建筑工程深基坑的變形觀測探討

劉 林

(四川省建筑科學研究院有限公司，四川 成都 610081)

0 前 言

在高層建筑不斷涌現的社會環境下，建筑工程規模不斷擴大，建筑物深基坑開挖施工也比較常見。在深基坑中，基坑深度在5 m以上，諸多復雜因素都會對基坑產生影響，比如施工環境、地質條件、周邊環境等，為保證深基坑施工質量與安全，開展規范化的變形觀測是非常必要的。

1 深基坑變形機理及監測目的

在建筑工程施工中，基坑開挖或導致周圍地層出現異動，這是深基坑變形的主要原因。實際上，可通過基坑開挖面上卸載來看待基坑開挖過程，此種操作下會導致水平方向或者垂直方向上土體原始應力有所改變。就基坑開挖的整個過程來看，在水平方向上，受到坑內外部土壓力的影響，圍護結構出現位移，地表沉降也得以加大。在垂直方向上，基坑內外存在高差，加載出現，并且受到地面超載的作用，導致坑底出現隆起情況。

在建筑工程深基坑施工中，通過基坑變形監測的落實，能夠為設計與施工的順利進行提供支持，便于反饋信息，優化開挖方案，在實際施工中積累經驗，確保深基坑工程設計與施工水平都能夠逐步得到提升。

2 深基坑變形的常見現象、原因及防治

1)變形觀測過程中，基準點與觀測點設定在時間上存在偏差，無法對邊坡實際變形加以準確反映。其原因在于，操作人員缺乏系統且完善的變形觀測知識，并未高度重視沉降與水平位移觀測質量控制，觀測過程中支護結構、土方開挖等對觀測點造成擾動。針對此種情況，需要在支護結構與降水井施工完成后且基坑開挖之前來設置基準點與觀測點，保證觀測結果的真實性。

2)各觀測點設置不夠合理，基坑邊坡變形會對基準點產生影響。其原因在于，觀測點埋設不合理，基準點位移出現，相對變形值無法對實際情況進行反應，操作者的專業水平有待提升。針對此種情況，需要合理布設水平位移觀測點與沉降觀測點，控制好變形觀測點間距，重視基準點與變形觀測點的保護，避免遭到人為破壞。

3)變形觀測時間不合理，頻率紊亂，影響觀測成果。在變形觀測過程中，由于觀測時間間隔缺乏規律性，無法通過觀測成果來把握實際情況。這就需要實施變形觀測，控制好基坑開挖中觀測時間間隔，若部分情況可能導致變形加快，需要將觀測頻數提升。地下構筑物完工后，觀測得以結束。

4)觀測點穩定性不足，埋設方式不合理，影響了觀測數據的真實性與可靠性。若施工單位并未高度重視沉降觀測，觀測點設置不合理，就會導致此種問題出現。針對此種情況，需要依照要求來確定觀測點，保證牢固且穩定，便于長期保存，確保在頂部能夠垂直量測，且視同條件優良。

5)變形觀測缺乏完善的資料，無法保證觀測成果的真實性與權威性。這一情況的出現原因在于，基準點與觀測點資料不夠完善，并未詳細記錄觀測值，導致記錄值不夠全面等。觀測過程中其他單位并未就簽證進行辦理。針對此種情況，需要就基準點與觀測點的位置加以明確，做好編號，對變形觀測各項信息進行準確記錄，包括日期、時間、累積變形值等。以觀測資料為支持，繪制曲線或圖表，待觀測結束后進行匯總，附上文字說明。及時請有關單位進行檢查與復核，做好簽證備案。

3 深基坑變形觀測的內容

3.1 圍護結構

水平位移監測過程中，能夠直觀體現出圍護結構變形情況，在監測過程中必須要掌握重點。就水平方向上基坑狀態來看，基坑內外土體原始應力狀態發生改變，會導致地層移動出現，進而造成圍護結構變形。在基坑開挖過程中，水平方向影響范圍與開挖深度相比可達1.5倍，一般在基坑邊上對監測控制點進行設置的過程中，以開挖距離的2.5～3倍距離之外的穩定區域為主要環境，保證監測控制點的設置能夠滿足水平位移與沉降的監測需求。在對變形監測點進行布置的過程中，要明確具體的觀測間隔，水平位移監測過程中相關數據如表1所示，以確保水平位移監測的準確性與可靠性。

