深基坑變形監測及變形機理與規律分析

張凡鋒，羅才清

（江西有色地質勘查四隊，江西 景德鎮 333001）

在深基坑工程中，時常會出現基坑變形的情況，不僅會對正常施工形成一定阻礙，而且可能產生一定安全隱患，尤其是在變形程度較大時，甚至會對周邊環境造成負面影響，使地基遭受一定破壞。由此可見，做好深基坑變形監測具有較高的必要性，有助于維護施工安全，降低地表下沉風險，屬于深基坑工程中不可或缺的環節。為切實做好基坑變形監測，應加深對于基坑變形機理及規律的研究。

1 深基坑變形監測分析

1.1 變形監測的目的

在當前的深基坑工程中，基坑變形監測已然成為其中必不可少的環節，而變形監測的主要目的主要有三點：其一，深基坑變形監測所得出的結果，有助于分析施工方所設計的工程環境保護方案的合理性，并及時發現現有方案中的不足，為加強周邊環境保護提供更有力的支持；其二，通過基坑變形監測，可以驗證支護結構設計是否合理，并予以針對性調整，確保其符合施工要求；其三，對于建設、設計及施工單位而言，基坑變形監測結果有助于提升施工的安全性。

1.2 變形監測的主要內容

深基坑變形的監測內容，大致可分為兩個方面，其一是基坑挖掘和支護結構的位移情況，具體涉及到坡頂土體水平和垂直方向的位移量、基坑水位和深層土體的位移量等；其二是對基坑周邊環境的監測，如坡體是否穩定、坑邊土體及建筑有無開裂、基坑和基底側壁是否存在滲水或流沙、豎向維護結構有無裂縫等。

1.3 監測點的布置

基準點需設置在便于保存且通視條件適宜處，以維持其穩定性。結合基坑實際情況設置觀測墩，墩中間加鋼筋、墩上部加鋼蓋板，避免其遭到破壞。在基坑坡頂處，結合建設圖紙與支護技術的實際需求，分別在水平方向和豎直方向設置多個觀測點，用于觀測基坑的變形情況、水位變化情況和深層土體變化情況。

1.4 監測頻率

深基坑開挖前，對各監測項目加以監測，將測量結果計為初始值。深基坑開挖后，監測頻率可定位1次/天，如果出現數據變化異常情況，可適當調整監測頻率。在進行底板澆筑后，可適當將監測頻率降低至1～2次/周，如果監測數據在一個月內未出現明顯變化，可將監測周期延長至1～2次/月。如發現數據異常情況，應及時告知業主、監理等相關人員。

1.5 變形監測的常用方法

1.5.1 水平位移的監測方法

在對基坑水平位移進行監測時，可使用前方交會觀測法，即選擇避雷針等穩固且距離較遠的定向點，使其與測站點的距離大于交會邊長度，交會角大小控制在30°～150°之間；也可使用后方邊角交會法，在基點周邊設置3～4個測量標志點，以確保工作基點穩定性；如果基坑周邊環境復雜，可使用導線測量法，選用I級全站儀和三維測量系統，分別測定每個測量點的空間坐標，計算出基坑的水平位移。

1.5.2 坡頂沉降的監測方法

對于深基坑施工中的沉降變形，監測人員首先要明確測量要求，選用高程控制的方法，對基坑的沉降變化情況加以觀察，為此，監測人員需要結合基坑實際情況，選擇一個適宜的高程控制點和至少三個基準點，使其構成閉環線路，以便高程觀測的完成。通常情況下，監測人員要在施工前進行至少兩次的高程觀測，取多個觀測結果的平均值作為初始觀測值，然后在施工過程中，監測人員需遵循合理的時間間隔，對高程值加以定期觀測，在計算觀測平均值后，將其與初始值和前次測量值進行對比，計算深基坑的沉降量及其變化情況[1]。

1.5.3 地下水位的監測

在深基坑工程中，地下水位時常會發生變化，并引起基坑邊坡穩定性的改變，在地下水位變化明顯的情況下，容易引起地表塌陷的狀況，不僅如此，對于建筑物的結構穩定性也會產生負面影響。因此，做好地下水位的監測至關重要。在當前的基坑施工中，通過選用電測水位計來測量地下水位，該儀器在進入水中后會發生聲響，并開啟水位監測功能，顯示水面高度的數值[2]。

