淺談基坑深層水平位移監測技術

摘? 要：深層水平位移監測是指通過使用測斜儀，全面監測基坑挖掘、公路地基、壩體等工程土體內部位移變化情況，這對實時掌握工程質量、保證安全施工可發揮重要作用。基于此，本文以某工程實例為背景，簡述基坑監測中深層水平位移的監測原理以及誤差分析。

關鍵詞：基坑監測;深層水平位移;測斜儀;原理;誤差分析

中圖分類號：TU753? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）08-0000-00

隨著我國城市化進程的不斷發展，深基坑工程在地鐵、立體交通、人防工程、超高層建筑以及地下大型構筑物建設中越來越常見。深層水平位移監測成為眾多深大基坑施工監測工作中至關重要的監測項目。本文主要論證測斜儀在深層水平位移監測中的應用，通過對觀測原理的介紹，分析基坑深層水平位移監測時產生誤差的原因及測斜管變形成因。

0概述

基坑監測主要由樁（坡）頂水平位移、錨桿（索）拉力地下水位、深層水平位移及支撐軸力等幾部分檢測工作組成，其中深層水平位移監測工作以反映基坑變化為主要監測目的。

深層水平位移監測是一項技術性較強的測試項目，在挖掘基坑過程中，開展圍護結構及其周邊環境變化的監測工作，獲取監測結果可在施工期間作為評價支護結構工程安全性和施工對周邊環境產生影響的重要依據，同時還可及時準確地預測危害環境安全的隱患，以便針對性開展預防工作，避免事故發生。深層水平位移監測主要使用測斜儀來監測。測斜儀可分為四個部分：探頭、導管、電纜、讀數儀。

1測斜儀測斜原理

測斜儀是一種伺服加速器式測斜器，主要通過對儀器與鉛垂線之間傾角θ的變化值進行精準測量，并以此計算出基坑支護監測點垂直水平位移。

測斜儀以準確測定解構樁（墻）體傾斜值為主要觀測方式。測斜儀是由可以連續多點測量的滑動式儀器作為其主要構成部分，滑動式儀器由測斜管、探頭和數據采集系統組成。選用伺服加速度計作為探頭的敏感元件，作為一種力平衡式伺服系統，在重力影響下，其可以將傳感器探頭和地球重心方向產生的傾斜角θ為基礎，向鉛垂做出一個角度的擺動，并通過高靈敏度換能器轉換為一個信號，待完成信號分析后，監測點水平位移值ΔXi會直接計算出來，并顯示于液晶屏。探頭和數據采集分析系統為配套設置;電纜需標記距離或使用導輪測距，使用探頭過程中，其不可因重力作用伸長。

2測斜管安裝

測斜管通常選用PVC高強度管材或ABS管材，設置于樁體內或土體中，以設壓在圍護樁體內。監測點埋放測斜管時，需根據設計好的埋管深度選用合適管材，選擇空曠地點將接頭套管和測斜管緊密連接起來，安裝過程中保證套管導槽和斜管導槽充分對齊，進而保證測斜管凸槽和套管凹槽吻合，使兩者處于一條直線，結合時緩慢推進，當兩端測斜管緊密接觸后，使用膠密封套管和測斜管之間的縫隙，同時使用螺釘和防水寬膠帶進行固定密封。選用材質相同的測斜管連接套管，管底蓋上底蓋，接頭、底蓋等位置需使用膠和防水膠帶密封。調整好角度與方向后，將測斜管置入鋼筋籠，但移動測斜管時要穩穩托住接頭，以免測斜管出現較大彎曲，隨后朝主筋方向將其放置在鋼筋籠中，并將其固定于樁（墻）鋼筋籠，以避免測斜管發生扭轉，管底與鋼筋籠底部持平或略低于鋼筋底部，同時使用適當規格的鍍鋅鐵絲沿管身每1.0 m捆扎1道，以避免鋼筋籠吊起后測斜管發生方向變化。測斜管隨鋼筋籠一同進入孔槽時，時刻調整方向，確保十字形槽口與位移觀測方向對齊，隨后將其澆筑于混凝土中[1]，但在澆筑前需封好管底底蓋并向測斜管中注滿清水，以避免澆筑時測斜管浮起和水泥漿滲入管內。

3監測點的測量

測量前準備，先用模擬測頭檢查測斜管導槽的暢通性，保證測斜儀探頭的安全，然后打開測斜儀讀數儀，使其處于開機狀態。如圖1所示，將測頭導輪對準置入測斜管導槽，緩慢下放置管底，等待至少5 min，確保儀器探頭溫度與測斜管內趨于相同，始于底部，由下而上，間隔L=0.5 m讀取一次數據，同時記錄觀測點深度和監測數據，待測讀完成180°旋轉測頭置入同一對導槽，按照相同方式再行測讀，兩次觀測深度確定相同后，將兩次數據整合到一起視為一測回。單周期觀測兩測回，單個測斜導管進行三測回確定初始值，取三次數據平均值為最終結果，根據補償回復力進行實際測量，已完成實際傾斜測量，每次測量值與初次測試值相減獲取被監測點水平位移值ΔXi，隨后便可根據ΔXi值精準測量出水平位移量ΔXi。

