深基坑監(jiān)測方法淺析

王曉梅

（北京市地質工程設計研究院，北京 101500）

0 引言

隨著城市建設的蓬勃發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)的不斷升溫，特別是北上廣這些大城市，對空間的利用率要求越來越高，超高建筑物不斷出現(xiàn)，地下基礎越做越深，基坑開挖深度不斷增加。大城市內建筑物比較密集，開挖深基坑，將對基坑周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。這種情況下，基坑及基坑周邊的監(jiān)測就顯得尤為重要。

1 基坑監(jiān)測的重要性和目的

1.1 基坑監(jiān)測的重要性

在基坑開挖的施工過程中，基坑內外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動和主動土壓力狀態(tài)轉變，應力狀態(tài)的改變引起維護結構承受荷載并導致圍護結構和土體的變形，圍護結構的內力（圍護樁和墻的內力，支撐軸力或土錨拉力等）和變形（深基坑坑內土體的隆起、基坑支護結構及其周圍土體的沉降和側向位移等）中的任一量值超過容許的范圍，將造成基坑的失穩(wěn)破壞或對周圍環(huán)境造成不利影響，深基坑開挖工程往往在建筑密集的市中心，施工場地四周有建筑物和地下管線，基坑開挖所引起的土體變形將在一定程度上改變這些建筑物和地下管線的正常狀態(tài)，當土體變形過大時，會造成鄰近結構和設施的失效或破壞。同時基坑相鄰的建筑物又相當于較重的集中荷載，基坑周圍的管線常引起地表水滲漏，這些因素又是導致土體變形加劇的原因。

基坑工程設置于力學性質相當復雜的地層中，在基坑圍護結構設計和變形預估時，一方面，基坑圍護體系所承受的土壓力等荷載存在著較大的不確定性；另一方面，對地層和圍護結構一般都作了較多的簡化和假定，與實際有一定的差異；加之，基坑開挖與圍護結構施工過程中，存在著時間和空間上的延遲過程，以及降雨、地面堆載和挖機撞擊等偶然因素的作用，使得現(xiàn)階段在基坑工程設計時對結構內力計算以及土體變形的預估與工程實際情況有較大的差異，并在相當程度上仍依靠經(jīng)驗。

因此，在基坑施工過程中，只有對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的構筑物進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，才能對基坑工程的安全性和對周圍環(huán)境的影響程度有全面的了解，以確保工程的順利進行，在出現(xiàn)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(shù)。

1.2 施工監(jiān)測的目的

基坑采取適當?shù)闹ёo措施是為了防止深基坑開挖影響周圍建筑物、道路、設施及地下管線的安全。但在基坑工程中，由于地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件等復雜因素的影響，很難單純從理論上預測施工中遇到的問題，加之周圍環(huán)境對基坑變形的嚴格要求，深基坑臨時支護結構及周圍環(huán)境的監(jiān)測顯得尤為重要。

基坑開挖和地下室施工期間，開展嚴密的現(xiàn)場監(jiān)測，可以為施工提供及時的反饋信息，做到信息化施工。監(jiān)測數(shù)據(jù)和成果是現(xiàn)場管理人員和技術人員判別工程是否安全的依據(jù)；另一方面，設計人員通過實測結果，可以不斷地修改和完善原有的設計方案，確保地下施工的安全順利進行。

因此基坑監(jiān)測的目的主要有：

（1）根據(jù)監(jiān)測結果，為施工開展提供及時的反饋信息，根據(jù)監(jiān)測分析結果調整施工參數(shù)，發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生危險的先兆，判斷工程的安全性，必要時，采取附加工程措施，防止工程破壞事故的發(fā)生；以此達到信息化施工的目的，現(xiàn)場施工管理和技術人員可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和成果判別工程是否安全。

