胡楚旺

陜西省建筑科學研究院   710082    西安

 

    基坑工程不僅是建筑工程的一部分受到重視，更因為基坑工程的安全涉及公共安全，如周邊建（構）筑物、管線和道路的安全影響到社會安全的群眾生活。基坑工程與其他結構工程相比，不安全因素較多，所以基坑工程除認真周到的設計外，工程施工和使用過程的監測顯得十分重要，通過施工中準確及時的監測信息，判斷工程的安全狀態，可以指導基坑開挖和支護，有利于及時采取應急措施，避免或減少破壞性的后果。　　

 

    1.1時效性

    普通工程測量一般沒有明顯的時間效應。基坑監測通常是配合降水和土方開挖過程，有鮮明的時間性，測量結果是動態變化的。深基坑施工中監測需隨時進行，在測量對象變化快的關鍵時期，可能每天需進行數次。基坑監測的時效性要求對應的方法和設備具有采集數據快、全天候工作的能力，甚至適應夜晚或大霧天氣等嚴酷的環境條件。

 

    1.2高精度

    普通工程測量中誤差限值通常在數毫米，例如60m以下建筑物在測站上測定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測到這樣的變形精度，普通測量方法和儀器是不能勝任的，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。

 

    1.3等精度

    基坑施工中的監測通常只要求測得相對變化值，而不要求測量絕對值。例如，普通測量要求將建筑物在地面定位，這是一個絕對量坐標及高程的測量，而在基坑邊壁變形測量中，只要求測定邊壁相對于原來基準位置的位移即可，而邊壁原來的位置（坐標及高程）可能完全不需要知道。

    因此，基坑監測要求盡可能做到等精度。使用相同的儀器，在相同的位置上，由同一觀測者按同一方案施測。

 

    基坑支護監測一般需要進行下列項目的測量： （1）監控點高程和平面位移的測量；（2）支護結構和被支護土體的側向位移測量；（3）基坑坑底隆起測量；（4）支護結構內外土壓力測量；（5）支護結構內外孔隙水壓力測量；（6）支護結構的內力測量；（7）地下水位變化的測量；（8）鄰近基坑的建筑物和管線變形測量等。通過對基坑的監測,基本上可以了解基坑的穩定情況。

 

    監測方案必須建立在對工程場地地質條件、基坑圍護設計和施工方案以及基坑工程相鄰環境詳盡的調查基礎之上。基坑工程施工現場監測的內容綜合起來可分為兩大部分，即圍護結構和支撐體系，周圍土體和相鄰環境。

    3.1監測組織建立
    根據工程的特點和要求，組建專業監測小組，負責該工程監測的計劃、組織和質量審核。
    ⑴監測小組由經驗豐富的專業技術人員組成；

    ⑵做好基準點和監測點的保護工作；

    ⑶采用專門的測量儀器進行監測,并定期標定，測量儀器由專人使用,專人保養,定期檢驗；

    ⑷測量數據在現場檢驗,室內復核后才上報,并建立審核制度,對采集的數據及其處理結果經過校驗審核后方可提交；

    ⑸嚴格按現行《建筑基坑支護技術規程》等規范與有關細則操作，根據測量及分析的結果,及時調整監測方案的實施；

    ⑹測量數據的儲存、計算與管理,由專人采用計算機及專用軟件進行；

    ⑺定期開展相應的QC 小組活動,交流信息和經驗。

    3.2控制點設置

    控制點是整個監測的基準，所以在遠離基坑的比較安全的地方布設。每次監測時，均應檢查控制點本身是否受環境影響或破壞，確保監測結果的可靠性。

 

   3.2.1平面控制網的布設

    平面控制網應為獨立控制網。控制點的埋設，應以工程的地質條件為依據，因地制宜進行，均應采用強制對中觀測墩，對于自由等邊三角形所組成的規則網形，當邊長在200m以內時，測角網具有較好的點精度。

 

