深基坑变形监测技术研究

郑之宏

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

以某建筑工程项目为例，需要建造一个总面积约13万平方米的两层地下室。总体上呈四边形分布，项目比较规整。基坑周长为688.7m，基坑开挖深度大致在9.0m到14.9m的范围内，基坑支护等级为一级标准。变形监测内容是根据规范、设计要求和工程实际情况确定的。

1 深基坑变形监测内容分析

1.1 对基坑顶的水平位移监测

变形监测工程主要内容有基坑顶面水平位移和垂直位移、桩身的倾角测量，另外还不包括桩周应力计周围的道路沉降监测，其中的重点监测内容是基坑上部水平位移。在监测基坑点的水平位移时，要注意高度保证观测数据的可靠性，应每隔一至三个月进行一次监测，当参考点的稳定性受到质疑时，也需要对其进行监测。监测工作的进行，要尽量在适当的时候，保证参考点的稳定性，选择与初始观测相同的路线，使用相同的观测方法和相同的限值为初始观测值。如果得到的检测结果与初始值相比有变动，对不稳定点的坐标应及时修改，从而获得高度准确的观测结果。对于观测点，分别在基本工作点设置观测站，用极坐标法求出各观测点的侧向角。每个差分限值的要求如下：1）每个站有两个观测环；2）测量距离：两个往返测量环，测量限值为3mm，单程测量环的测量限值为4mm，往返差测量限值为6mm；3）全站仪标称角测量精度为0.5′，半量回归的零误差限值为3′，回路中2C的互误差限值为5′，同方向各回路的互误差限值为3′。

1.2 对基坑顶的竖向位移监测

监测基坑顶部的垂直位移基准点，观测采用闭环调平的形式，其精度应符合《建筑结构变形测量规范》中2016二级准确度，需每间隔1到3个月进行一次基准点稳定检测，从而保证观测数据的高度可靠性［1］。当对基准点的稳定性有疑问时，应及时检查，使用相同的路径、相同的观察方法和相同的边界作为初始值。如果检测结果发现参考点有变化，应及时纠正不稳定点的高程，以确保观测结果的准确性。观测技术的要求和限制如下：1）往返误差、接合或闭合误差应±1.0mm。2）水准控制点各站高差平均误差为±0.5mm。第一次观测采用闭合水准线或附着水准线进行往返测量，以两次观测的中高差为基础进行调整，以达到平差的目的。

1.3 桩身斜侧方向的监测

当监测围护结构的侧向位移时，应将带有导向槽的PVC斜管放置在钢筋笼上，钢筋笼位于基坑围护地下钻孔的灌注桩上。PVC斜管的直径为70mm，管内设有两组相互成90°的纵向导槽。导向槽会深刻影响测试的方向和位置，在埋设斜PVC管时，应确保一组导向槽垂直于外壳体，而且另一组导槽也要与基坑壁平行，在监测侧向位移时，将测斜仪探头沿导槽慢慢放在孔底，然后按照从下到上的顺序，缓慢测量不同高度上X方向的位移，需要每隔0.5m就设置一个测量点。根据上述方法，监测开挖基坑各监测点的原始位移值。基坑开挖过程通过比较每个监测点的监测结果与位移值，可以计算出监测点的位移。采用这种方法来控制横向位移，钻洞必须用钻孔法。需要埋设直径为70mm 的PVC 斜管，钻孔时孔的直径应为110mm，将PVC斜管放入孔内后需要填充以确保周围的密实度达到标准要求。同时，还必须密封喷嘴，以防止湿气进入管道。

1.4 其他监测内容

深基坑变形监测还包括桩身应力监测，桩身钢筋制作过程中监测支撑桩内力，应用主筋焊接钢筋应变仪埋设方法进行测量，将内力监测单元嵌入相应的施工过程中，在开挖前获得稳定的初始值。深基坑应变形监测包括基坑周围地表垂直位移监测，监测的位置应该在基坑断面中心及其它有代表性的部位。监测剖面应垂直于井口边缘，每个井口的监测点数量应不小于5。深基坑变形监测包括对周围建筑物沉降的监测，在建筑物的四个角分别设置监测点，沿外墙每隔10-15m设置一个监测点，或每隔2-3根柱基设置一个监测点。控制点应设置在不同地基或基础的分界点上。

2 监测采用的方法及精度控制

2.1 采用小角法

在监测桩顶水平位移和竖向位移时，采用小角度法和全站仪法进行测量。把棱镜的顶部直接焊接在梁顶壁上，以减小偏心误差。使用小角度法进行测量，需要一个更好的后视点位置，每个监测点偏离基准线的角度不得超过30°，当确定后视位置时，首先通过全站仪的设置确定后视点的方位，然后构造对准中墩作为后视点。

