深基坑变形监测与规律分析

（北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京 100039）

基坑工程是现代各类建筑地下施工前需要进行的系统工程，包括土方开挖、边坡支护、土方回填、施工过程设计、勘察和施工监测、质量检测等。系统工程的质量关系到项目施工、周边建筑物、设施和相关人群的安全。因此，基坑监测成为基坑施工中关键的维护性工作，监测内容主要包括基坑整体、支护结构变形情况。

近年来我国对深基坑监测及变形进行了更广泛的研究，数字化的监测手段逐渐被研发、应用，促使深基坑监测研究逐渐发展、完善，为建筑基坑施工保驾护航。随着数字化、网络技术发展迅速，许多新型材料和技术被应用于基坑监测等工作中。因此，需要结合科技发展进一步优化和研究相关监测技术，分析变形情况及规律，保障基坑及支护结构的稳定性。

1 深基坑变形监测及规律相关研究现状

深基坑工程监测主要是在基坑开挖、边坡施工处理等阶段运用各种仪器与监测手段，对基坑支护变形情况、周边环境进行监测，具体包括围护墙水平位移、围护墙顶沉降位移、支撑轴力、立柱隆沉、坑外水位、地表沉降、基坑周边管线及建筑物沉降等内容。

参照《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）等测量规范，利用相对高程观测沉降变形，通过布置的高程控制点和水准线路，使各观测点形成一个闭合监测环，分析各观测点沉降量及变形规律。水平位移监测一般采用导线法、视准线法、前方交会法等手段，以围护墙支护结构为例，通常利用测斜仪等设备监测器水平位移量。基坑开挖将打破周围土体应力的平衡状态，在支护结构内预埋测斜管，由其测斜探头通过多次叠加测量，推算各监测点位移值。深基坑施工会受土体水位、地下水等因素影响，通过钢尺水位测量地下水位与基坑施工面的相对标高，计算得到各次测量相对标高的变化情况。测量支撑轴力，通过预埋应力计监测不同施工阶段各点的受力情况及频率变化值，分析得到各次应力变化值及相关规律。

基坑变形的研究关系到施工、周边建筑设施、人群的安全，不同地质状况的施工区，基坑变形对施工安全、周边建筑、设施的影响有所差异。地质较好的地区变形较小，地质较差地区会受到更多不良影响。基坑设计中，需要严格控制基坑变形，通过变形控制实现非强度控制，保障基坑在合理变形范围内，符合基坑施工安全等要求。基坑变形包括围护墙侧向/竖向、基坑底隆起/下沉、基坑周围地质沉降等方面，各方面变形存在关联。研究手段主要为原型观测、经验公式、数值模拟等，常采用有限元模拟等数值方法研究基坑施工全过程各种线性/非线性的变形、土体流变等因素，对模型、参数选择的合理性要求较高，需要进行大量试验。

国内外对深基坑监测、变形分析均做出了多元的研究和实践尝试。丁勇春等研究了软土情况下基坑侧向位移、地表沉降量与基坑深度间的关系，根据不同支护方法、开挖方式和施工参数，研究深基坑变形性状。张震等对不同宽深比基坑进行实际监测，根据数据得出“小宽深比基坑比普通宽深比基坑的维护结构侧移、地表沉降小”的结论。国外学者研究了逆作法、顺作法等不同的基坑施工方法对基坑支护变形产生的不同影响。此外，还有学者结合具体工程研究了基坑变形的时空效应，提出了近基坑建筑物地表沉陷估算等方法，为解决基坑施工对周边建筑物影响等问题提供了更好的科学计算方法。通过学者们多元、具体的理论或实例分析，有利于相关单位合理设计、确定监测方案，更好地分析各种变形规律。

2 深基坑变形监测探究

2.1 深基坑监测方案确定的原则

基坑监测是一项复杂、系统的工作，基坑施工的影响因素复杂，在基坑开挖、支护施工前、施工过程中，需要根据开挖大小、挖掘深度、施工与支护结构、土体变形相关性等因素，结合相关变形规律和技术规范确定基坑监测方案。优质有效的监测可合理控制土体位移、支护结构位移等因素，有效控制施工安全，基于施工效应等理论和基坑监测的实际技术要求、施工流程等因素的考虑，编制和确定监测方案。

（1）将深基坑本身及周边一切可能受到施工影响的建筑、地下管线及其他设施均作为监测对象，基坑施工影响范围是自身开挖深度的2倍。（2）依照相关规范和工程设计要求确定具体的监测内容和监测布置点，监测内容、方法应全面反映和满足基坑施工中对自身结构和周边环境监测的要求。（3）监测方法、频率及使用的仪器应符合相关技术要求，保障其能满及时、精确、全面采集和传递数据等信息化监测要求。

2.2 深基坑监测内容

确定具体工程基坑的监测内容，应以判定基坑支护工程、周边环境安全性为主要目的，满足监测和预报可能的危险隐患或事故等功能，为监测单位提供公正、合法、准确的监测数据。确定具体监测项目，应充分考虑基坑施工等级、基坑水文地质、基坑与周边各建筑、管线的距离和工程费用等因素。