    3.2.2水準基點的布設

    水準基點作為沉降監測基準的水準點，一般設置三個水準點構成一組，要求埋設在基巖上或在沉降影響范圍之外穩定的建筑物基礎上，作為整個高程變形監測控制網的起始點。

 

    3.3圍護結構和支撐體系的監測

    3.3.1圍護結構水平位移、沉降的監測

    在圍護結構頂部設置水平位移觀測點兼作沉降觀測點，測點采用鋼筋樁預埋在樁頂上，鋼筋上刻上十字絲作為點位觀測用。測點間距的確定主要考慮能據此描繪出基坑圍護結構的變化曲線。

　　

    在開挖基坑之前，即對鋼筋樁頂進行坐標和高程觀測，并記錄初始值，水平位移觀測若使用的儀器為全站儀，觀測會比較方便，每次觀測時，采用盤左盤右坐標取平均。沉降觀測儀器為精密水準儀，銦鋼尺，每次沉降監測工作，均采用環形閉合方法或往返閉合方法進行檢查，閉合差的大小應根據不同情況的監測要求確定。

 

    3.3.2樁體的深層水平位移監測

    基坑開挖中，樁體側向變形是最重要的監測項目。通常采用測斜儀測量，將圍護樁在不同深度上點的水平位移按一定比例繪制出水平位移隨深度變化的曲線。

 

    3.3.3支撐的穩定性控制

    支撐的穩定性是控制整個基坑穩定的重要因素之一，有鋼支撐和鋼筋混凝土支撐等，支撐軸力監測對了解支撐的受力狀況，保障支撐安全有著重要意義。考慮到支撐布置情況，按最不利工況，可選擇其中的幾條支撐進行軸力監測。

 

    3.4周圍土體的監測

    基坑周圍土體開挖必定會引起鄰近基坑周圍土體的變形。過量的變形將影響鄰近建筑物和市政管線的正常使用，甚至導致破壞。因此，必須在基坑施工期間對它們的變形進行監測。

    3.4.1深層水平位移監測可在土體關鍵部位埋設測斜管，用測斜儀對土體深層水平位移進行監測，同樣繪制水平位移─深度變化曲線。

    3.4.2地下水位的監測采用測水位高程方法，先在設計點位鉆孔，然后下入PVC過濾管，填礫，并測得孔內穩定水位，成井后，用電阻水位儀定期測量孔內水位埋深。

 

    3.5相鄰環境監測

    3.5.1建筑物變形監測建筑物的變形監測可以分為沉降監測、水平位移監測和裂縫監測等部分內容。

    當建筑物發生裂縫時，應先對裂縫進行編號，然后監測裂縫的位置、走向、長度及寬度等。根據裂縫的情況選擇代表性的位置于裂縫兩側各埋設一個標點，定期的測定兩個標點間距離變化值，以此來掌握裂縫的發展情況。

 

    3.5.2路面、管線沉降監測

    城市地區的道路與地下管線網是城市生活的命脈，其安全與人民生活和國民經濟緊密相連。因此作好它們的安全監測是非常重要的。根據基坑工程的設計和施工方案對可能產生的最大沉降量作出預估，采取主動的保護措施。

 

    3.6監測頻率與預警位
    3.6.1監測頻率根據施工進度確定,在基坑開挖階段,每天一次,其余可每隔3～5 天1 次。在開挖卸載急劇階段，當變形超過有關標準或場地變化較大時，監測結果超過預警值時應加密觀測，應加密觀測，間隔時間不超過一天；當大、暴雨或基坑荷載條件改變時應及時監測；當有危險事故征兆時，應連續觀測。

    3.6.2基坑施工監測的預警值就是設定一個定量化指標系統，在其容許范圍內認為是安全的，且不對周圍環境產生有害影響。預警值的確定應滿足相關規范規程設計的要求，以及各保護對象的主管部門提出的要求，還應結合考慮基坑規模、工程地質和水文地質條件等因素。

   

