基坑深层水平位移的监测方法比选

别建晓

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉 430023)

1 前言

在高层建筑和地铁工程中普遍存在深基坑工程。由于深基坑工程技术复杂、涉及范围广、受影响因素多，在开挖过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形等情况发生，如果变形控制不当，不仅将危及基坑本身的安全，还会殃及周边的建筑物和设施，造成十分严重的经济损失和社会影响，因此在施工过程中必须进行监测。

基坑监测的工作内容比较多，围护结构深层水平位移是一项重要的监测项目。通过现场监测，对所得数据信息进行综合分析，了解基坑围护结构的变形情况和规律，为安全施工提供及时的反馈信息，达到信息化施工的目的;将监测数据与设计预估值进行比较，及时分析出现的问题，为基坑周围环境安全制定及时有效的保护措施提供依据;验证基坑开挖方案和环境保护方案的正确性，以判断施工工艺和施工参数是否需要修改和优化，为改进设计提供依据。

2 深层水平位移监测的原理

围护结构深层水平位移监测，一般通过活动式测斜仪进行，因此，本监测项目又称“测斜”。它是深入到基坑围护结构内部，以了解基坑开挖施工过程中围护结构在不同深度处的水平位移。

2.1 测斜仪的工作原理

在需要进行测斜监测的部位埋设测斜管，把测斜仪的导向轮沿测斜管导向滑槽放入孔中，一直滑到孔底，以孔底为基准点，从下往上每间距 0.5 m(或1.0 m)测一个点，当测斜仪稳定在测斜孔的某深度位置时，测斜仪与铅垂方向的夹角t就被斜仪所测出，依此方法从孔底测至孔口。如图1所示，测斜仪两对导轮间距离是定长“L”(一般L=50 cm)，从简单的数学关系可知此位置时测斜管与铅垂位置偏开的水平位移为:△i=L·sin t，规定面对基坑方向倾斜为正值，背离基坑方向为负值，仪器读数值单位为mm。

图1 测斜仪的工作原理

再把测斜仪调转180°重新放入测斜孔中，将测头滑到孔底，重复上述步骤在相同的深度标志处测读，以保证测量精度。通常采用正反测量的目的是为了提高精度，导轮在正反向滑槽内的读数将抵消或减小传感器的零偏和轴对准所造成的误差。

2.2 测斜仪的计算方法

在间距 0.5 m测孔时，正反方向各测一次，将正向测值 V正、反方向值 V负代入该式 V=(V正－V负)/2，即可求得到该点位置的观测值。

如果 1.0 m测一个点时，则该点位置处的观测值为 V=V正－V负。

由图2可知，

第1个测点相对于基准线的测试值为:

第2个测点相对于基准线的测试值为:

第3个测点相对于基准线的测试值为:

依次累加，第n个测点相对于基准线的测试值为:

两次测试值之差即为变化值，即:

依次对应相减:

测斜仪外业采集的数据一般不用进行人工计算，使用随机软件可以方便快捷地计算出每个测点深度的本次水平位移量、累积位移量等，还可以绘制测斜变化曲线图。

3 测斜方法的比选

测斜仪的电缆线上每0.5 m标记一个点，在监测时便于控制探头的深度。在测孔时，应正反方向各测一次，每次测量的间隔为 0.5 m，也可以是 1 m，我们姑且称之为半米双向监测和一米双向监测。但是在实际工作中我们发现不少单位在监测时，除了这两种监测方法外，还使用半米单向监测和一米单向监测等测法。可以想象半米双向测是工作量最大的一种测法，一米双向测法次之，半米单向测相对于双向测，工作量又减少很多，一米单向测的工作量最小，那么这4种测法的可靠性和准确性如何，其结果又有多大的出入呢?

为此我们做了一个测试，在某基坑工程监测中选择一个测斜孔，该孔位于基坑连续墙内，埋深约 18 m，每次均用这4种测法对其进行监测。第一次监测日期是4月27日，最后一次监测日期是8月24日，历时约4个月。用厂家提供的随机软件对这4种方法测得的该孔的累计水平位移量分别进行统计，对比如表1所示:

4种测法累计水平位移量对比表 表1

从上表可以看到每种测法对应的累计水平位移数值，在同一深度处有些数据还比较接近，有些数据也相差较大。为了直观地进行对比，我们把累计变化量和深度与时间画一个变化曲线图，如图3所示:

从图3可以对比如下:①一米双向和半米双向这两种测法的结果最为接近，变化曲线几乎重合在一起，两者相差最大的为 1.61 mm，其中相差 1 mm以内的点位有10个，占56%，相差 1 mm～2 mm的点位有8个，占44%。②半米单向与半米双向相比，变化量差值要略大一些，两者相差最大的为 5.62 mm，其中相差 3 mm以内的点位有18个，占50%，相差 3 mm～5 mm的点位有10个，占28%，相差 5 mm～6 mm的点位有8个，占22%。③一米单向与半米双向相比，变化量相差更大，最大差值达 19.35 mm，并且一米单向测的位移量基本上只有半米双向测的1/2。

图3 不同测法的水平位移曲线图

因此可以看出，半米测要比一米测准确，双向测要比半向测可靠。因此建议对于一级基坑来说，可以用半米双向或一米双向的方法来监测，对于二级和三级基坑可以用半米单向的方法监测，不使用一米单向的方法。

4 结语

不管是什么原因造成基坑围护结构有大的变化，这种变化不会仅仅是孤立地在测斜方面表现出来，在沉降、轴力、水土压力等方面也会体现出来，各监测内容的变化是紧密联系在一起的。如果某个测斜孔向坑内有较大变化，那么可以查看冠梁水平位移监测的变化是否与之一致，对应的各层支撑的轴力是否增大，冠梁和地表点是否有沉降，水土压力是否减小。只有这样把各项监测内容综合起来进行比较分析，得到的结果才会更加准确可靠。

［1］李青岳，陈永奇.工程测量学［M］.北京:测绘出版社，1995.

［2］朱建军.变形测量的理论与方法［M］.长沙:中南大学出版社，2004.

［3］曾瑞，雷健.多种监测方法在深基坑开挖工程中的综合运用［J］.城市勘测，2013(4).

［4］武汉基深测斜仪有限公司.CX－3C系列测斜仪使用说明书［R］.

［5］GB50497－2009.建筑基坑工程监测技术规范［S］.

［6］JGJ8－2007.建筑变形测量规范［S］.