深基坑變形監測與規律分析

（北京市建筑工程研究院有限責任公司，北京 100039）

基坑工程是現代各類建筑地下施工前需要進行的系統工程，包括土方開挖、邊坡支護、土方回填、施工過程設計、勘察和施工監測、質量檢測等。系統工程的質量關系到項目施工、周邊建筑物、設施和相關人群的安全。因此，基坑監測成為基坑施工中關鍵的維護性工作，監測內容主要包括基坑整體、支護結構變形情況。

近年來我國對深基坑監測及變形進行了更廣泛的研究，數字化的監測手段逐漸被研發、應用，促使深基坑監測研究逐漸發展、完善，為建筑基坑施工保駕護航。隨著數字化、網絡技術發展迅速，許多新型材料和技術被應用于基坑監測等工作中。因此，需要結合科技發展進一步優化和研究相關監測技術，分析變形情況及規律，保障基坑及支護結構的穩定性。

1 深基坑變形監測及規律相關研究現狀

深基坑工程監測主要是在基坑開挖、邊坡施工處理等階段運用各種儀器與監測手段，對基坑支護變形情況、周邊環境進行監測，具體包括圍護墻水平位移、圍護墻頂沉降位移、支撐軸力、立柱隆沉、坑外水位、地表沉降、基坑周邊管線及建筑物沉降等內容。

參照《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）等測量規范，利用相對高程觀測沉降變形，通過布置的高程控制點和水準線路，使各觀測點形成一個閉合監測環，分析各觀測點沉降量及變形規律。水平位移監測一般采用導線法、視準線法、前方交會法等手段，以圍護墻支護結構為例，通常利用測斜儀等設備監測器水平位移量。基坑開挖將打破周圍土體應力的平衡狀態，在支護結構內預埋測斜管，由其測斜探頭通過多次疊加測量，推算各監測點位移值。深基坑施工會受土體水位、地下水等因素影響，通過鋼尺水位測量地下水位與基坑施工面的相對標高，計算得到各次測量相對標高的變化情況。測量支撐軸力，通過預埋應力計監測不同施工階段各點的受力情況及頻率變化值，分析得到各次應力變化值及相關規律。

基坑變形的研究關系到施工、周邊建筑設施、人群的安全，不同地質狀況的施工區，基坑變形對施工安全、周邊建筑、設施的影響有所差異。地質較好的地區變形較小，地質較差地區會受到更多不良影響。基坑設計中，需要嚴格控制基坑變形，通過變形控制實現非強度控制，保障基坑在合理變形范圍內，符合基坑施工安全等要求。基坑變形包括圍護墻側向/豎向、基坑底隆起/下沉、基坑周圍地質沉降等方面，各方面變形存在關聯。研究手段主要為原型觀測、經驗公式、數值模擬等，常采用有限元模擬等數值方法研究基坑施工全過程各種線性/非線性的變形、土體流變等因素，對模型、參數選擇的合理性要求較高，需要進行大量試驗。

國內外對深基坑監測、變形分析均做出了多元的研究和實踐嘗試。丁勇春等研究了軟土情況下基坑側向位移、地表沉降量與基坑深度間的關系，根據不同支護方法、開挖方式和施工參數，研究深基坑變形性狀。張震等對不同寬深比基坑進行實際監測，根據數據得出“小寬深比基坑比普通寬深比基坑的維護結構側移、地表沉降小”的結論。國外學者研究了逆作法、順作法等不同的基坑施工方法對基坑支護變形產生的不同影響。此外，還有學者結合具體工程研究了基坑變形的時空效應，提出了近基坑建筑物地表沉陷估算等方法，為解決基坑施工對周邊建筑物影響等問題提供了更好的科學計算方法。通過學者們多元、具體的理論或實例分析，有利于相關單位合理設計、確定監測方案，更好地分析各種變形規律。

2 深基坑變形監測探究

2.1 深基坑監測方案確定的原則

基坑監測是一項復雜、系統的工作，基坑施工的影響因素復雜，在基坑開挖、支護施工前、施工過程中，需要根據開挖大小、挖掘深度、施工與支護結構、土體變形相關性等因素，結合相關變形規律和技術規范確定基坑監測方案。優質有效的監測可合理控制土體位移、支護結構位移等因素，有效控制施工安全，基于施工效應等理論和基坑監測的實際技術要求、施工流程等因素的考慮，編制和確定監測方案。

（1）將深基坑本身及周邊一切可能受到施工影響的建筑、地下管線及其他設施均作為監測對象，基坑施工影響范圍是自身開挖深度的2倍。（2）依照相關規范和工程設計要求確定具體的監測內容和監測布置點，監測內容、方法應全面反映和滿足基坑施工中對自身結構和周邊環境監測的要求。（3）監測方法、頻率及使用的儀器應符合相關技術要求，保障其能滿及時、精確、全面采集和傳遞數據等信息化監測要求。

2.2 深基坑監測內容

確定具體工程基坑的監測內容，應以判定基坑支護工程、周邊環境安全性為主要目的，滿足監測和預報可能的危險隱患或事故等功能，為監測單位提供公正、合法、準確的監測數據。確定具體監測項目，應充分考慮基坑施工等級、基坑水文地質、基坑與周邊各建筑、管線的距離和工程費用等因素。

