基坑變形監(jiān)測方案及影響因素

韓宇

摘 要：變形監(jiān)測有實用上和科學上兩方面的意義。實用上的意義主要是檢查各種工程建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時發(fā)現(xiàn)問題，以便采取措施。科學上的意義包括更好地理解變形的機理，驗證有關(guān)工程設(shè)計的理論，以及建立正確的預(yù)報變形的理論和方法。隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展和計算機應(yīng)用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預(yù)報提供更加堅實的技術(shù)支持和廣泛的研究途徑。

關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測;基坑;設(shè)計

1 緒論

在測量工程的實踐和科學研究活動中，變形監(jiān)測占有重要的位置。工程建筑物的興建，從施工開始到竣工，以及建成后整個運營期間都要不斷地監(jiān)測，以便掌握變形的情況，及時發(fā)現(xiàn)問題，保證工程建筑的安全。人類開發(fā)自然資源的活動（例如抽取地下水、采油、采礦等）會破壞地殼上部的平衡，造成地面變形。這種變形需要長期監(jiān)測監(jiān)視，以便采取措施控制其發(fā)展，保證人類正常的生產(chǎn)和生活。例如，在人口密集的地區(qū)大量抽取地下飲用水，造成地面沉陷，地面不均勻的沉陷會引起建筑物和工業(yè)設(shè)施的損壞。地下采礦引起礦體上方巖層的移動，嚴重的會造成地面滑坡和塌方，危機人民生命財產(chǎn)，需要監(jiān)測。

2 變形觀測技術(shù)概述

2.1 變形監(jiān)測的精度

工程建筑物的變形觀測能否達到預(yù)定目的，要受很多因素的影響。其中，最基本的因素是觀測點的布置、觀測的精度與頻率，以及每次觀測所進行的時間。觀測點的布置與各類工程的特點有關(guān)。

一般來講，從實用的目的出發(fā)，對于連續(xù)生產(chǎn)的大型車間（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物）通常要求觀測工作能反映出1mm的沉陷量;對于一般的廠房，沒有很大的傳動設(shè)備、連續(xù)性不大的車間，要求能反映出2mm的沉陷量。因此，對于觀測點高程的測定誤差，應(yīng)在±1mm以內(nèi)。而為了科學研究的目的，往往則要求達±0.1mm的精度。

對于水工建筑物，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、形狀不同，觀測內(nèi)容和精度也有差異。即使對于同一建筑物（如拱壩）的不同部位，其觀測精度也不相同，變形大的部位（如拱冠）的觀測精度可稍低于變形小的部位（如拱座）。對于混凝土大壩，測定變形值的精度一般為±1mm;對于土工建筑物，測定其變形值的精度不低于±2mm。

2.2 觀測點的結(jié)構(gòu)與埋設(shè)

平面基準點的標志體應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性，亦即標志體在水平方向上是保持不動的。

1、觀測墩

在基巖較淺或土體穩(wěn)定的地方，常用鋼筋混凝土建造的觀測墩作為平面控制點標志。

2、倒錘

倒錘是一種埋設(shè)較深、穩(wěn)定性很好的平面標志。圖2-1（a）是倒錘原理圖，當鉆孔內(nèi)充滿液體時，對中中心與標志中心的相對位置不變，也就是說，如果標志中心是穩(wěn)定的，則對中中心也是穩(wěn)定的，其平面位置不會受側(cè)向干擾力影響。圖2-1（b）是倒錘的一種實用結(jié)構(gòu)。

3、光線傳遞式標志

光線傳遞式標志是將固定在底層的中心點利用光線投射到標志頂面上來，即利用光線代替倒錘線。玻璃片上的十字絲代表平面標志的中心，與混凝土結(jié)合在一起埋在溫度變化不大的巖層中，十字絲下安置一燈泡，為更換燈泡，在標志旁設(shè)有進人孔。

2.3 基坑回彈監(jiān)測

工業(yè)與民用建筑物的沉陷觀測是最常遇到的變形觀測工作，從建筑物基礎(chǔ)施工開始到工程交付使用甚至更長一段時間都需進行變形觀測。

基坑回彈觀測的任務(wù)是測定基坑開挖后的回彈量。其目的是為改進基礎(chǔ)設(shè)計，確定室內(nèi)地坪的適宜標高提供重要資料。

回彈觀測要點是：基坑開挖之前先測出設(shè)計的坑底土層的準確高程。如圖2-3a中的Q點的高程為HQ，當基坑土被取出后再復(fù)測坑底土層中Q點上升Q′（圖2-4b），Q′高程為HQ′，它與初始高程之差為ΔHQ就是基坑回彈量：

圖2-3a中，H坪為室內(nèi)地坪設(shè)計標高，CD為設(shè)計的基坑底面，其標高為HQ，當土塊ABCD被取走后，CD面上升到C′D′（圖2-3b）。為保持設(shè)計坑內(nèi)標高仍是HQ，將C′D′挖去，使原EF升至E′F′即CD高度。當基礎(chǔ)筑完之后，E′F′即CD高度。當基礎(chǔ)筑完之后，E′F′又被壓回到EF（圖2-3c）。若按基礎(chǔ)設(shè)計深度h施工室內(nèi)地坪，則±0降低了ΔHQ。若按±0設(shè)計標高施工室內(nèi)地坪，則h增加了ΔHQ尺寸。

如果ΔHQ是在基礎(chǔ)施工后一段時間完成，可能導(dǎo)致整個建筑物降低了ΔHQ尺寸。由于坑底C、D、Q三點回彈量與下沉量也不均，可導(dǎo)致防水失敗，對工程危害極大。因此，回彈觀測，特別是軟土層深基礎(chǔ)的回彈觀測有重要意義。