測斜管需要在觀測前3 d內完成裝設，并在3～5 d內使用測斜儀三次測量同一測斜管，確保其狀態穩定后，計算三次測量結果的算術平均值，并以此作為側向位移計算基準值。

4誤差分析

誤差來源：誤差包含系統誤差與偶然誤差。系統誤差包括儀器誤差。偶然誤差包括觀測誤差、環境誤差。

4.1儀器誤差

（1）測斜管與導輪機械誤差。測斜管發生形變、滑輪滾轉受卡以及滑輪彈力不足時，會導致滑輪無法到達準確位置，進而產生誤差。理論上這種誤差具有規律性，可是測斜管深處地下，難以明確這種規律并予以處理，可通過對探頭進行定期清理與檢查，以避免該誤差的發生。

（2）讀數儀器誤差。現場監測過程中，接收儀器接觸不良和性能下降均有可能引起觀測結果存在差異，但這種誤差屬于偶然誤差，儀器制造時均會設有一定標準。

4.2觀測誤差

觀測誤差屬于偶然誤差。觀測過程中受儀器擺放位置不同和讀數習慣不同影響，可導致觀測讀數存在差異，例如有的人往上拉電纜線的時候習慣卡電纜線上刻度0.5 m處或1 m處的下面，而有的人則習慣卡刻度的上面。為避免這一類的誤差應盡量固定一個人操作，對操作者進行培訓。

4.3環境誤差

儀表觀測值也會受環境因素影響，比如溫度、濕度、測斜管中滲入泥沙或雜物等，均能引起誤差。因此在觀測時，需要等待探頭適應管內溫度后再行觀測讀數;監測點旁邊保持整潔，如已經擺放好電纜和儀器，則盡量不要將泥沙帶進測斜管。觀測結束后，關閉測斜儀器，斷開探頭和電纜的連接。擦干凈測頭和電纜，將測頭和電纜上面的接頭擰上保護蓋，并觀察儀器的電量是否滿足下次使用要求[2]。

5工程運用

5.1工程概況

某高層建筑基坑工程共包括兩幢辦公樓、配套裙房及純地下車庫，總建筑面積約20萬m2，基坑面積約1.0萬m2。地上最高33層，建筑高度99 m;地下2層，最深20 m。

5.2儀器的選用

本工程深層水平位移變形監測選用CX-901F型數字顯示測斜儀，為伺服加速度式測斜儀。性能指標見表1。

邊坡發生位移時，根據變形帶的位置可以將巖土體分為基巖、滑動帶、滑體等部分。在變形發展的某一階段，基巖、滑動帶、滑體又分別表現出各自的特征與變形規律，我們將測斜曲線按形狀進行分類，每一種類型代表不同的位移變化特征，例如“V”型位移曲線、“D”型位移曲線、“B”型位移曲線、“R”型位移曲線、“I”型位移曲線，都是由于不同巖土結構及地質因素形成的，下面結合工程簡要分析“D”型位移曲線[3]。

隨著基坑開挖深度的變化，深層水平位移也隨之變化。如圖2所示為基坑開挖深度不同時的位移變化曲線圖。當基坑開挖5 m時，曲線大至整體呈一條直線，說明開挖深度較淺大部分測斜管還在巖土層以下，并且巖土整體自身狀態穩定，測斜管未受外力影響，表明樁體狀況完好。當開挖深度達到15 m時，從圖形整體上看，下部曲線沒有明顯變化，說明下部分的巖土狀況完好，巖土對測斜管沒有明顯影響，但曲線中部5 ～15 m處形成很小弧面，可能是這部分土體發生偏移或者滑移，隨著時間的延長，土體內部保持穩定完整狀態，但土體整體發生位移，也可能是該部位土體較松軟，滑動面在土體內部變化而導致測斜管中部發生偏移。當基坑開挖深度達到20 m時，曲線整個中只存在一個明顯的弧面處于較深位置，其他部分沒有明顯變化，在土體內部可能存在松軟夾層，在地下水的長期浸泡下，粘合度和內摩擦角顯著下降，在上部土體的重力作用下，測斜管中間發生偏移，因此需加強監測，注意動態。

開挖20 m的位移曲線圖中的位移變化較大，但還未達到預警值，如果位移變化量達到預警值，必須采取緊急處理方案，例如使用挖土機對坡底進行回填處理，清理路面積水，對管道滲漏處加以修補，邊坡中高部進行回填土與注漿加固處理，或者也可在邊坡水平位移相對較大的位置，放置一至兩排支護錨桿，待位移變化量接近報警狀態，對深層水平位移監測頻率進行增加，直至變化量平穩，這表明基坑已處于安全狀態。

6結語

深層水平位移變形觀測，可以測出建筑物不同深度（或高度）處的變形全貌，以準確地確定變形位置、大小和方向，而通過測斜的方法，用測斜儀測出的準確數據與圖像，既給施工預報了建筑物的穩定情況，為采取必要的施工措施提供了依據;也可以分析建筑物在土壓力及錨桿共同作用下的受力情況，進一步了解建筑物的變形機理。

參考文獻

[1] GB 50497-2009.建筑基坑工程監測技術規范[S].

[2]許紅升，王剛，任勝偉.鄭州某深基坑工程的水平位移監測技術[J].山西建筑，2011，37（22）：61-62.

[3] 王崇宇.淺述基坑監測中測斜原理及誤差[J].民營科技，2011（9）：159..

收稿日期：2020-07-02

作者簡介：林鵬（1987—），男，吉林遼源人，本科，工程師，研究方向：工程測繪。