基坑工程變形監測方案設計要點

曹英莉，李紅慧

（1.煙臺黃金職業學院，山東 煙臺 265401；2.江蘇煤炭地質局，江蘇 常州 213000）

1 工程概況

該工程位于某市中心位置，四面臨街，為框架-核心筒結構，四層整體地下室。作為施工工程基礎及地下室，工程場地內需要開挖基坑，基坑長約159m，寬約110m，開挖深度為20.3～22.5m，采用地下連續墻作為基坑周邊的圍護結構，內支撐采用鋼筋混凝土支撐。

由于該工程基坑開挖深度深、邊長長，四面均為市政道路，周邊環境較復雜，且施工周期長，加上自然環境因素的不可預測性，綜合各方面因素，確定基坑側壁安全等級為一級，重要性系數為1.1[1]。對基坑的變形控制要求較高，監測等級按照一級基坑要求進行監測。

2 監測內容

為保證基坑的圍護結構、施工影響區域內的建（構）筑物及環境的安全，確保基坑的安全施工，結合該工程的特點、現場及周邊情況，主要對基坑圍護結構（包括圍護樁墻、支撐件、立柱、坑內土層、坑內地下水等）及相鄰環境（包括相鄰地層、地下管線、影響范圍內建筑物、坑外地下水等）進行監測[2-3]。

3 監測方法

基坑施工期間監測方法采用人工現場巡視檢查和通過儀器觀測相結合的方法，以儀器監測為主，輔以人工巡檢，做到“點”“面”結合，全方位掌控該基坑的安全情況。

3.1 現場巡視

現場巡視觀測法以目測為主，兼以一些簡單工具如錘、釬、尺子等，憑經驗獲得對判斷基坑穩定和環境安全性有用的信息。這項工作實踐性要求很強，需要由工程經驗豐富的監測人員進行，以便及時發現隱患苗頭并能進行處理，盡量減少工程事故的發生。巡視檢查的內容較豐富，包括基坑圍護結構及支撐體系的施工質量、有無變形、裂縫、圍護體系滲漏水情況、基坑附近周邊有無沉陷、滑移、裂縫等情況，現場施工條件有無發生改變、基坑邊堆載及變化情況、降水等氣候條件變化與基坑穩定和環境安全相關的信息等。此種方法獲取的前兆信息直觀可靠，可作為基坑事故的宏觀預報判據，并可配合儀器監測資料進行綜合分析，是基坑監測不可或缺的一種重要手段。

3.2 儀器觀測

儀器觀測法是根據監測內容選用特定的儀器對監測點進行觀測。

（1）基準點和監測點的布設。通過儀器進行基坑變形觀測，需設置基準點和變形監測點。基準點要設置在工程施工影響外較穩固的地方，距離施工場地較遠，為了便于觀測，通常會在基坑附近相對穩定的地方設置工作基點，工作基點是聯系基準點和變形監測點的橋梁，進行變形觀測時可直接在工作基點上架設儀器進行觀測。變形監測點設在變形體上能反映變形特征的位置。為了確保變形監測的準確可靠性，需對監測點進行保護，設置醒目標識，并告知現場作業人員，以避免人為破壞。若監測過程中發現有變化異常的監測點，應及時復測；如果發現點有被碰動或破壞跡象，不要存僥幸心理，必須立即重新埋設點，重新測取初始值。

