深基坑变形监测体系研究

2018-03-22王站

山西建筑 2018年22期

王站

(山西冶金岩土工程勘察有限公司，山西太原 030002)

高层建筑的不断发展使得基坑的规模日益变大，深度日益增长，施工难度越来越大。为了保障施工安全，在基坑施工时，必须选择合适的基坑变形监测体系。我国对深基坑的研究起步较晚，理论研究不够先进，且缺乏工程实践，深基坑施工的工程事故率远高于发达国家。为此，对深基坑变形监测体系进行研究对我国具有重要的意义。

1 深基坑变形监测研究意义

基坑工程的施工和维护受许多因素的影响，容易出现变形和沉降现象，当基坑变形程度超过设计允许值时会阻碍工程正常施工，甚至出现基坑坍塌，造成经济损失，给施工人员的生命安全造成威胁。科技的发展和建设行业进步的一个表现就是基坑工程深度不断增长，复杂程度不断提高，这使得基坑变形监测工作面临着很大的挑战。绝大多数的城市建设和管理部门都必须实施深基坑工程变形监测，而基坑变形监测也逐渐被甲方认可，乙方采用。

深基坑变形监测能及时掌握基坑工程地质构造的稳定性，保证施工安全。深基坑变形监测能及时发现基坑施工中存在的不稳定因素，以便能采取有效的补救措施，确保基坑施工的安全性。同时，基坑变形监测还能对基坑周围的构筑物进行分析，并确定基坑施工配套设施是否被正常使用，保证施工的顺利进行。此外，分析基坑变形监测所得数据可以使施工单位对施工现场周边环境的变形情况有一个可靠的了解，保障施工安全。目前，深基坑工程设计理论仍然不成熟，需要不断完善。基坑变形监测可以将基坑施工时的变形情况及土体的剪力产生过程很好的反映给工作人员，验证基坑施工是否符合工程设计，还可以为施工步骤和施工工艺的确定和选择提供参考依据，如周围建筑物的变化形式。

2 深基坑工程研究现状

基坑工程是一个具有较强综合性的、复杂的研究性课题，涉及内容十分广泛。目前我国在基坑工程方面存在的一个问题就是如何解决新传入的、难度较高的基坑技术难题。深基坑工程是建筑工程体系中的重要部分，具有悠久的历史。深基坑工程与土木工程之间存在密切的关系，相互依存，相互联系，两者的发展存在紧密的联系。深基坑工程的发展在某种程度上奠定了土木工程主体施工的基础，而土木工程施工相关问题的出现和解决促进了深基坑工程的进步。

基坑变形这一研究性问题在国际上受到了重视，相关土木专家对其机械能研究分析。一位名为Lame科学家对深基坑周围土体变形是否产生作用进行了实验分析，得出了实验结果和报告，其主要得出了以下几方面的总结：

1)深基坑邻近结构形式特点。

2)基坑开挖后经过时间。

3)基坑面积、深度。

4)地基土土质情况和地下水处理。

这些因素都会对深基坑周围土体产生一定的作用，影响土体变形。另一位名为Wong的科学家也对基坑变形情况进行了分析，但这位科学家分析的是基坑施工期间地下水降低对基坑变形的影响，其采用的方式是成熟的有限元方法。Wong的实验结果显示，地下水降低对基坑变形具有至关重要的影响作用。为此，在基坑变形监测中，地下水是一个不可忽视的重要因素。

中国对基坑变形的研究起步较晚，但也已经取得了一定的研究成果。主要成果可概括为三点：

1)以控制基坑变化为目的进行分析，提出了设计水泥土挡土墙保证基坑稳定性时，土墙的安全系数性能必须超过1.2才能具有较强的阻挡基坑凸起的作用，这对基坑变形处理具有一定程度的有利作用。

2)得出了圆形围护结构在处理土墙对基坑变形阻挡问题的意义。

3)得出了时空效应方面基坑变形的主要影响因素，包括开挖进尺、分层开挖等。

3 基坑变形监测技术的发展

在20世纪60年代末，美国和奥斯陆的大型基坑中大量使用传统的监测仪器对地基变形进行多方面的监测，这些监测仪器广受好评，在预防塌方事故方面发挥了重要的作用。到20世纪90年代，西方的一些发达国家已经使用更加先进的监测仪器进行基坑变形监测，如利用计算机实现对基坑变形监测数据的无人化采集。与此同时，中国的基坑变形监测技术才处于起步阶段。经过几十年的研究分析，中国的基坑变形监测技术取得了重大的发展和进步。

4 深基坑变形监测技术方法

4.1 加固结构水平位移的监测

高精度全站仪(如瑞士生产的徕卡测量机器人，型号为:LEICA TCRA1101plus)是深基坑监测水平位移所采用的仪器，这种监测仪器，兼具了水准仪和经纬仪的功能。目前，全站仪常用的监测方法包括前方交会、后方交会、距离交会。由于基坑施工现场的环境具有一定的复杂性(现场空地非常狭窄)，全站仪的观测位置不太可能固定不变，为此，监测人员需考虑自由设站采用后方交会的监测方法。这种监测方法的实施过程如下：水平位移基准点数量不小于三个，全站仪设站应通视三个基准点，观测基准点计算测站坐标后定向采用“测回法”对基坑监测点逐个进行监测。

4.2 周边环境垂直位移的监测

对深基坑周边环境进行垂直位移监测时采用的仪器是数字水准仪，这种监测仪器是建立在电子技术和光学水准仪之上的，给基坑沉降测提供了极大的便利，加快了监测速度，同时还提高了监测数据的精确性。数字水准仪的基本构造包括自动安平装置、光学机械、电子设备。利用数字水准仪监测基坑周边环境的沉降方法主要是：采用环形闭合水准路线进行监测,之所以用这样的水准观测路线，是因为闭合环水准路线具有多余观测，有利于检测外业观测中的粗差和错误，提高外业观测数据采集的质量和可靠性，同时还有利于数据的严密平差和提高精度。

4.3 加固结构深层侧向变形监测

测斜仪能对土体深部水平位移或其沿垂直方向土层位移进行精确的测量，其在基坑工程中监测的参数是桩身或开挖土体造成的岩土水平位移、加固结构的水平偏离、地下室垂直墙面的水平位移。在基坑施工前，将测斜管浇筑在岩土或加固结构中，保证管内槽上的两对导槽有一对垂直于基坑边，工作时将测斜仪的探头放入导管内，侧头导轮卡在导槽中沿导槽滑动，即可进行监测，注意，需进行两次监测。

4.4 加固结构锚索内力监测

加固结构锚索内力检测是深基坑变形监测的一个重要监测内容，采用的仪器一般是振弦式锚索测力计。加固结构锚索内力与加固桩的受力状态具有直接的关系，还影响到桩后土体的位移。振弦式锚索测力计的工作原理是荷载会引起仪器内部变形，这种变形将传递给振弦，而仪器将其转变为振弦应力的变化，改变仪器振动频率，仪器将测量并读出振动频率，根据相关公式计算出荷载值。

4.5 地下水位监测

基坑周围和基坑内部的地下水对基坑变形都具有十分密切的关系，各个等级的基坑工程都需要密切地监测地下水位变化，以预防基坑工程变形事故。地下水位监测常用的监测仪器是钢尺水位计或钢尺。如果基坑工程的地下水位较高，则采用水位井观测法，或者将钢尺直接插入观测井。如果基坑工程地下水位较低，则利用钢尺水位计监测，将其放入水位观测井，当其发出鸣声时读数，计算水位高度。