回彈觀測應(yīng)達到一定精度，一般取預(yù)計回彈量的1/10為回彈觀測高程中誤差。觀測中，常將各項較差取至1mm。所用儀器能讀出0.1mm的微小量。

如圖2-4所示為回彈觀測示意圖。準備精密水準儀和銦瓦水準尺，準備經(jīng)檢定的30m或50m鋼尺，以及與鋼尺標準拉力相應(yīng)的重錘兩個和投放鋼尺的支架。其觀測工作應(yīng)在開挖前后各進行1次。

開挖前觀測時，將平底重錘放人孔底，讓錘與回彈標志頂接觸，另一端用檢定拉力將鋼尺引張。當孔底重錘碰到標志后，用水準儀測量基準點與回彈標志的高差（要注意鋼尺的零點值）。觀測時鋼尺估讀到0.1mm，水準尺讀到0.1mm，以下湊整。

3 變形監(jiān)測的影響因素

A項目位于青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)， 氣候宜人，交通便利。本項目一期高層住宅區(qū)用地面積為20600平方米，總建筑面積為81145平方米，建筑密度11.6%，項目包括4棟高層住宅、地下停車場等;尚德國際一期高層住宅共32層。地上建筑面積22309平方米，地下總建筑面積為6504平方米。該工程地下3層，地上為32層，建筑高度121.895米，建筑總高度130米。筏板基礎(chǔ)，現(xiàn)澆混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。2021年8月開工，預(yù)計2011年3月底主體封頂;2011年7月竣工。

根據(jù)GBJ202—83《地基與基礎(chǔ)工程施工及驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)對該工程在整個施工過程中和工程竣工后的一定時間內(nèi)進行沉降觀測工作，動態(tài)的監(jiān)測工程建筑過程中的沉降變化，尤其是不均勻沉降變化的狀態(tài)，這對工程建筑的結(jié)構(gòu)安全具有重要實際意義。根據(jù)設(shè)計要求及施工區(qū)段的地質(zhì)、支護結(jié)構(gòu)的特點和所處的周邊環(huán)境條件， 確定的監(jiān)測項目有：

1.圍護結(jié)構(gòu)頂部沉降監(jiān)測;

2.圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測;

3.圍護樁（墻）測斜;

4.圍護結(jié)構(gòu)與中間樁差異沉降監(jiān)測;

5.支撐軸力監(jiān)測;

6.圍護結(jié)構(gòu)裂縫及滲水監(jiān)測;

7.地下水位及孔隙水壓力監(jiān)測;

8.周邊地表沉降觀測;

9.臨近建筑物變形監(jiān)測;

3.1 內(nèi)業(yè)處理

野外作業(yè)獲得的第一手成果資料，由計算機處理，可以直接用于平差計算的各點高差資料。

統(tǒng)計沉降觀測精度（即偶然觀測中誤差M）：

式中：ω為各期沉降測量環(huán)線閉合差。

N為觀測次數(shù)

3.2 警戒值的確定

各項監(jiān)測的報警值按一級基坑和車站的設(shè)計值為依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場的特點核實踐經(jīng)驗，對一些項目提出以下警戒值：

1、基坑連續(xù)墻測斜：矩形直段的墻體最大位移量30mm，大圓盤的連續(xù)墻墻體最大位移量35mm，變形速率不超過2mm/d時;

2、基坑地下水位動態(tài)監(jiān)測：基坑降水或開挖時引起坑外水位下降不超過1000mm，或日變化量不超過500mm/d時;

3、支撐彎矩及軸力監(jiān)測：支撐實際彎矩及軸力不超過設(shè)計值的80%時;

4、連續(xù)墻頂?shù)奈灰疲簤w最大的位移量為20mm，變形速率不超過2mm/d;

5、基坑周邊地面變形觀測：沉降不超過3mm/d;

6、周邊建筑物位移觀測：沉降和水平位移不超過30mm，每天變化不超過5mm。

7、地下管線變位：煤氣管道沉降或水平位移均不得超過10mm，變化速率不超過/d 2mm;自來水管道沉降或水平位移均不得超過30mm，變化速率不超過5/d mm。

3.3 觀測成果表

3.4 變形監(jiān)測位移曲線圖

3.5 成果分析

觀測成果分析如下：

通過觀測并對資料整理分析，基坑回彈量累計小于30mm，分布開挖位移值小于30/00h;根據(jù)《建筑變形測量規(guī)程》（JGJ/T 8-97）和《工程測量規(guī)范》（GB 50026-93）規(guī)定，本基坑變形穩(wěn)定，可以安全使用。

基坑回彈及建筑群體的沉降情況，基坑平均回彈量為1.663cm，高層部分平均沉降量為1.158-1.477cm，沉降量小于回彈量。分析其原因，高層部分結(jié)構(gòu)荷載小于基坑開挖土的荷載，高層部分應(yīng)采用地基加固處理。

在深埋基礎(chǔ)建筑的施工中，基礎(chǔ)底面將經(jīng)歷 回彈——再壓縮——附加沉降的過程。本文通過對具體工程的深基坑回彈觀測及建筑物的沉降觀測，證明應(yīng)對高層部分地基進行加固處理的設(shè)計方案以確保改善高層建筑的沉降分布情況，大大減少差異沉降。觀測結(jié)構(gòu)為以后的工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了一定的鑒定作用。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展和計算機應(yīng)用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預(yù)報提供更加堅實的技術(shù)支持和廣泛的研究途徑。經(jīng)本文研究分析得出在建筑物的變形監(jiān)測中：

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