表1 水平位移監測中數據信息表

在沉降監測方面，必須要認識到地下水活動往往會對基坑圍護結構產生影響，導致其沉降變化出現。在地下水位升降過程中，會影響到基坑底部壓力，導致其出現差異性變化，基地突涌或者下陷的問題較為常見。在圍護結構沉降監測過程中，對于關鍵部位，一般會應用到電子水準儀，確保其具有較高的精密度，也可依照水準測量方法來進行監測。在深基坑變形監測過程中，需要結合工程性質、地質條件、施工進度等要素開展綜合分析，來對觀測的周期、時間和次數等加以確定，以確保深基坑變形觀測工作得以規范化開展。

3.2 周圍環境

在監測鄰近建筑物沉降的過程中，需要明確深基坑開挖的具體情況，密切關注基坑周圍土體狀態，把握其塑性流動，自圍護結構外側出發，土體得以流向坑內和基底，導致地表沉降問題出現。在基坑開挖之前，地下連續墻施工作業也會影響到地層狀態，導致地層位移出現，進而造成地表沉降問題。針對此種情況，在觀測建筑物沉降的過程中，需要把握建筑物結構、地質條件、開挖施工方案等要素，在全面分析的基礎上，合理布置監測點，以確保變形觀測工作得以規范落實。一般情況下，將觀測點設置于建筑物角點、中點或者周邊，也可在建筑物自身墻壁上進行固定，與地面保持適當的距離，一般保持在1 m左右，一般每棟建筑物設置6個以上觀測點，以確保滿足觀測需求。

在觀測臨近建筑物裂縫的過程中，需要保證觀測點設置的合理性。在深基坑施工過程中，不均勻沉降的出現會對地基產生一定影響，導致位移情況出現，若建筑物傾斜，則會影響結構狀態，導致附加拉力與剪力出現。若材料承載能力有限，無法承受較大的應力，就會導致裂縫問題出現。在變形觀測過程中，需要統一進行編號，就裂縫進行合理分組，布設觀測標志，以避免出現混亂。通過數據來對裂縫寬度進行表示時，必須要保證數據精確至0.1 mm，詳細記錄觀測日期、長度、寬度、部位等數據，為建筑工程深基坑施工提供參考。

在觀測道路與管線變形方面，要把握建筑工程深基坑開挖施工的整體過程，從水平位移和沉降入手，來實施規范化的觀測，以把握施工現場臨近道路以及管線等實際情況。在這一方面主要應用儀器觀測方式，也可通過測試與目測調查相協調的方式，二者互為補充，從而確保變形監測獲得理想的效果。在應用目測調查法的過程中，主要是圍繞周圍地面進行，觀察其是否存在超載情況，把握建筑物與地面之間裂縫分布狀況，以及地下管線是否存在變形或者損壞等，從而對變形進行全面觀測和準確記錄，以便優化深基坑施工方案，切實加強建筑工程施工質量控制。

4 建筑工程深基坑的變形觀測

4.1 工程概況

某深基坑工程基本信息如表2所示。基坑東西兩側分別緊鄰8層大酒店，地下為回填雜土，周邊分布密集的市場管線。深基坑邊坡土質為回填土，基坑周邊放坡空間有限，幾乎呈垂直狀態，存在復雜的支護結構。在深基坑工程中，以西邊坡變形觀測為重點。

表2 某深基坑工程基本信息

4.2 圍護結構水平位移觀測

1)坐標法。結合深基坑工程項目實際情況出發，水平位移觀測過程中對于坐標法的應用，主要是以全站儀與反射片相互協調，對變形點進行動態掃描，通過整體平面控制網法的應用，來觀測變形監測點。于基坑區南北道路上對穩定點進行選擇，構成基準點，滿足平面控制需求。將圍護結構變形監測點布置于基坑支護結構頂端。控制網過渡點布設于基坑周邊道路以及施工道路上，對圍護結構位移監測點和基準點進行連接，形成控制網，以監測基準點為輔助，來監測基坑內錨桿、樁頂冠梁以及護坡變形點等。由于場地條件存在一定限制與監測控制網缺乏規則性，這就需要定期復測控制網，保證其具有良好的精度。將反射片裝置設置于變形觀測點上，在對觀測點坐標進行掃描的過程中應用全站儀極坐標法，基坑的水平位移以及豎向位移得以通過三維坐標變化加以呈現，從而獲得準確可靠的數據，來將基坑側壁具體情況反映出來。

