工程測量在深基坑監測中的應用探述

文／涂超、張洋、李江沙 湖北省地質局地球物理勘探大隊 湖北武漢 430056

引言：

深基坑工程作為建筑工程的重要組成部分，其施工質量也將直接影響到后續作業活動的開展進度。在深基坑工程施工過程中，受地質因素、氣候因素、應力因素干擾，存在變形、塌陷等施工隱患，通過梳理工程測量在深基坑監測中的應用要點，可以加快深基坑工程的作業進度，提高深基坑工程的施工質量。

1、深基坑監測內容整理

1.1 地表沉降監測

開展深基坑監測活動時，也需要做好地表沉降監測工作。在具體的測量活動中，使用到的測量儀器與測量線路相對固定，而且在測量中也會利用測量尺和水準儀來加快數據獲取速度。在水準儀應用中，需按要求讀取事前讀數（記作H）和事后讀數（記作H），獲取高差值（記作h），存在關系H=h+H。同時也需要進行以下計算：

1.1.1 做好平差計算，該內容又可以細分為以下兩點：（1）計算測點平差，具體的計算公式為h=∑h=∑（B-A），式中h表示閉合導線中的高差閉合差，計量單位為m；A表示水準儀前視讀數，計量單位為m；B表示水準儀后視讀數，計量單位為m。隨后計算修正后高差閉合差，記作H，計算公式H=h/n，其中n表示具體的測點數量。（2）計算視距平差，具體的計算公式為h=∑h=∑（B-A），式中h表示閉合導線中的高差閉合差，計量單位為m；A表示水準儀前視讀數，計量單位為m；B表示水準儀后視讀數，計量單位為m。隨后計算修正后高差閉合差，記作H，計算公式H=h·L/L，其中L表示測量時的視距總長度，計量單位為m；L表示j測段對應的視距長度，計量單位為m。

1.1.2 做好高程修正工作，在對基點進行多次觀測后，可以確定初始高程參數，隨后將基準點觀測高程和初始高程進行對比，對于發現的相差較大數值進行修正，同時利用平差計算方法來對監測點高程進行修正，得到準確的監測結果。

1.2 支撐軸力監測

1.3 深層水平位移監測

在深層水平位移監測活動中，多使用滑動測斜儀（測量原理如圖1所示）來獲取監測數據，在具體測量活動中，其工作過程如下：會在土體鉆孔中安裝測斜管，在管道結構中設有兩對導槽，作用是用來下放滑動測斜儀測頭導輪，用電纜連接滑動測斜儀的測頭和測讀儀。滑動測斜儀測頭導輪一般相距 0.5m，為了方便操作，通常會在電纜上每 0.5m 處作標記。將測頭下放到測斜管底，測完一次后，測頭旋轉 180°，反向再測讀一次，將兩組數據進行處理。對于一個測斜孔，測斜儀每下放一定的距離為一測試點，各測試點的位移是以下每小段位移的總和。利用該儀器獲取到第j測段地應變差數值（記作ε），隨后可以直接轉換為測斜管傾角為θ，那么此時水平位移li的計算公式如下：l=L·sinθ=KLε，式中L表示第i測段對應的水平位移，計量單位為m；θ表示第i測段對應的傾角，計量單位為°；L表示測斜儀率定常數。

圖1 滑動測斜儀測量原理

1.4 地下水位監測

深基坑工程的開挖深度較高，對于地下水比較豐富的地區，也容易出現相沖突的情況。因此在深基坑監測活動中，也需要做好地下水位監測工作。在具體的測量活動中，需要連續測量3次以上，從獲取的監測數據中篩選出3次較為穩定的測量數據，求解其平均值作為初始的測量數值。在具體的監測活動中，需要利用水準儀來獲取測量數據，在水準儀的使用中，需要測量監測管口和測量出水位之間的距離，隨后再將距離值轉換為高程數值，在地下水的監測活動中，也需要安全的使用監測儀器，做好各參數信息的整理，并且需要時刻監測探頭的波動情況，記錄地下水位對應的變化值，所得到的統計數據錄入到計算軟件中進行處理，得到水位高程波動規律，滿足相應的使用需求。

1.5 圍護結構變形監測

深基坑施工時，對圍護結構會造成一定的影響，導致變形問題。在對其進行監測時，其監測流程（如圖2所示）。根據以往經驗，圍護結構變形類型如下：（1）水平位移，深基坑內側的土體不斷被挖出，使得周圍土體的應力減小，而這些土體挖走后周邊依然有其他的土體，也就意味著仍然有荷載存在，破壞了圍護結構內外的水土壓力平衡，當主動土壓力大于被動土壓力時，圍護結構發生的變形產生了水平位移。除了土壓力外，圍護結構水平位移還受橫向支撐、樁頂水平作用力和彎矩的影響。（2）豎向位移，在圍護結構的應用中，也會出現豎向位移病害，在土體卸載活動持續進行的情況下，土體自重和應力也會不斷減小，而此時圍護結構外的土體也會處于上升的狀態。在施工活動快速推進的過程中，深基坑工程其他部位的施工，也會增加整體結構的荷載，從而讓圍護結構出現下降的情況，在此作用下也會出現豎向位移問題，若沒有及時對其進行處理，也將增加圍護結構破壞的幾率。