（2）作為設計與施工的重要補充手段設計計算中未曾考慮的各種復雜因素，以基坑監(jiān)測的結果指導現(xiàn)場施工，進行信息化反饋優(yōu)化設計，使設計達到優(yōu)質、安全、經(jīng)濟合理、施工快捷；作為施工開挖方案修改的依據(jù)根據(jù)工程施工的結果來判斷和鑒別原設計方案是否安全和適當，必要還需對原開挖方案進行局部的調整和修改。

（3）為設計人員提供準確的現(xiàn)場監(jiān)測結果，使之與理論預測值相比較，用反分析法求得更準確的設計參數(shù)，修正理論公式，不斷地修改和完善原有的設計方案。以指導下階段的施工，確保地下施工的安全順利進行，同時也能為其它工程的設計施工提供參考。

（4）保證基坑支護結構和相鄰建筑物的安全，只有對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的建筑物進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測，才能對基坑工程的安全性和對周圍環(huán)境的影響程度有全面的了解，以確保工程的順利進行，在出現(xiàn)異常情況時及時反饋，并采取必要的工程應急措施。

2 基坑監(jiān)測的依據(jù)和內容

基坑監(jiān)測的主要依據(jù)，為中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部及中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》（GB50497-2009）。深基坑施工監(jiān)測內容，主要包括周邊環(huán)境變形監(jiān)測和基坑圍護體系監(jiān)測兩大類。其中周邊環(huán)境變形監(jiān)測包括周邊建筑物沉降、地下管線沉降、地表沉降等；基坑圍護體系（包括基坑支護、土體、水力系統(tǒng)監(jiān)測）監(jiān)測包括圍護墻頂沉降、圍護墻頂位移、圍護墻深部水平位移、立柱隆沉、支撐軸力監(jiān)測、坑外地下水位監(jiān)測、土壓力監(jiān)測、孔隙水壓力監(jiān)測、土體分層沉降等等。

3 監(jiān)測方法

3.1 基坑圍護結構坡頂水平位移監(jiān)測

基坑施工過程中，基坑圍護結構由于基坑的開挖卸載及其他基坑變形影響因素會發(fā)生水平位移變形，為監(jiān)測基坑圍護結構坡頂?shù)乃轿灰谱冃吻闆r并及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險，需要進行基坑圍護結構坡頂水平位移監(jiān)測。

基坑圍護結構坡頂水平位移監(jiān)測，最常用的方法是小角法和視準線法，基坑形狀較為規(guī)則時，采用視準線法較多。視準線法：沿基坑邊選定的方向線的兩端，埋設兩個穩(wěn)定工作基準點，然后在基坑邊沿這兩端點所連成的直線（即方向線）上設立一排監(jiān)測點，定期觀測這排點偏離方向線的距離，并加以比較，即可求出這些監(jiān)測點的水平位移量。

3.2 基坑圍護結構坡頂垂直位移監(jiān)測

基坑施工過程中，基坑圍護結構由于基坑的開挖卸載及其他基坑變形影響因素會發(fā)生垂直位移變形，為監(jiān)測基坑圍護結構的坡頂垂直位移變形情況并及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險需要進行基坑圍護結構坡頂垂直位移監(jiān)測。

利用水準基準點建立閉合（附合）水準路線，對監(jiān)測點進行垂直位移監(jiān)測，通過水準基準點與監(jiān)測點的高程聯(lián)測，得到各監(jiān)測點的監(jiān)測高程，監(jiān)測一定時間間隔內各監(jiān)測點的高程變化，得到各監(jiān)測點的垂直位移。

3.3 環(huán)境建（構）筑物垂直位移監(jiān)測

基坑施工過程中，由于基坑開挖卸載及基坑的降水，基坑周邊影響范圍內的已建建（構）筑物的地基穩(wěn)定性會受到影響，產(chǎn)生垂直位移變形，為監(jiān)測已建建（構）筑物由于基坑施工而產(chǎn)生的垂直位移變形，需要進行環(huán)境建（構）筑物垂直位移監(jiān)測。