1.5.4 深層土體位移的監測方法

對于深層土體的位移，監測人員可借助于測斜儀等工具，對其水平位移數值進行測量，首先將測斜管預埋到圍護結構中，借助于滑輪的作用，使測斜探頭能夠達到管底，與基坑邊線保持垂直。在測量過程中，檢測人員應遵循由下至上的觀測順序，依次記錄每個檢測點的偏角值。一次測量結束后，需要將探頭旋轉180°進行二次測量，以便確定每個測點的坐標。為保障測量結果的準確性，應對每個測點進行多次監測并取平均值。對比深基坑水平位置的初始值及后續測量值，計算深層土體的位移變化情況。

圖1 測斜儀

2 常見的深基坑變形機理及規律分析

2.1 圍護墻體變形的機理分析

深基坑開挖啟動后，隨著土體的卸載，其荷載平衡逐漸被打破，土壓力的作用點由垂直方向逐漸向外側移動，并對圍護墻體的底部產生越來越大的壓力，進而使其產生水平方向的位移變形，在隨著土體所承受應力的變化，也會發生相應的移動，進而使基坑底部發生隆起。受此影響，圍護墻體會發生變形，其中既有豎直變形也有水平變形[3]。

圖2 深基坑圍護墻體變形

2.2 基底隆起變形的機理分析

在深基坑開挖過程中，隨著上層土體質量的減少，對于坑底的土體而言，其所承受的應力平衡會發生較為明顯的變化，進而形成豎直方向的隆起變形。隨著基坑深度的提高，底部土體會由產生塑性隆起變形，受此影響，基坑周圍的地表會有所沉降[4]。不僅如此，基坑還需要受地面荷載的影響，再加之圍護結構的重力，墻外土體會出現向內移動的趨勢，基坑的深度和寬度越大，基坑的隆起變形越嚴重。

2.3 沉降變形的機理分析

在部分工程中，施工方會在土質腳軟的區域內挖掘深基坑，在該環境下，受土體的塑性流動性影響，深基坑附近區域時常會發生沉降變形，地表水平高度會有所下降[5]。除此之外，在對地下連續墻進行施工時，也容易引發地表沉降的問題，使深基坑發生變形。

3 深基坑變形規律分析

3.1 深基坑開挖環節的變形規律

深基坑開挖是基坑施工的首要環節，在此環節中，經常會有各種地下管線或設施發生沉降變形，而且變形幅度相對較大，隨著這些管線與設施與深基坑間距離的變化，對深基坑沉降量也會發生相應的變化，尤其是在二者間距較大的情況下，沉降量也會大幅增加[6]。除此之外，如果管線設施所處位置的土質腳軟或含水量較高，也會使深基坑出現較大的沉降量。

深基坑圍護結構的變形，則主要受基坑開挖深度影響。隨著挖掘深度的增加，圍護結構的位移幅度增加，通常情況下，在挖坑深度達到0.5m～1m時，開挖深度的加大會帶動圍護結構支撐力的升高，位移變形量相對較高；而當挖坑深入達到1米以上時，坑深度的增加反而會使圍護結構的支撐力變下，因此之后的圍護結構位移數值變化較小。

3.2 深基坑地下施工環節的變形規律

在深基坑開挖結束后，便進入地下結構施工環節，此時，雖然各種地下管線或設施仍在發生沉降變形，但此時的變形幅度相對較小，對于深基坑的變形產生的影響程度偏低。在地下結構封頂后，深基坑的沉降量將趨于穩定，不會再出現大幅度的增長情況[7]。此外，深基坑圍護墻頂也形成較強的穩定性，雖然仍會出現一定幅度的水平位移，并造成圍護墻體的變形，但此時的變形幅度相對較小，對于深基坑工程的干擾也比較小。此時，如果施工方能夠對深基坑進行有效的止水防護，就能夠在很大程度上避免地下水位的變化，使其趨于穩定狀態，防止深基坑出現明顯變形。

4 結語

深基坑變形現象的出現，不僅會降低建筑工程的穩定性，還有可能引發各種安全事故。因此，加強對深基坑變形機理及規律的分析，具有較高的必要性。結合工程實踐來看，深基坑變形通常表現為圍護墻體變形、基底隆起變形、沉降變形三種，而且多發生于基坑開發環節中。如果能夠做好對深基坑沉降、地下水位、深基坑裂縫和基坑位移的監測，將有助于實現對深基坑變形的防范與控制。