圖2 圍護結構變形監測流程

2、工程測量在深基坑監測中的應用流程

2.1 監測點的布設

在工程測量工作開展過程中，做好監測點布設屬于非常基礎的工作內容。一般情況下，需要在場地外布置3個的基準點，其中一個基準點為控制點（記作K1），一個基準點為定向點（記作K2）、一個基準點為位移基準點（記作BM1），同時也需要根據實際情況來對其進行保護，以滿足監測數據采集的相關要求。以深層土體位移點布設為例，在布設監測點時需要對圖紙內容進行梳理，根據梳理結果來有序布設觀測孔。在孔位利用鉆機進行成孔，并在該位置布設PVC測斜管，所使用的PVC測斜管會設有4個內槽，每一個內槽相鄰角度為90°。在對其進行埋設時，也需要做好連接處理。埋設的PVC測斜管其孔口會露出地面20cm-50cm，而且在對其進行處理時，也會利用磚和水泥圍繞管道做一個圍護，這些工作都需要在監測活動開始前一周完成，并在所有工作完成后進行復核，滿足要求后再開展后續工作，提高獲取數據的準確性與合理性。

2.2 確定監測預警值

在監測活動開展過程中，需做好監測預警值的確定工作，這樣有利于快速發現潛在問題，且及時擬定補救措施擬，提高監測結果的可靠性。結合應用經驗可以得知，目前許多深基坑工程監測預警值的設計，會參考GB50497-2009《建筑基坑工程監測技術規范》進行設計，具體內容如下：（1）深層土體水平位移，其預警值為累積位移總量大于65mm，或單日位移量大于5mm；（2）地下水位，其預警值為累積位移總量大于800mm，或單日位移量大于300mm；（3）周邊地表沉降，其預警值為累積位移總量大于30mm，或單日位移量大于3mm；（4）立柱沉降，其預警值為累積位移總量大于30mm，或單日位移量大于2mm；(5)棧橋的水平位移，其預警值為累積位移總量大于20mm，或連續3d單日位移量大于3mm；(6)支撐軸力，其預警值為深基坑第1道支撐受力大于7000kN，第2道支撐受力12000kN。

2.3 明確監測頻率

工程測量活動會貫穿整個深基坑工程，而工程測量的頻率也會根據現場的波動情況來進行調整。在深基坑工程的施工前期，隨著深基坑中土方卸載活動的推進，深基坑工程的應力平衡狀態也會被破壞，那么此時基坑形變也會加快，對此也需要做好監測頻率的調整，如果深基坑工程各項參數波動處于安全范圍內，那么此時也可以適當減少深基坑工程監測頻率，以滿足相應的使用需求。總結以往應用經驗，深基坑工程監測頻率如下：(1)在深基坑工程開挖深度不超過5.0m時，此時會按照1d1次的頻率來采集監測數據；（2）在深基坑工程開挖深度處于5.0m-10.0m時，此時會按照1d2次的頻率來采集監測數據；（3）在深基坑工程開挖深度處于10.0m-15.0m時，此時會按照1d2次的頻率來采集監測數據；（4）在深基坑工程開挖深度處于15.0m-20.0m時，此時會按照1d1-2次的頻率來采集監測數據；（5）在深基坑工程開挖深度超過20.0m后，此時會按照1d2-3次的頻率來采集監測數據。過程中也會使用信息技術來加快數據整理速度，提升監測結果的可靠性。

2.4 監測結果整理

在完成數據采集之后，進入到監測結果整理工作，所需要整理的項目與第一章中的相關內容保持一致。在監測結果的整理中，需注意以下內容：

（1）對于監測數據的準確性和完整性進行檢查，剔除誤差相對較大的數據，而且對于不完整的部分也需要對產生原因進行分析，根據分析結果來及時補測監測數據，以此來得到完整和準確的待整理數據，以滿足相應的使用需求。

（2）按要求對監測數據進行分類處理，根據第一章節中相關分類標準，來獲取相對應的處理數據，而且在信息技術應用背景下，可以加快這些數據的整理速度，根據時間線來梳理監測數據，繪制相應的走勢圖，在走勢圖中會標記預警紅線，在發現數據臨近或超過預警紅線時，也需要暫時停止施工，采取相應措施進行處理，以確保深基坑工程作業結果的穩定性。另外，根據所得到的整理數據，也可以對深基坑工程波動情況進行預測，及時采取可靠的預防措施，以提高深基坑工程作業過程的安全性。

2.5 擬定加固措施

根據監測數據整理結果可以發現存在的隱患問題，此時也需要及時采取加固措施進行處理，以提高深基坑工程作業環境的穩定性。基于以往作業經驗可以得知，常用的加固措施包括帷幕加固技術、坑內抽條加固技術、地下連續墻加固技術、旋噴混凝土技術、注漿加固技術等。以注漿加固技術為例，該技術的應用原理在于，將拌和好的水泥漿注入到鉆孔當中，在壓力作用下也可以將水泥漿滲透到其他土層中，等待其凝結后可以有效提高深基坑穩固性，滿足相應的使用需求。而且在該技術的應用中，也需要注意以下幾點：