    3.7監測數據處理及反饋

    3.7.1成果整理

    每次量測后,將原始數據及時整理成正式記錄,并對每一個量測斷面內每一種量測項目,均進行以下資料整理: a) 原始記錄表及實際測點圖; b) 位移(應力) 值隨時間及隨開挖面距離的變化圖; c) 位移速度、位移(應力) 加速度隨時間以及隨開挖面變化圖。

    3.7.2數據處理
    每次量測后,對量測面內的每個量測點(線) 分別進行回歸分析,求出各自精度最高的回歸方程,并進行相關分析和預測,推算出最終位移(應力) 和掌握位移(應力) 變化規律, 并由此判斷基坑的穩定性。
    利用已經得到的量測信息進行反分析計算,提供維護結構和周圍建筑物的狀態,預測未來動態,以便提前采取技術措施,驗證設計參數和施工方法。

    3.7.3反饋方式
    監測數據全部輸入計算機,由計算機計算并描繪出各測量對象的變化曲線,然后反饋給有關單位和人員。由于該工程監測中采用的儀器大多數是傳感式的,其零漂移或溫度補償等都在計算機中設置,并由計算機處理。

 

    適應基坑監測的上述內容和特點，具體測量中可采用了很多新型的測量儀器，有振弦式鋼筋應力計、土壓力盒、孔隙水壓力計等。本文介紹磁性深層沉降儀和測斜儀等設備，這些新的設備及其技術特點是傳統的工程測量不能涵蓋的。

 

    4.1深層沉降儀

    深層沉降儀是用來精確測量基坑范圍內不同深度處各土層在施工過程中沉降或隆起數據的儀器。它由對磁性材料敏感的探頭和帶刻度標尺的導線組成。當探頭遇到預埋在預定深度鉆孔中的磁性材料圓環時，沉降儀上的蜂鳴器就會發出叫聲。此時測量導線上標尺在孔口的刻度以及孔口的標高，即可獲得磁性環所在位置的標高。通過對不同時期測量結果的對比與分析，可以確定各土層的沉降（或隆起）結果。深層沉降觀測過程分為井口標高觀測和場地土深層沉降觀測兩大部分。

 

    4.2測斜儀

    測斜儀是一種可以精確地測量沿鉛垂方向土層或圍護結構內部水平位移的工程測量儀器，可以用來測量單向位移，也可以測量雙向位移，再由兩個方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。測斜管的埋設：

    （1）在預定的測斜管埋設位置鉆孔。根據基坑的開挖總深度，確定測斜管孔深，即假定基底標高以下某一位置處支護結構后的土體側向位移為零，并以此作為側向位移的基準。

    （2）將測斜管底部裝上底蓋，逐節組裝，并放大鉆孔內。安裝測斜管時，隨時檢查其內部的一對導槽，使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。管內注入清水，沉管到孔底時，即向測斜管與孔壁之間的空隙內由下而上逐段用砂填實，固定測斜管。

    （3）測斜管固定完畢后，用清水將測斜管內沖洗干凈，將探頭模型放入測斜管內，沿導槽上下滑行一遍，以檢查導槽是否暢通無阻，滾輪是否有滑出導槽的現象。由于測斜儀的探頭十分昂貴，在未確認測斜管導槽暢通時，不允許放入探頭。

    （4）測量測斜管管口坐標及高程，做出醒目標志，以利保護管口。現場測量前務必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表，以與測量結果對應。

 

    在深基坑的施工過程中，為了對基坑工程的安全性和對周圍環境的影響有全面的了解，需要對基坑開挖到下一個施工工況時的受力和變形的數值和趨勢進行預測，確保基坑支護結構和相鄰建筑物的安全，在出現異常情況時及時反饋，并采取必要的工程應急措施，甚至調整施工工藝或修改設計參數，同時積累工作經驗，為提高基坑工程的設計和施工的整體水平提供依據。因此，在施工過程中對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的建筑物進行全面、系統的監測，是非常重要的。

 

[1] 國家標準《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）.1999

[2] 國家標準 《建筑基坑工程檢測技術規程》（GB50497-2009）.2009

[3] 國家標準 《建筑基坑工程技術規范》（GB50330-2002）.2002

 

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)