建筑基坑變形監測方法分析

胡穎楷

四川省川建勘察設計院有限公司 四川 成都 610000

市政工程是保證人民生活品質的重要環節，其施工安全可靠是各項工程的根本，市政工程中的基坑監測對市政工程的順利進行有著重要的意義。由于城市建設難度大，技術要求高，作業環境惡劣，施工人員眾多，所以對基坑進行監測具有較強的綜合性和復雜性。文章在綜述了目前我國城市建筑基坑監測工作的情況的基礎上，概括了其工作原理及工作內容，并提出了在工程中應用的幾種新方法。

1 城市建筑基坑變形監測的意義

對城市基礎設施進行基坑變形監測，對于保證工程的安全運營具有重要意義。從實踐上講，城市建筑基坑監測對保障國家基礎設施建設的質量、保障人們的生活環境、促進國民經濟的發展都有很大的幫助，已成為我國城市發展的一個重要組成部分。在此基礎上，提出一種更加全面、科學、有效的監測方法，對提高我國城市建設水平具有重要意義。城市建筑基坑監測的主要內容有：圍護墻深層水平位移、土體深層水平位移、墻后地表豎向位移、地下水位監測等。通過對每一次基坑的監測，可以對周圍建筑物的穩定性進行實時的評估。特別是因為氣溫太低的原因，可以提醒工人及時進行排水。對城市建設項目中的基坑變形進行監測，是建筑施工過程中必不可少的一環，對項目施工和施工都具有重要的意義。課題在借鑒和消化國內外現有工程技術成果的基礎上，結合國內工程實踐，探討如何提高工程質量的方法。為此，針對基坑在城市施工過程中出現的問題進行了分析，并提出了相應的對策，對于提高工程施工質量有著十分重要的意義。

2 基坑監測的主要方法

2.1 水平位移監測

基坑水平位移監測包含了很多方面，它是對支護結構、支撐體系等展開全面的檢測，可以采用交會法、極坐標法等方法來對基坑進行水平位移監測，如果在監測的過程中，對監測體的水平位移有較高的要求，就必須要用更高精度的儀器來進行兩次以上的監測，這不但給監測工作帶來了更大的難度，同時在測量的過程中，還會有更多的誤差積累，使得計算過程變得更加麻煩。在對形狀為線性的基坑進行監測時，可以采用小角度的方法進行監測，不麻煩，易于操作，但對測站點的要求較高，需要維持通視，若設置較多，觀測的費用也會相應提高。GPS定位方法在監測中具有較高的精度，且能在任何時候對其進行實時監測，但對場地要求較高。為了確保檢測結果能夠精確地反映被測物體的位移量，必須將被測物體的位移量等固定好后才能進行檢測。

2.2 應力監測

在基坑開挖過程中，各種土體所受的壓力是不斷變化的。根據基坑的受力特點，在水壓較大時，有針對性地布設監測點，實現對水壓數據的精確讀出，使得各向受力均能維持在垂直度上，防止水壓力過大。在深基坑支護體系中，必須實時監控各受力部件的內力，并對其進行分析，一旦發現有異常情況，就必須采取相應的措施來確保其應力穩定，以防止各受力部件發生安全事故。應力儀現在已經被廣泛地用于監測，與此同時，在選擇監測點的時候，要進行科學的設計，精確的計算，在安裝元件的時候，要注意應力儀的安裝方式、安裝位置、溫度、防水等方面的控制，因此，操作者要根據實際安裝的需要，對應力儀的安裝進行有針對性的控制，確保傳感器的存活率，以及測量的誤差[1]。

2.3 豎向位移監測

在對豎向位移監測方面，主要是針對支護以及支撐體系等方面來做好變形監測，其主要監測方法為幾何水準法、液體靜力水準法。首先，在監測點的布設上，需要先根據實際情況來做好高程參考控制網的建立工作，主要采用三角高程測量法來做好測量工作，盡可能保證監測頻率、監測點等方面達到一致。其次，在針對坑底反彈階段進行高程監測階段，該方法的優勢也比較明顯，即數據準確度高、操作簡單，極大程度上使得整體工作效率大大提升，監測準確性也能得到極大保障。

3 建筑基坑變形監測的要點

3.1 基坑變形監測設計

基坑變形的監測是一個涉及到基坑施工及周邊建筑物穩定的系統工程。在制定監測計劃時，必須搜集與之有關的各類數據與信息。監測方案主要包括監測方法的選擇和監測點的布置，預測值的設置，結果的分析和評估等內容。在進行基坑變形監測時，應考慮下列幾個方面。

(1)監控裝置和儀表應在正常工作條件下，并應確保其可靠性。一般情況下，電子設備的可靠性要比機械設備差，在必要的時候，需要用機械設備來校對其精度和可靠度。

(2)基坑工程的監控要考慮多方面的因素。主要是監測被監測對象的位移量和位移速率，并優化監測方法和巡檢方式。在布設監測網絡時，要盡量把監測點布置在坑底、坑壁頂部和鄰近易受基坑工程影響的重要建筑物等部位。在此基礎上，結合現場實際情況，提出了一種基于現場實測數據分析的新方法。