2)基線法。在對圍護結構水平位移進行測量的過程中，基線法發揮著重要的作用，于基坑邊坡北部位置對基準點進行選擇，確保滿足監測需求，以經緯儀基線法為輔助，將儀器架設于基準點上，對開挖影響范圍以外的目標進行瞄準，基線得以確定，之后對位移變形監測點進行選擇，在基坑開挖的過程中，變形監測點也隨之移動，監測點位移就是移動的距離。通過實踐發現，傳統方法下以測釬和直尺讀數為瞄準方式，無法保證測量的精確度與有效性，針對此種情況，可運用軌道化標尺，標尺一次滑動即可完成繁瑣的立測釬過程。通過基線位移觀測覘的移動，能夠與發射片保持強制對中作用，對目標進行精確瞄準。通過激光器調節作用的發揮，能夠與經緯儀確定的基線保持一致，通過瞄準系統的輔助，可通過一次滑動對位移量進行測量。讀數可估讀到0.1 mm。在使用過程中可將經緯儀架設于基準點上，以便對基線進行確定，觀測覘某刻度與變形觀測點緊貼，將經緯儀望遠鏡轉動，瞄準觀測覘后，對反射片進行滑動，通過刻度盤來將位移值讀出。該方式能夠滿足基線法測水平位移的項目應用需求，方便快捷，應用前景廣闊。

4.3 周圍建筑物沉降觀測

精密水準測量法能夠滿足周圍建筑物沉降監測需求，電子水準儀需具備較高的精度，對建筑物沉降觀測點以及水準點之間高差變化進行周期性的監測。于基坑西邊坡的周邊道路上，設置沉降監測點，主要是對地下管線進行監測，而大樓上基坑邊沉降監測點的選擇，主要是對建筑物沉降進行監測。

4.4 錨索應力觀測

在這一方面主要應用錨索測力計，其由合金鋼圓筒制作而成，強度較高，在不同荷載下其內部所放置的高精度振弦式傳感器的數量也有所不同。錨索測力計上的總荷載的監測，可通過傳感器來實現，對不均勻荷載或者偏心荷載進行準確測量。在本工程項目中，所選用的錨索測力計為基康三弦式，以支護施工進度為支持，選定錨索并監測應力變化，獲得應力值變化曲線，可知基坑位移較大部位存在典型性的應力變化。

基坑變形與錨索應力之間密切相關，統一分析變形數據，能夠把握基坑實際變化狀態。若錨索承載力有限，無法承受應力，則會影響基坑的穩態，甚至會造成破壞。針對基坑側移量超限的情況，必須要采取有針對性的防治措施，以達到良好的加固效果。基坑爆破施工中，會擾動地基土地，破壞了地基的受力平衡，導致變形問題出現。針對此種情況，可采取鋼支撐方法來進行加固，以雙拼H型鋼為主，對地

下室底板所預留的鋼筋混凝土牛腿進行支撐，并通過另一端對原圍護結構圈梁進行支撐，預應力施加一般為1 000 kN，以達到良好的支撐效果。此種方式下，能夠一定程度上抵抗圍護結構背后土體，位移也得到有效控制，基坑危險得以防范。

4.5 周圍環境觀測

隨著開挖施工的不斷進行，達到基坑底部時，發現基坑西側存在明顯的地面沉降，路面裂縫為縱向，多出現于道路中縫、地基交接部位等。通過實時監測發現，43天左右基坑側壁移動是裂縫出現的主要原因。通過支護措施的合理化應用，能夠防范超限值發展問題，建筑物沉降并未超出允許范圍，可知通過斜支撐的應用能夠對基坑位移發展加以有效遏制，災害產生也得到有效防治。

5 結 語

為確保建筑工程深基坑施工能夠獲得理想的效果，須立足工程項目實際情況出發，保證施工組織設計的嚴謹化與完善化，并落實規范且有效的變形觀測，為整個建筑工程深基坑施工的安全有序進行創造條件。這就需要保證變形數據信息觀測的規范化，及時向相關單位及部門反饋數據信息，對支護結構狀態的安全性做出判斷，在發現不穩定因素的第一時間進行處理，從而全面提升建筑工程深基坑施工質量。

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