坑壁土體位移、支護設施水平位移、周邊建筑及管線的沉降、基坑地下水位等是基坑監測必測項目。針對基坑開挖的不同階段和不同支護方式，應根據基坑支護規范及設計單位具體要求設置監測內容：①圍護墻水平位移；②圍護墻頂部沉降位移；③基坑支撐軸力；④立柱隆沉；⑤基坑外圍水位；⑥基坑地表沉降；⑦基坑周邊建筑及地下管線沉降。

2.3 深基坑監測點施工方法

根據基坑特性和監測對象合理布置監測點，選擇合適的施工方案。針對圍護墻體水平、墻頂位移的測量，一般沿基坑四周設置一排測斜監測孔，基坑中部或其他受力集中區應加密監測孔，水平變形監測以墻頂水平線為不動點觀測，測量各墻頂測量點絕對位移反映墻體水平變形情況，墻頂位移監測點應與墻體水平測斜孔位置相對應，即沿圍護頂梁與墻體測斜孔相對布設監測點。

支撐軸力監測是監控基坑支撐內力狀況，保障支護體系整體安全的重要監測內容。在支撐體系內設根據斷面結構分組設置應力計，如在鋼管支撐結構中布設監測結構軸力的鋼弦式軸力計，為防止軸力計出現偏移等問題，應通過圍焊剛托架等手段使其維持穩定。

立柱隆沉監測在支撐柱上布置一定數量監測點，通過相對標高測量等數據了解其沉降情況和撓度變化。坑外地下水位監測常采用鉆孔埋設監測點的方式，常用地表樁沿基坑周圍布置監測點以監測坑外地表沉降。直接監測相關管線及其周圍壓力等數值變化以實現管道沉降監測。建筑物沉降監測一般在相關建筑外墻、立柱、門窗等部位設監測點。

2.4 深基坑監測方法簡述

水平位移測量。小角法利用全站儀監測控制點偏移角度計算其位移量；視準線法使用經緯儀等設備測量，具有操作簡單、造價低等優點，但精度低、受外界影響大；前方交會法可用于距離測量較困難的觀測點位，受測角誤差、基線邊長度和交會角大小等因素影響，測量、數據計算過程較復雜；極坐標法使用高精度全站儀等設備直接采集數據，操作簡單、造價低、精度有限。

垂直位移測量的方法主要為三角高程、幾何水準、液體靜力水準等。三角高程精度有限，液體靜力水準測量范圍受限，因此，采用幾何水準測量法，根據相關測量規范進行基準點選定、埋設等設計和施工工作。

3 深基坑變形規律分析

3.1 深基坑開挖階段

深基坑工程土方開挖過程中，由于大面積的土方流失，會破壞四周土體的結構，導致相關建筑、地下管線、周圍的地質出現明顯的沉降變形，沉降量與基坑距離成反比例變化。若建筑或管線周圍地質條件好或受其他外部環境影響小，可較好應對新工程基坑施工的影響。

深基坑自身維護結構變形位移情況受開挖深度、支撐方式、自身所處地質等綜合因素影響，開挖深度為0.5～1 m時，維護結構向坑內水平位移變形量將達到最大值。圍護系統支撐軸力隨開挖深度增加而增加，與支護結構水平位移相對應，支撐軸力的變形量在開挖至0.5～1 m時達到最大值，進一步增加挖掘深度，維護結構水平位移和支承軸力變形量將逐漸縮小，直至處于相對穩定的變形增長水平。

3.2 地下結構施工階段

深基坑開挖完成后，開始地下結構施工，地下結構施工會對周圍建筑、管線設施的沉降變形產生明顯影響，但相對開挖階段，結果施工的影響較小，若防護得當，不會出現明顯地表沉降等情況。地下結構完全封頂后，基坑自身、周圍建筑、管線的沉降變形幅度將快速縮小，最終處于相對穩定、變形量較小的狀態。深基坑圍護墻等維護結構在結構施工期間將保持平緩的水平位移變化趨勢，并隨著結構施工的完成逐步穩定。施工會受到氣候、地下水位等因素影響，應在深基坑結構施工過程中采取防護、止水等措施，減小地下水位等因素對基坑造成的安全隱患，若基坑支護體系具有較好的止水效果，不會出現明顯的地下水位波動，降水對基坑地下水位影響較小。

4 結語

綜上所述，現代高層建筑、大體量建設逐漸增多，出現了大量的深基坑工程，基坑監測等工作是保障施工質量和建筑整體安全的重要前提。應積極研究和應用先進的深基坑監測技術，實際工程中，監測團隊應根據相關技術要求和設計需求，確定具體的監測方案、監測內容，選擇合理的監測點位、監測方法，結合深基坑變形規律分析不同施工階段深基坑變形的主要影響因素及變化規律，以采取更適宜、準確的施工監測和質量控制措施，準確分析監測數據，為判斷基坑施工安全情況提供精確的信息依據。