(3)因為變形監測是在基坑開挖的同時進行的，所以，監測站點的設置和監測工作要盡可能地減小對工程的影響，并且要盡可能地避免因為監測工作而拖延時間。在進行監控設計時，要盡可能地選用既能保證監控精度，又能保證監控的經濟性的方案，從而減少監控成本。

3.2 規范操作監測儀器設備

在對高層建筑基坑變形進行監測的時候，必須要用到一些專門的監測儀器設備，只有對監測儀器設備進行規范的操作，才能保證監測工作的順利進行，并保證監測結果的科學性和有效性。儀表設備的使用必須有專門的人員進行，不能沒有證書，在使用時必須遵守有關的操作規范和方法。此外，還需要在日常生活中對儀器設備做好有效的維護與保養，以防止儀器設備的損傷；在使用前，必須認真地對其進行校驗，以免造成測量結果不準確。

3.3 擋土墻及周邊地表變形

基坑圍巖及其周圍的變形主要表現在水平和垂直兩個方面，它與基坑開挖深度、圍巖周圍的變形有關。在淺基坑施工過程中，在圍巖作用下，圍巖的水平變形表現為“倒三角形”，圍巖頂板最大變形向內側傾斜。當基坑開挖時，支護結構與周邊土體均表現出整體剛性的內移。由于卸去了圍護結構中的土體，卸去了側方的原土壓力，使得圍護結構在卸去了側方的土體后，圍護結構發生了內移，形成了圍護結構。由于一般情況下，圍巖與圍巖之間會發生水平移動，所以在基坑支護中，側墻支護是必不可少的。盡管支護結構及其周邊土的垂直變形相對于水平變形來說很小，但是由于缺乏有效的監測手段，會給支護結構的穩定性、地面沉降以及基坑的安全帶來很大的風險。造成這一結果的主要原因是由于基坑開挖引起的地表自重降低及地表的上升運動。在深基坑圍護中，一般應用地下連續墻、鉆孔灌注樁等技術，都會引起支護沉降，威脅到工程的安全。基坑施工不僅要保證其自身的安全性，而且會對周邊環境產生較大影響。擋墻后周邊地面將發生不同程度的下陷，對周邊建筑、交通和管線造成影響。因此，必須對沉降進行科學的監控，并對沉陷的范圍做出準確的預測，從而制定出相應的防治措施。目前，對于地面沉陷的研究主要集中在模型模擬，有限元分析，數據擬合等方面。從實踐中的經驗來看，地面沉陷的規律可分為兩大類。一是在較淺的基坑開挖過程中，軟弱巖層將呈“三角”型沉降，支護結構在支護結構中將產生較大的水平位移，同時，基坑周圍的沉陷也將進一步加劇；如果擋土墻埋深很大，或者巖層比較硬，則土體的沉降基本為拋物線型，并且其最大沉降量與擋土墻的距離越遠越好。

3.4 基坑變形監測的頻率

基坑變形監測是一項貫穿于整個施工過程的、甚至是在施工完成后還要進行的、連續的、多點的、長時間的監測。因此，在對基坑變形進行監測時，應該將施工的安全性和經濟性結合起來。一般來說，監視的次數應該滿足以下規定：

(1)在基坑開挖期間，每日監測數不少于一次，在基坑完成后，至少要對基坑進行3天的持續觀察，直到基坑穩定為止。

(2)在基坑施工期間，如果發生以下緊急情況，必須對其進行至少3天的監控，直到監控值趨于穩定，即變形值逼近或超過警告值，或者變形速率加速。相鄰的房屋和道路有較大的裂縫和不均勻沉降；突如其來的壞天氣造成基坑或周圍出現大量的積水（積雪）；在基坑底部或支撐系統中，會出現管涌、流沙等現象。

3.5 深基坑開挖階段變形規律

首先，在深基坑工程中，與之相關聯的地下管道會產生較為顯著的沉降，而沉降量與基坑與管道間的距離有很大的關系。當樁身與樁身之間距離增大時，樁身與樁身之間的沉降量就會增大。同時，管道設施所在地的水文地質條件和環境因素對管道沉降有很大影響。但是，深基坑支護結構的位移和變形與基坑挖深有關，在0.5-1m深時最大。但對于深基坑圍護結構，其支撐軸壓力通常隨挖深的增加而增大，當挖深約0.5-1m時，支撐軸壓力最大。隨著基坑深度的增大，基坑支撐軸力的增加量逐漸減小，直到趨于一個恒定值為止[2]。

4 基坑工程監測控制措施分析

4.1 增強工程實施強化管理力度

根據審核通過的設計文件，根據項目的具體情況，編制了相應的專項施工方案。專項施工方案應包括實施規范、設計流程和有關規定等。相關部門以及承包單位需要格外重視基坑工程管理，保障其施工質量以及施工安全，避免出現危險事故的同時，也能確保整體作業過程有條不紊、井然有序。與此同時，還需要盡可能地建立相應的安全監管機構，根據實際情況來明確其巡查方案，進一步明確工程質量監管的職責。