2.2 偏差值计算

就水平位移的计算而言，在测量时采用的是小角度法现场进行角度的测量，工作基点A位于基坑侧边线的延长线上，施工测量时，应将测量仪器安装在施工现场的A点，将棱镜安装在监测点P的位置上，B点作为测量控制点。AB线是零参考线，BAP前后两次测量的角度可得到两次测量结果的角度变化量，然后根据以下公式计算偏差值：其中Lp代表的是位移变化量，单位是mm；αρ为角度变化量；Sp代表的是从测量点到基本监测点的距离，单位是mm；ρ代表的是角度常数，该常数值为206265。

3 处理监测数据并反馈

3.1 监测信息的收集

在整个监测工作中，重点和核心内容是深基坑现场的信息采集，应当在测量点规范埋设仪器，在此基础上要保证操作的规范化和读数的合理性，这将直接影响到仪器所测量数据是否科学准确。现场监测工作一般包括以下几个方面，一是埋设监测点，二是保护监测点，三是采集测量前的初始值，四是日常的监控活动，主要有维护监控点，做好现场的巡视工作。

3.2 监测信息的处理

深基坑变形监测所获得的信息涉及水平位移信息，包括上部挡土墙、深层挡土墙、结构柱，此外还有上部挡土墙的垂直位移、结构柱的竖向位移、支撑轴力、基坑底标高、土压力、孔隙水压力、地下水位及地表沉降。上述监测内容共有11项。需做好原始观测数据的可靠性检验工作，观测仪器性能是否稳定、正常；测量数据的偏差是否在规定的范围内。错误数据大致可分为三种，一种是观察误差，这是由于测量人员的工作失误而导致。第二种是偶然误差，也称为随机误差，偶然误差是指施工人员在测量工作中受到不可控因素的影响，可以在后面的处理中用常规的理论分析这一类的错误［2］。第三种是系统误差，在系统中，通常由仪器结构和测量工作中的环境因素引起，可以通过在施工测量工作中对仪器进行校正来有效消除这一类的误差。对监测信息的处理应遵循两个原则，一是尽快计算和处理外部监测数据，及时向第三方监测单位提交，形成每日、每周报告，并对相关监测技术报告进行分类。

3.3 计算单次变形量和累计变形量

从实际的测量情况来看，所获得的深基坑变形数据大多呈现出较为明显的收敛性，这深刻影响到对基坑变形规律与施工期关系的分析。在实施深基坑变形监测的工作时，应定期采集数据，并与以前的监测数据进行比较，以计算单次变形量和累积的变形量。在对数据进行处理时，需要以累积的变化量和时间轴为依据，构造S-T曲线，采用灰色GM （1，1）模型，也可以采用多元回归方法对基坑的短期变形进行有效的预测，并对数据进行相应的分析。以基坑监测点S-T曲线为依据，并按规定范围评价基坑的稳定性。如果发现监测数据中存在一些异常的数据信息，则应将异常数据与容差数据进行比较。当确定变形有异常时，就立即发出警报。基坑施工阶段及监测点分布、变形速率差异明显，基坑开挖初期变化量较大，后期趋于稳定，而受应力影响，基坑中部的形变量一般略大于基坑边角处的形变量，但基坑监测与基坑开挖深度、基坑工程等级、变形速率密切相关，当变形速率较大时，应加大监测频率的密度。

3.4 监测数据应用效果

总体而言，变形监测系统在整个项目建设中占有重要地位。由于项目工程是非常复杂的，在设计和评价中往往无法充分考虑施工过程中可能出现的问题，而变形监测系统的应用则可以更好地保证施工全过程的信息化水平，对施工技术进行不断优化，同时不断改进施工技术，实现对各种施工质量问题的有效规避，使得整个项目工程顺利竣工。合理应用变形监测系统，可实现监测数据的实时采集，有效处理监测数据，及时反馈，为后续的施工活动提供指导性意见。实现信息化施工，保证基坑开挖的进度与计划相符［3］。控制变形监测应用的时间间隔，定期采集数据，每次能完成对30个以上监测点的数据采集，不断扩展结构，分布式监测信号传输可靠性高，数据传输效率高，根据监测点的数量不同，系统可以完成所有监测点的数据采集，同时采集时间最短为30秒。应用变形监测系统，监测前的设计将直接影响到监测工作的成效，水准线的长度和监测点的位置等因素将直接决定监测效果，假设线路过长，也一定会引发管道和电缆连接过长的问题，这会直接影响到监控系统的测量精度和所得数据的可靠性。

4 结语

深基坑变形监测内容包括对基坑顶的水平位移监测、对基坑顶的竖向位移监测、桩身斜侧方向的监测，另外还有其他的监测内容。监测采用的方法是小角度法，并采用计算偏差值的方法实现精度控制。在处理监测数据并反馈信息的工作中，需要计算单次变形量和累计变形量，并注意合理把握监测的时间和方法，确保所获得数据的实用性和准确性。