建筑基坑監測中位移監測技術的應用分析

［關鍵詞］位移監測技術；建筑基坑監測；基準點；監測點

在城鎮化持續推進的背景下，可供使用的空間變得十分有限，為保證精神需求、生活需求得到滿足，建筑單位往往會選擇對地上及地下空間進行拓展利用，高層建筑的數量逐漸增多，在此背景下，越來越多企業選擇對建筑基坑進行監測。與普通建筑相比，高層建筑施工的難點主要在于需要開挖基坑，要想在保證施工進度的同時，將基坑開挖給附近既有建筑負面影響降至最低，關鍵是要對位移情況進行監測，確保現場人員能夠及時發現并解決潛在安全隱患，為基坑施工精密性提供保證。

1. 項目概況

某醫院計劃建造老年康復護養院，委托專業機構對建筑基坑進行監測。地質勘測結果表明，施工現場巖土層構造相對簡單，由上至下分別是填土/粉土/細砂/中砂。施工區域的地下水為潛水，水位埋深在2.8～2.9 m之間，平均埋深為3.2 m。基坑支護標高處于16.8～17.5 m這一范圍，平均標高為17.1 m[1]。結合歷史數據可知，每年地下水位的變化幅度在1.5 m左右。而作為典型的臨時項目，本項目要求施工方先確定基坑控制網圖（圖1），再按照網圖內容對基坑進行實時監測，保證基坑支護深度在13.2～14.3 m之間，與此同時，支護安全等級應當達到一級。

2. 位移監測技術在基坑監測中的應用

2.1 監測儀器

目前，市面上可供選擇的監測儀器數量及種類極多，要想使監測效果達到預期，關鍵是要立足實際，對符合項目特征、監測需求的設備進行選用[2]。在本項目中，需要用到表1列出的幾類儀器：

2.2 監測技術應用要點

2.2.1 布置基準點

在打沖孔灌注樁前，對基準點進行布設。本項目布設水平基準點的數量為3個，各基準點均有強制對中裝置對應。沉降基準點同樣為3個，2個是墻角水準點，1個是現澆水準標識。

2.2.2 布置監測點

2.2.2.1豎向位移

在施工現場附近道路、建筑物周圍布設315 個監測點，分別對道路/建筑物/基坑圍墻/基坑擋墻/基坑立柱的沉降情況進行監測（表2）。地面布設監測點所用工具為圓頭測釘，建筑物監測點所用工具為L型沉降釘。

2.2.2.2水平位移

眾所周知，基坑圍護往往需要承受土體開挖期間形成的土壓力、降水壓力和各類荷載，這也決定了要想使基坑施工質量達到預期，關鍵是要保證圍護結構可靠且穩定。一般情況下，頂部位移監測與沉降監測均可共用監測點，要求以壓頂布設監測點為依托，對圍護頂部各處位移情況、存在差異加以了解，確保管涌、淺蝕流土等潛在危害能夠被盡早發現并得到消除，為圍護穩定性提供保障。在本項目中，沿壓頂縱軸對監測點進行布設，保證相鄰監測點間距約為15 m，優先在邊線中部、已出現明顯變形的陽角還有攪拌樁接縫布設監測點[3]。在新澆筑壓頂的恰當位置布設測量標志。

2.2.2.3深層水平位移

勘測結果表明，施工現場最大位移出現在開挖面周圍，位移部位深度與開挖深度的關系為正相關。除特殊情況外，均可根據圍護結構沉降方向、沉降深度，對其撓曲度及穩定度進行判定。測試原理如圖2所示：

在本項目中，通過預埋，對PVC測斜管進行布設，使用自攻螺絲加固接頭，在接頭表面包裹密封膠布，為管口提供強有力的保護，避免管口受損。監測所用測斜管的內徑為70 mm，配有兩組互相垂直的導槽，用來對測試方位進行控制。監測期間應保證一組導槽與基坑圍護垂直，另一組導槽與圍護平行。本項目現場布設測孔的總數為11個。

2.2.2.4裂縫監測

對地表裂縫進行監測時，使用金屬或油漆做好標志。根據現場情況，對監測點所在位置加以確定，保證監測點能夠直觀反映裂縫特征、變化趨勢。監測過程中進行拍照記錄，為整理數據、生成表格等工作提供便利。

2.2.2.5應力監測

通常以擁有最大軸力的桿件作為應力監測點，在指定平面對軸力測點進行布設，這樣做的好處是能夠準確把握布設支撐、受力和拆除期間支撐軸力與時間的關系，從而獲得曲線圖。在支撐端部頭側安裝軸力計（見圖3），通過焊接，加固活絡頭貼角、軸力計外殼的連接處，與此同時，使用圍焊的方法，對鋼牛腿貼角、軸力計進行固定。安裝期間有兩點需要尤為注意，一是保證軸力計、鋼支撐軸線處于相同平面，二是維持零角度。

2.2.2.6圍墻傾斜測量

對圍墻進行傾斜測量，通常指代墻體上下層傾斜度或墻體頂部與底部在垂直度方面的差異。一般情況下，應將儀器配套標志作為觀測點標志，若現場不具備埋設標志的條件，則可使用油漆進行標記，沿墻體對固定點、觀測點進行對稱設置[4]。在本項目中，設置了16個監測點，用來對圍墻傾斜程度進行監測。

