高層建筑基坑工程變形監測技術

曹洪波

（益陽市建筑設計院有限公司，湖南 益陽430000）

1 工程概況

以某項目為例，施工附近環境復雜，建筑總面積約為17.8萬m2，有2棟32F/152.55m高層建筑、2棟4F/24m實驗室及配套、1棟2F/12m社康中心、1棟1F/6m展廳組成?；娱L度約463m，面積約14015m2，開挖深度約20m，采用咬合樁+混凝土內支撐的支護型式，基坑安全等級為一級。

2 檢測內容設置

依照相關設計規定及管理要求，本工程監測項目有基坑頂沉降、位移觀測、支護結構測斜、支撐軸力及地下水位等規劃要包含這些基本要素。監測要從土方開挖之日起，保證1次/2d，底板完成后保證1次/7d，直至土方回填完成。

3 水平位移監測

采用的儀器設備：采用徠卡TS09全站儀配合棱鏡（小棱鏡）進行觀測，進場前儀器已經過檢定。

監測點的布設：根據設計圖紙在現場選定布點位置后，將監測標志安裝好。在支護樁上鉆孔預埋長8cm，寬8mm帶十字絲的大頭鋼釘（與坡頂沉降同點）或采用小棱鏡安裝在冠梁頂，為避免監測標志在監測期間被破壞，用油漆做出明顯標記，統一編號。

水平位移觀測：用全站儀測各觀測點坐標，將本次坐標與初測坐標或上次坐標之差求出，即得到本次位移及累計位移，初始值取連續兩次觀測值的平均值。觀測前，進行邊長檢查和方向檢查后，方可進行水平位移觀測。數據記錄、處理：外業觀測數據用全站儀自動記錄，直接傳入計算機，進行數據處理。

位移觀測采用小角度法和視準線法。

（1）小角度法。用于觀測點零亂、不在同一直線的情況，離基坑兩倍深度距離的地方設測站點A，其測站至觀測點T距離為S，則在不小于2S范圍之外，設后視方向A′。用經緯儀測定β角，一般用2～4個測回測定，并丈量A至觀測點T的距離，為保證β角初始值的正確性，需二次測定，然后每次測定β角變動量。按式（1）計算T點的位移置：

式中：Δβ－角的變化量，″；ρ－換算常數206261″；S－測站至觀測點的距離，m。

如果角β角測定中誤差為士2″，S測定中誤差為1mm。則位移值中誤差為±1mm。

（2）視準線法。適用于直線排列水平位移觀測點測試，使用要求在延長線上設置測站點，與基坑深度保持兩倍以上距離，并選定另一方向固定點作為目標，起到后視方向作用，使用讀數的刻劃在覘牌設置觀測點上，從而讀取獲得值，可以使用經緯儀正倒鏡重復4次讀數取中數作為一次觀測。初始值必須測兩次獲取，目的是準確性更高。

4 深層水平位移（測斜）監測

深層水平位移監測（測斜）采用的儀器、設備有測斜儀、測斜管。其中測斜儀包括測頭、測讀儀和電纜組成；測斜管包括頂蓋、接頭、測斜管、底蓋組成，如圖1、圖2所示。

測斜管的埋設：為樁身測斜是要對工程深層水平實現位移監測（測斜）。在鋼筋籠上把測斜管綁扎緊實，再開始澆筑混凝土作業，事先檢查管底底蓋是否平整，然后將測斜管灌滿水，目的是避免澆灌時測斜管浮力小飄起，也有防止水泥漿滲入管內的作用。

測斜管的保護：露出地面的測斜管避免遭到損壞，要設置安全護欄用以保護，也可以用砌磚方法形成保護圈，降低測斜管被施工中其他作業時損壞，或是進入泥沙其他物質堵塞測斜管，致使其無法正常工作，數據的采集受到干擾。因此如果測斜管出現明顯損壞跡象，應及時進行修補或更換。

圖1 測斜儀組成部件

圖2 測斜管組成部件

深層水平位移觀測：測斜儀測開始獲取數據時，表明工作狀態正常，先將測頭導輪通入測斜管導槽內，緩慢下放到管底處，然后按照自下而上的順序，沿導槽的長度間隔0.5m時獲取一次數據值，準確標記測點深度和讀數。完成測讀后，將測頭旋轉180°插入同一對導槽內，按照以上方法再重新測一次。開挖前3~5s，以3次測量的算術平均值作為初始值，其讀數更有科學依據，才能開始正式測試工作。將每個測段測試到的水平位移沿深度連成線就構成了測斜管形狀曲線，計算步驟如下：

式中：l-上、下導輪間距；θ-探頭敏感軸與重力軸夾角；δ0-起始測段的水平偏差量，mm；Δn-測點n相對于起始點的水平偏差量，mm；X0-為測斜管管口水平位移量，mm。

5 支撐軸力監測

應力監測采用的儀器設備有鋼筋應力計、609振弦式頻率讀數儀。

鋼筋計的安裝：將鋼筋應力計與支撐內主筋軸心采用焊接或螺紋連接，鋼筋計與受力主筋為串聯連接，并一起澆筑在混凝土內。線纜需綁好后引出，放入預先做好的線盒或窨井內保護。應力觀測：應力的觀測較簡單，直接用頻率讀數儀接于線纜即可測得鋼筋應力，并由此可換算出支撐應力。在基坑開挖前應觀測一次，并以此觀測數據作為初始值，軸力計算如下：

式中：Nc-支撐軸力，N；Ec-混凝土彈性膜量，kPa；A-鋼筋混凝土支撐截面積，mm2；fi-應變傳感器任一時刻的觀測值，Hz；f0-應變傳感器的初始觀測值（零值），Hz；k-應變傳感器的標定系數，10-6/Hz2；

6 地下水位監測

水位監測采用的儀器、設備有鋼尺水位計、PVC花管、水準儀、地質鉆機等。

監測點的布設：采用地質鉆機成孔，成孔孔徑110mm，鉆至要求孔深后（一般為坑底下1~2m），在孔內埋入濾水PVC管，PVC管外包紗布，管徑約75mm。PVC管與孔壁間用干凈細砂或礫石填實，然后用清水沖洗鉆孔，以防泥漿等堵塞測孔，保證水路暢通，測管高出地面約300mm，上面加蓋，防止雨水進入。管井埋設完畢后，需測讀管口標高，并及時砌筑窨井，加蓋保護。

水位觀測：將鋼尺水位計放入已埋設好的水位管中，當測頭接觸到水面時，訊響器啟動，此時，讀取測量鋼尺與管頂的距離，根據管頂高程即可換算出地下水位高程。

7 結語

在現代化技術普及下，常見的問題是與深基坑施工及其使用過程中不穩定因素有關，其特性是越來越復雜化，埋下的安全隱患較大，形成制約建設工程施工正常進展的干預因素，要想降低基坑風險系數，首先考慮建設工程良性發展是重要基礎，也是施工單位改革的重要關鍵點。確定高層建筑基坑工程變形監測的目標與原則是施工開展的關鍵，再以此為依據促進監測工作的規范化實施，為基坑施工收集可靠信息，還可以結合實際建筑環境條件建筑、道路、管線、設施、土層監測等，才能提高基坑支護結構的穩固性和周邊環境的安全性，實現降低安全風險系數的基本要求，從而經濟效益明顯提升。