（1）在深基坑外部接縫位置按“品字形”來鉆孔，以免接縫滲漏問題。鉆孔的深度、直徑、注漿時壓力均需提前進行計算，以達到良好的注漿效果。

（2）在開挖活動中，也需要做好相應的監測工作，如果發現了接縫滲漏問題，此時也需要在合適位置做好注漿處理，以此來降低滲漏問題帶來的負面影響，提高深基坑工程作業結果的可靠性。

3、提高深基坑監測結果準確性的相關措施

3.1 擬定工程測量方案

通過擬定工程測量方案，可以提高獲取監測數據的完整性與準確性，為后續加固措施的擬定提供參考。從實際應用情況來看，應注意以下內容：

（1）做好深基坑工程基礎資料的整理工作，包括水文資料、氣候資料、地質資料、地下管線資料等，利用信息技術對這些資料進行整理，并從中篩選出價值數據，作為工程測量方案制定時的重要參考。

（2）做好工程測量方案內容的梳理工作，內容包括測量內容、測量頻率、測量要求等，做好這些內容的細化工作，以提高所擬定工程測量方案的指導價值。

（3）深基坑工程監測貫穿整個施工過程，因此在工程測量方案的落實過程中，也需要做好反饋資料的整理，根據反饋資料的整理結果來調整后續的測量方案，從而提高方案內容的適用性，滿足相應的使用要求。

3.2 做好測量誤差控制

通過做好測量誤差控制，能夠提高數據測量結果的精準度，提高監測數據分析結果的精準度。從實際應用情況來看，應注意以下內容：

（1）做好測量誤差來源的梳理工作，基于以往實踐經驗可以得知，測量誤差可分為偶然誤差、系統誤差、粗差誤差3個類型，利用信息技術對這些誤差問題的來源進行整理，為誤差控制方案的擬定提供參考。

（2）做好測量誤差控制方案的梳理工作，內容包括誤差控制要點、控制要求等內容，做好測量控制內容的細化工作，如設備管理方面，可細化成做好設備使用前調試、使用中監測、使用后養護等，以提高所擬定測量誤差方案的指導價值。

（3）深基坑工程監測過程中會采集數量眾多的監測數據，而這些數據也存在“粗差”隱患，因此在實際應用中，也需要做好數據核查工作，將采集數據的誤差控制在最小范圍，以此來防止誤差累積問題帶來的負面影響，提高所整理數據的實用價值。

3.3 組建可靠測量隊伍

通過組建可靠測量隊伍，可以減少不確定因素帶來的負面影響，以提高工程測量結果的準確性。從實際應用情況來看，應注意以下內容：

（1）做好工程測量隊伍成員的考核工作，基于信息技術、大數據技術提供的便利條件，搭建量化評價體系，在體系中會對專業能力、學習能力、責任心這些指標進行定量化分析，各項指標都會分配不同權重，以量化的方式評價工作人員的綜合能力，篩選契合要求的成員組建高水平測量隊伍。

（2）在測量隊伍工作前也需要做好方案交底工作，而且在日常工作中也需要做好集體培訓，培訓內容涉及工程測量要點、技術要求、安全知識等，在培訓活動結束后也會組織成員進行能力測試，篩選測試結果合格的成員參與到工程測量活動中，最大限度降低人為因素對施工活動帶來的負面影響，以提高所得測量結果的精準度。

（3）建立競爭上崗制度，以季度為單位對測量人員能力進行考核，替換能力較差的測量人員，以此來提高所有人員對于培訓活動的重視度，有序提升員工自身的綜合能力。

3.4 搭建自動化監測平臺

通過搭建自動化監測平臺，能夠加快工程測量數據測量速度，提高獲取數據的完整性。從實際應用情況來看，應注意以下內容：

（1）基于信息技術、大數據技術、互聯網技術提供、自動化技術建立可靠的數據監測平臺，平臺中所設計模塊會結合以往設計經、數據整合結果等內容來進行設計，以此來提高監測平臺的直觀性與有效性。

（2）自動化監測平臺在工作中會根據既定指令來自動完成監測數據的采集與整理，加快了數據整合速度。平臺數據完成處理后，會對數據進行屬性標記，存儲到對應的數據庫當中，為后續數據提取工作的展開提供便利。

（3）機器算法的融入，通過不斷學習和練習，提高監測平臺的應用價值和實踐效果。

（4）自動化監測平臺保持不定期更新狀態，使其可以契合現場管理要求，營造安全作業環境。

結語：

綜上所述，擬定工程測量方案，可以提高獲取監測數據的完整性與準確性，做好測量誤差控制，能夠提高數據測量結果的精準度，組建可靠測量隊伍，可以減少不確定因素帶來的負面影響，搭建自動化監測平臺，能夠加快工程測量數據測量速度，通過整理工程測量在深基坑工程監測中的應用要點，可以積累有價值的設計經驗，以提高獲取監測數據的完整性與準確性。