3.4 環(huán)境地表垂直位移監(jiān)測

基坑施工過程中，由于基坑開挖卸載及基坑的降水，基坑周邊影響范圍內的地表會產(chǎn)生垂直位移變形，為監(jiān)測基坑周邊地表由于基坑施工而產(chǎn)生的垂直位移變形，需要進行環(huán)境地表垂直位移監(jiān)測。

3.5 環(huán)境管線垂直位移監(jiān)測

基坑施工過程中，由于基坑開挖卸載及基坑的降水，基坑周邊影響范圍內的管線會產(chǎn)生垂直位移變形，為監(jiān)測基坑周邊地表由于基坑施工而產(chǎn)生的垂直位移變形，需要進行環(huán)境管線垂直位移監(jiān)測。

3.6 深層水平位移監(jiān)測

基坑施工過程中，基坑圍護結構及周邊土體，由于基坑的開挖卸載及其他基坑變形影響因素會發(fā)生水平位移變形，為監(jiān)測基坑圍護結構及周邊土體整個圍護深度內不同深度的水平位移變形情況并及時發(fā)現(xiàn)潛在的危險，需要進行基坑圍護結構深層水平位移監(jiān)測。

由圍護結構中或圍護結構周邊土體中埋設測斜管，將測斜儀器放置于測斜管中，監(jiān)測圍護結構及周邊土體不同深度的水平位移變形情況。

3.7（構）筑物傾斜監(jiān)測

建（構）筑物由于地基穩(wěn)定影響因素而產(chǎn)生不均勻沉降或由于外力影響產(chǎn)生水平位移，由此建（構）筑物會發(fā)生主體傾斜，影響使用及安全，為監(jiān)測建（構）筑物的主體傾斜變化，需要進行建（構）筑物傾斜監(jiān)測。

構筑物傾斜監(jiān)測方法主要有沉降法和位移法。沉降法是通過對建（構）筑物主體各水平主軸線上監(jiān)測點的相對沉降監(jiān)測，經(jīng)過一定計算求取。位移法是通過對建（構）筑物豎向主軸線上不同監(jiān)測高度監(jiān)測點水平位移的監(jiān)測，經(jīng)過一定計算求取。

3.8 圍護結構內力監(jiān)測

基坑圍護結構包括圍護墻（樁）、支錨結構、圍檁等，基坑圍護結構內力（包括支護樁內力、圍檁內力、支撐內力、錨桿內力等）會隨著基坑的開挖而變化，為監(jiān)測基坑開挖過程中基坑圍護結構內力的變化，掌握圍護結構的受力情況，反饋基坑圍護結構設計，需要進行圍護結構內力監(jiān)測。

鋼筋應力計監(jiān)測：將鋼筋應力計固定于圍護結構受力鋼筋上，通過鋼筋應力計監(jiān)測鋼筋的內力變化情況，并通過計算獲得監(jiān)測位置圍護結構的混凝土、鋼筋的拉、壓受力情況。

錨桿（索）應力計監(jiān)測：.將錨桿（索）應力計安裝于錨桿（索）上，通過錨桿（索）應力計監(jiān)測錨桿（索）的受力情況。

3.9 地下水位監(jiān)測

基坑施工過程中，由于基坑的開挖及降水，基坑周邊水位會產(chǎn)生變化，并可能因此對周邊環(huán)境造成影響，另外基坑外水位的變化也會對基坑安全產(chǎn)生影響，因此需要進行地下水位的監(jiān)測。

在基坑周邊布設水位監(jiān)測孔，將水位計放置于水位監(jiān)測孔中定期監(jiān)測水位的變化情況。

4 工程實例

下面是我單位2012年承接的《北京市政務服務中心基坑變形觀測》工程案例。

4.1 工程概況

本工程擬建場區(qū)位于北京市豐臺區(qū)六里橋。根據(jù)設計單位提供的設計資料，本工程建筑面積約20萬㎡，由地上5～22.層主樓及地下車庫組成，基礎埋深約15.74～18.55m?；悠矫娉什灰?guī)則形，長邊外圍最大尺寸為222m（圖1）。