4.2 全程控制基坑支護的施工質量

在基坑工程的建設過程中，因為地基土質的不同和環境的復雜，需要對巖土基坑支護施工進行全程控制，避免施工環節出現問題，進而嚴重影響到后續工程的建設。為此，有關部門及設計人員應根據實際情況，對設計方案進行優化與改進，并進行嚴格的控制，以保證施工質量。但是，施工單位不能對施工計劃進行任何修改，其中包括了錨桿的位置、長度、型號、數量等內容，以及鋼筋網的使用間距和放坡系數等內容。對設計方案進行修改時，要有專門的人員對其進行審查，建立一個有效的溝通平臺，使基坑支護承包商和挖土承包商之間保持良好的溝通，以確保工程的順利進行。在工程建設中，應嚴格遵守施工規程，保證土方開挖的次序及開挖的方法與設計相符。

4.3 城市建筑基坑變形監測遵循原則

在城市建設中，作為國家重大基礎設施的一部分，為保證建筑項目的安全進行，基坑變形監測應嚴格遵守如下原則。第一，在進行基坑變形監測時，應堅持時間和頻率的合理性；大家都知道，在許多基坑的開挖之前，都是需要排水的。例如，在沿海地區，水位相對于地面會比較高，因此，在基坑開挖之前，都要進行降水工程。因此，在這種情況下，就必須要求我們在降水之前，就要對周邊水位和周邊的建筑物、道路進行監測。在此之前，我們需要監測的項目包括：周邊建筑物的布點、周邊的管線的位移監測和沉降觀測。在進行水位監控時，應與施工單位及時聯系，在打好降水井前，對其水位進行測量。對于這類基坑，必須在回填完畢，基坑停止降水，水位恢復之后，才能停止觀測。多數情況下，基坑回填后，仍有降雨，因此要掌握好監測的停止時機。同時，基坑初期的觀測也很重要，它可以為基坑施工提供第一手的資料，起到控制和檢查后期資料變化情況的作用。并對該工程的整體安全性進行了分析，為該工程的安全施工奠定了堅實的基礎。第二，在對基坑變形進行監控的時候，監控數據一定要可靠，不能有任何的偏差，并且要在第一時間將監控到的數據進行處理，如果不能在事后進行預測，那么就要按照實際情況進行，這樣才能保證監控數據的可靠性，從而達到對基坑變形進行監控的目的。第三，在城市建筑工程中，對基坑的變形進行合理的監控。監測的內容應該是完整的、全面的，在項目全面實施的過程中，要對基坑施工的過程以及周圍的環境進行充分的反映，杜絕觀察盲區，盡可能地將逆向的損失降到最低[3]。

4.4 城市建筑基坑變形監測選擇要具有合理性

基坑施工是建筑施工的基礎，在建設過程中，必須對基坑施工進行質量控制和管理控制，尤其是安全維護、管理監督、質量控制以及監測方法的應用。觀測點的先后次序、現場計劃應該按照現場的特定情況和工程的需要來安排。在制訂方案前，必須對所要監控的基坑情況有全面的認識，同時要將理論與實際相結合，以保證監控的針對性和針對性。在執行監控內容時，必須在施工開始之前，對其進行適當的埋設，做好初步的測定工作，以保證周圍環境的穩定。監測點的布設應以結構的主要受力和變形為主要特征的點位為宜。設定監測頻率的次序不應該干擾監測對象的正常工作，并且應該降低監測對施工操作的不良影響，以確保能夠看到周圍環境等物體的完整視角。當觀測值比較穩定時，可以減少觀測次數，反之，可以提高觀測次數。

4.5 城市建筑基坑變形監測數據分析

為了獲得更加可信的數據，并對其進行評價，常常需要對基坑監測資料進行多點觀測。獲取基坑開挖過程中的觀測資料，并與已有觀測資料相比較，分析外部因素對基坑開挖變形幅度及建筑物整體穩定性的影響。工程中，在基坑變形位置布設大量的監測點，組成一個數據變換體系，在對比過程中，某些異常值會產生較大的偏差。這一點，可以通過試驗來驗證。為了進行資料分析，必須對基坑的變形情況進行適當的養護，在查找出錯誤資料后，要對其進行周期改變或永久改變，以防止出現工程事故。為此，要對基坑變形進行監控，確保整體數據精準度符合要求。

5 結束語

總之，在中國城市基礎設施建設中，深基坑工程發揮著舉足輕重的作用，如何對其進行有效的變形監測，并對其變形機制和變化規律進行研究，是關系到該工程能否順利實施的關鍵。深基坑圍護結構發生大變形時，會對工程建設及人們的生產生活造成很大的影響。為此，必須深入探討深基坑圍護結構的變形機制，并采取相應的支護措施，才能最大限度地發揮圍護結構的作用，從而促進城市基礎設施的建設。