（2）監測項目。①圍護結構墻頂及建筑物、管線水平位移監測。圍護結構墻頂通常用小角度法進行水平位移監測，該方法適用于觀測點零亂、不在同一直線上的情況。建筑物、管線水平位移通常采用極坐標法，對各監測工作點進行嚴密平差、計算監測點坐標，再與初始值進行比較，即可知道其是否發生了變形[4]。②圍護結構墻頂豎向位移監測。使用精密水準儀嚴格按照國家二等水準測量的要求進行豎向位移監測，遵循先控制后加密的原則，觀測前要檢查圍護監測控制網的可靠性。③圍護結構墻體變形監測。目的是了解基坑施工過程中不同深度的圍護結構墻體水平位移情況。通常采用測斜儀、PVC測斜管等進行監測，沿基坑長邊圍護結構墻每40m布設監測點。該工程共布設深層水平位移監測點14個，孔深同圍護墻深度一致。在需要監測的樁體埋設PVC測斜管，在基坑開挖前測定初始值。為了減少或消除儀器的裝配誤差，用測斜儀測讀數時，應在位移的正、反方向各測讀1次，取平均值作為觀測結果。④地下水位監測。測點埋設采用鉆機鉆孔，用鉆機鉆出直徑為150mm的鉆孔，放入水位管，用中粗砂充填水位管壁與孔壁，再用黏土封填地表至0.5m處的空隙，以防地表水流入。監測時用精密水位計，將水位計蓋頭打開，緩慢放下測頭。當測頭接觸到地下水面時，蜂鳴器響，讀取孔口讀數，與上次觀測值之差即為該次地下水位的變化數值，若與初始值之差，即為地下水位累計變化量。⑤建（構）筑物豎向位移監測。根據建（構）筑物的結構特點并結合地質情況，在工程施工影響范圍內建筑物上選擇合適點位，并將監測點牢固埋設，進行精密水準測量。⑥建筑物裂縫觀測。建筑物各部位的沉降不均勻現象通常會導致裂縫變形的產生，在基坑工程變形監測中，通常把裂縫開裂狀況的監測作為基坑開挖影響程度的重要依據之一。首先，通過人工巡視發現已產生的裂縫；其次，進行編號，并畫線標記出測量裂縫位置；最后，通過裂縫觀測儀進行測量。同時，要用數碼相機對裂縫進行拍照留存當時的影像資料，以便對裂縫進行前后比對，結合測量數據更好地掌握裂縫發展變化情況。⑦周邊地表及地下管線豎向位移監測。周邊道路監測點要布設于不影響交通的位置，用15cm的道釘打入地面，噴紅油漆做上標志；管線監測點應根據現場管線實際走向及其與基坑的位置關系布設，管線接頭處、拐彎處和管道井（特別對煤氣管道井應重點監測）位置應布設監測點，變形曲率較大的部位應增設監測點。對這些監測點進行精密水準測量。布設監測點時，通常將周邊道路與道路兩側管線監測點錯開布設，以便能夠獲得更多的沉降數據信息。⑧立柱沉降監測。監測點應布設于基坑的中間立柱樁受力最大處、斜撐、拐點、施工棧橋下等。監測點是直接在立柱樁頂部支撐上鉆孔，將膨脹螺栓或道釘打入混凝土體，用水泥敷牢，并噴紅油漆作為標志，進行精密水準測量。⑨支撐軸力、圍護結構內力的監測。支撐軸力監測點布設在支撐內力較大或在整個支撐體系中起控制作用的桿件上，混凝土支撐的監測截面選擇在兩支點間1/3的部位，并避開節點位置布設。支撐軸力的測試儀器使用振弦式頻率讀數儀測讀。圍護結構內力監測點選取支護結構典型剖面布設，點間距50m。

4 監測周期和頻率

按照計劃安排，該次基坑監測分為地下連續墻及樁基施工階段、基坑開挖階段、支撐拆除階段、基坑底板澆筑階段、基坑回填及停止抽水階段。各監測點在開始相關施工工序之前設置，待測點穩定后，連續進行不少于3次的初始值獨立測量，觀測值的較差小于2倍測量中誤差時取平均值作為初始值，否則需重測。初始值采集頻率為1次/5d（如遇雨天進行順延）。具體監測頻率如表1所示。

表1 基坑監測頻率

施工過程中現場監測應按既定周期定時進行觀測，若遇特殊情況，如大雨、突發事件或監測數據變化異常時，監測頻率需適當加密或進行連續觀測。

5 監測預警

由于支護結構的土壓力分布受支護方式、施工過程和土體情況的影響，并與側向位移密不可分，比較復雜，因此基坑監測警戒值的確定對合理指導基坑施工具有重要意義[5]。該工程根據設計文件及《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2009），各監測項目的預警值如表2所示。

表2 基坑監測預警值

6 總結與建議

（1）基坑工程變形監測方案設計，需要應用到多學科知識，如地質、巖土、材料、土木工程等學科交叉知識，這就要求方案設計者及變形觀測技術人員要具有較強的工作經驗，具備工程相關方面的知識，以便針對不同的監測項目制定合理的變形觀測精度指標和技術指標，并能對變形觀測數據進行合理而科學的數據處理、分析，以便對基坑工程的穩定性和安全性做出判斷，及時采取有效措施防止事故發生。（2）基坑變形監測需要應用多種測量方法，因此可根據基坑變形監測的要求，綜合應用多種測量方法，發揮各種方法優勢，從而提高變形測量的精度和數據的可靠性。（3）與其他測量工作相比，變形監測精度要求更高，這就要求在進行基坑變形監測過程中，盡量遵循監測“五定”原則，即監測儀器設備、監測人員不要隨意調換，監測路線、監測方法等要保持相對固定等，以便在一定程度上減少監測的不確定性，使監測結果更能真實反映變形情況。