2.2.2.7監測地下水位

考慮到基坑施工需要在坑內進行降水，導致基坑內外的地下水位差異十分明顯，止水帷幕能否發揮應有作用，通常會對附近環境造成深遠影響，對地下水位進行動態觀測的重要性有目共睹，可以說，只有做到實時觀測地下水位，才能準確把握基坑降水效果，進而對圍護結果隔水效果進行科學且可靠的判定。

2.2.3 觀測基準點

本項目要求基于二等邊角網對水平基準點進行測量，技術要求如下（表3、表4）：

2.2.4 觀測監測點

2.2.4.1豎向位移

前期準備階段，在恰當區域埋設基準點，待基準點狀態趨于穩定正式投入使用。對沉降進行監測時，應做到定期聯測，根據聯測結果制定保護方案，為基準點具有穩定性提供保障。聯測要點如下：以Dini03水準儀為主要工具，以一級要求為依據，基于閉合水準路線展開聯測工作。使用現有軟件快速且準確地計算觀測平差，確保閉合差在-0.3 N～+0.3 N 之間（N代表測站數量）。

2.2.4.2水平位移

本項目使用TS30全站儀觀測水平位移情況，觀測期間需要用到設站法和極坐標法，簡單來說，就是以獨立坐標系為參照物，先分兩次對監測點坐標進行測定，對差值進行計算，得出結果。為保證結果準確，如下操作：一是提前將儀器轉移到陰涼地進行預熱。二是布設儀器期間，應通過打傘遮陽，避免儀器暴露在陽光下。三是保證儀器所在區域不存在干擾因素或振動的可能。四是待精平工作告一段落，先后對3個基點的數據進行采集，若定向檢核結果滿足行業要求，便可著手準備采集數據。監測數據見表5：

通過分析可知，項目水平位移變化量、變化速度均符合行業規定。

2.2.4.3深層水平位移

基坑土體應力會隨著開挖深度的增加而變化，深部土體、圍護出現水平位移難以避免。對位移進行監測時，將檢測儀探頭勻速滑至管底，每隔0.5 m記錄一次數據（即A0），隨后，將探頭順時針旋轉180°，將測量所獲數據記為A180）[5]。再按照公式（1）對各段位移進行計算，根據累計位移對水平位移數值進行推算。

在該公式中，Lsinθ代表各段位移。A0、A180均代表測定所得數據。

2.2.4.4裂縫監測

本項目基坑附近存在裂縫，因此，需要對裂縫進行監測，先使用鋼尺、游標卡尺或是直尺，對標志間距進行確定，對裂縫變化值加以確定。在讀數過程中拍照記錄現場情況。前往現場開展測量工作時，應當如實記錄各項讀數，對數據進行整理時，應以現場照片作為主要依據，避免由于人為失誤導致數據讀取錯誤或是出現類似問題。

2.2.4.5應力監測

應力監測對象首選擁有最大軸力的桿件。在支撐端部相對活絡的一側安裝軸力計，既要保證軸力計、鋼支撐軸線完全重合，還要保持零度角，避免偏心給監測結果造成不良影響。對各點頻率進行如實記錄，運用公式（2）對軸力進行計算：

在該公式中，F代表軸力。K代表標定系數，單位是KV/Hz2。fo代表初始狀態下傳感器零位數值，單位是Hz。fi代表測量值，單位同樣是Hz。

2.2.4.6圍墻傾斜測量

使用TS30全站儀觀測圍墻傾斜情況。先確定與傾斜方向的位置關系為正交的線，再在該方向線恰當位置布設觀測點，保證觀測點所在高度與目標高度之比在1.5：1左右。準確標記點位，確保每次開展觀測工作依托點位完全相同。前期準備階段，對儀器進行調試。采集數據期間，應先導入監測點編號，再對底部、頂部進行對稱采集，保證采集所獲數據具有實際意義[6]。

2.2.4.7監測地下水位

對基坑進行開挖施工期間，通常需要大范圍降水。在完成埋設水位管的工作后，應定期對水位面進行測試，對水位面穩定性加以明確，若連續數次測試所得數據基本一致，則可著手準備測量原始水位高程，基于二級水準聯測確定水位孔管口的高度，基于鋼尺水位計確定地下水位的深度，為計算提供便利[7]。

確定管口高度后，通過鋼尺水位儀對水位管內部水深進行測量，方法如下：將探頭緩慢放入水面，記錄探頭與水面初次接觸時的數據，勻速拉出探頭，記錄探頭離開水面時的數據[8]。反復兩次后，對平均值進行計算，所得結果便是水面深度。可用來計算水位參數的公式為：

在上述公式中，h水表水位高程。h孔口代表管口高程。h深代表地下水位的深度。dh水i 代表當前水位。DH水I 代表水位累計變化。

2.2.5 發布監測預警

施工方以設計方案所提要求為依據，將監測報警值確定如下（表6）：

3. 結論

綜上，對基坑進行開挖期間，應給予基坑監測充分重視，密切關注基坑位移情況，避免出現問題。應以現場情況為依據，對切實可行的監測方案進行制定，充分利用現有監測設備和方法，有序開展位移監測等工作，對監測誤差嚴加控制。在此基礎上，根據監測數據，調整施工方案，為項目施工速度及質量提供有力保障。