坑壁土体位移、支护设施水平位移、周边建筑及管线的沉降、基坑地下水位等是基坑监测必测项目。针对基坑开挖的不同阶段和不同支护方式，应根据基坑支护规范及设计单位具体要求设置监测内容：①围护墙水平位移；②围护墙顶部沉降位移；③基坑支撑轴力；④立柱隆沉；⑤基坑外围水位；⑥基坑地表沉降；⑦基坑周边建筑及地下管线沉降。

2.3 深基坑监测点施工方法

根据基坑特性和监测对象合理布置监测点，选择合适的施工方案。针对围护墙体水平、墙顶位移的测量，一般沿基坑四周设置一排测斜监测孔，基坑中部或其他受力集中区应加密监测孔，水平变形监测以墙顶水平线为不动点观测，测量各墙顶测量点绝对位移反映墙体水平变形情况，墙顶位移监测点应与墙体水平测斜孔位置相对应，即沿围护顶梁与墙体测斜孔相对布设监测点。

支撑轴力监测是监控基坑支撑内力状况，保障支护体系整体安全的重要监测内容。在支撑体系内设根据断面结构分组设置应力计，如在钢管支撑结构中布设监测结构轴力的钢弦式轴力计，为防止轴力计出现偏移等问题，应通过围焊刚托架等手段使其维持稳定。

立柱隆沉监测在支撑柱上布置一定数量监测点，通过相对标高测量等数据了解其沉降情况和挠度变化。坑外地下水位监测常采用钻孔埋设监测点的方式，常用地表桩沿基坑周围布置监测点以监测坑外地表沉降。直接监测相关管线及其周围压力等数值变化以实现管道沉降监测。建筑物沉降监测一般在相关建筑外墙、立柱、门窗等部位设监测点。

2.4 深基坑监测方法简述

水平位移测量。小角法利用全站仪监测控制点偏移角度计算其位移量；视准线法使用经纬仪等设备测量，具有操作简单、造价低等优点，但精度低、受外界影响大；前方交会法可用于距离测量较困难的观测点位，受测角误差、基线边长度和交会角大小等因素影响，测量、数据计算过程较复杂；极坐标法使用高精度全站仪等设备直接采集数据，操作简单、造价低、精度有限。

垂直位移测量的方法主要为三角高程、几何水准、液体静力水准等。三角高程精度有限，液体静力水准测量范围受限，因此，采用几何水准测量法，根据相关测量规范进行基准点选定、埋设等设计和施工工作。

3 深基坑变形规律分析

3.1 深基坑开挖阶段

深基坑工程土方开挖过程中，由于大面积的土方流失，会破坏四周土体的结构，导致相关建筑、地下管线、周围的地质出现明显的沉降变形，沉降量与基坑距离成反比例变化。若建筑或管线周围地质条件好或受其他外部环境影响小，可较好应对新工程基坑施工的影响。

深基坑自身维护结构变形位移情况受开挖深度、支撑方式、自身所处地质等综合因素影响，开挖深度为0.5～1 m时，维护结构向坑内水平位移变形量将达到最大值。围护系统支撑轴力随开挖深度增加而增加，与支护结构水平位移相对应，支撑轴力的变形量在开挖至0.5～1 m时达到最大值，进一步增加挖掘深度，维护结构水平位移和支承轴力变形量将逐渐缩小，直至处于相对稳定的变形增长水平。

3.2 地下结构施工阶段

深基坑开挖完成后，开始地下结构施工，地下结构施工会对周围建筑、管线设施的沉降变形产生明显影响，但相对开挖阶段，结果施工的影响较小，若防护得当，不会出现明显地表沉降等情况。地下结构完全封顶后，基坑自身、周围建筑、管线的沉降变形幅度将快速缩小，最终处于相对稳定、变形量较小的状态。深基坑围护墙等维护结构在结构施工期间将保持平缓的水平位移变化趋势，并随着结构施工的完成逐步稳定。施工会受到气候、地下水位等因素影响，应在深基坑结构施工过程中采取防护、止水等措施，减小地下水位等因素对基坑造成的安全隐患，若基坑支护体系具有较好的止水效果，不会出现明显的地下水位波动，降水对基坑地下水位影响较小。

4 结语

综上所述，现代高层建筑、大体量建设逐渐增多，出现了大量的深基坑工程，基坑监测等工作是保障施工质量和建筑整体安全的重要前提。应积极研究和应用先进的深基坑监测技术，实际工程中，监测团队应根据相关技术要求和设计需求，确定具体的监测方案、监测内容，选择合理的监测点位、监测方法，结合深基坑变形规律分析不同施工阶段深基坑变形的主要影响因素及变化规律，以采取更适宜、准确的施工监测和质量控制措施，准确分析监测数据，为判断基坑施工安全情况提供精确的信息依据。