適當降低監測頻率。若監測過程中出現警報數值，需要增加監測頻次以降低工程危險發生率。

6 觀測成果及變形分析

圖1 測斜管埋設示意圖

6.1 觀測成果

由于沉降檢測數據較多，現選取沉降數值變化較大的多組觀測數據，以供參考。如表1所示。

6.2 變形分析

表1 監測點水平位移沉降觀測成果表

6.2.1 水平位移觀測成果分析

該支護工程累計位移量最大處為S27測點，位移量為14mm,最小處為S5測點，位移量為6mm,各測點累計位移量介于6～14mm之間。根據南平市當地經驗值，累計水平位移量監控值為不超過1/300H，該邊坡H最大處在15m左右，因此，該邊坡累計位移量不應超過50mm,而各測點位移量均未超過此范圍，說明該支護工程邊坡已趨于穩定。

6.2.2 監測點沉降觀測成果分析

由表1可知，該支護工程累計沉降量最大處為S57測點，沉降量達6.8mm,最小處為S25測點，沉降量為3.6mm,各測點累計沉降量介于3.6～6.8mm之間。根據《建筑變形測量規程》（JGJT/8-97），亦說明該支護工程邊坡已趨于穩定。

6.2.3 邊坡深層水平位移（測斜）分析

下圖為工程3個典型的觀測點，圖2、圖3、圖4分別為觀測點C1、C15、C30邊坡位移曲線圖。

以代表性測斜孔C1、C15、C30為例，各測斜孔深層位移量在12mm以內，位移量出現孔口以下6.0m范圍內。觀測后期位移量較小，曲線較密，說明該支護工程邊坡已趨向穩定。

圖2 南平市八仙小區C1測得位移曲線圖

圖3 南平市八仙小區C15測得位移曲線圖

圖4 南平市八仙小區C30測得位移曲線圖

7 結論與建議

水平位移及沉降數據均表明該邊坡工程在2013年1月25～2014年12月25日觀測期間處于正常狀態，該支護工程邊坡已趨向穩定。

本觀測期內，該邊坡支護工程尚未受到長時間降水及大臺風的考驗，建議繼續觀測一年，并定期派人對該邊坡工程進行巡視，尤其要加強臺風雨后的觀測，以便及時排除安全隱患。

工程設施的變形監測屬于精密工程測量，以此，在監測過程中需要使用高精度的測量儀器，監測施工人員應該按照較高的監測等級和精度標準進行熟練操作。監測點的布設是監測工作的重要環節，監測點的布設質量直接決定監測結果，因此，確定監測點布設需要施工人員進行科學選擇。變形監測有幾項施工原則，要確保基準點穩定；設備、技術、方法、施工人員保持一致，監測起算點一致，監測結果具有可比性，保證檢測符合等精度要求。

[1]陸向明,莫傳山,李朝暉.某軟基路段的變形監測及精度分析[J].才智,2010(22)：73-74.

[2]莊建林.軟基地區道路施工變形監測[J].測繪與空間地理信息,2013,36(4)：199-201,204,207.

[3]韋東波.基坑變形觀測方法[J].科技視界,2014(23)：82-82,214.

[4]董建華.有關工程測繪中GPS測量技術的應用[J].建筑工程技術與設計,2016(32)：43.