本次基坑變形監(jiān)測屬于第三方監(jiān)測，按照甲方任務委托主要監(jiān)測坡頂水平位移、豎向位移、樁頂?shù)乃轿灰坪捅眰然硬糠謽扼w深層水平位移和錨索軸力監(jiān)測。

4.2 基坑坡頂位樁頂位移觀測

本工程共布設32個基坑坡頂位移變形觀測點，30個基坑樁頂位移變形觀測點。水平位移觀測采用基準線法，豎向位移觀測采用二等水準測量。

4.3 深層水平位移監(jiān)測

按照設計要求，在北側基坑做三個樁的深層水平位移監(jiān)測點。在維護結構土體中預埋測斜管，用測斜儀觀測各深度處側向位移。

4.4 錨索軸力監(jiān)測

錨索軸力監(jiān)測共設8組點，鋼支撐軸力采用與支撐串聯(lián)連接的、與支撐斷面尺寸相同的鋼弦式鋼筋應力傳感器測試。

4.5 觀測周期

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，為保證施工安全，變形觀測任務從基坑開挖開始。根據(jù)甲方提供的施工計劃，根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497-2009中監(jiān)測頻率的要求，開挖深度小于等于5m時，每2天觀測1次，開挖深度在5～10m時，每天觀測1次，開挖深度在5～10m時，每天觀測2次，直至建筑物底板澆筑完成；建筑物底板澆筑完成后7天之內，每天觀測2次，7～28天每天觀測1次，28天之后每3天觀測一次，直至基坑回填完成。

圖1 基坑變形監(jiān)測平面布置圖

4.6 儀器設備

基坑位移觀測采用徠卡TC1201電子全站儀進行水平位移觀測，沉降觀測采用美國天寶DINI12型電子水準儀進行觀測，使用RQBF-698A測斜儀進行深層水平位移監(jiān)測，使用XS-169型振弦式錨索測力計和XS-150讀數(shù)儀進行錨索軸力監(jiān)測。

4.7 預警值

（1）坡頂豎向位移，按照《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497-2009要求，控制值為：15mm；

（2）基坑北側根據(jù)北京交通大學對本項目出具的《安全性影響評估報告》要求，基坑維護墻（坡）頂水平位移監(jiān)測控制值為：24mm，預警值為16.5.mm,.報警值為19.0.mm；基坑其他三側按照《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497-2009要求，基坑維護墻（坡）頂水平位移監(jiān)測控制值為：30mm；

（3）基坑北側根據(jù)北京交通大學對本項目出具的《安全性影響評估報告》要求，樁體水平位移控制值為：24mm；

（4）樁頂水平位移，按照《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497-2009要求，控制值為：25mm；

（5）錨索預應力監(jiān)測，按照《北京市政務服務中心基坑支護工程施工圖設計》要求：預應力值的變化不超過錨索軸向拉力設計值的10%。

4.8 監(jiān)測成果

（1）沉降觀測點最大累計沉降量為J C 1 4的-4.14mm(“-”表示下降，“+”表示上升)；

（2）坡頂水平位移監(jiān)測位移量最大的監(jiān)測點是JC6，累計位移量為15mm；

（3）樁頂水平位移監(jiān)測位移量最大的監(jiān)測點是ZD6，累計位移量為16mm；.

（4）樁體深層水平位移監(jiān)測累計位移量最大的是監(jiān)測孔SC2，在深度0.5米處累計位移量是+15.25mm(“+”表示向基坑內位移，“-”表示向基坑外位移)；.

（5）錨索軸力監(jiān)測MS3-2變化量最大，累計變化量為353.69kN，該點預警值為590.7kN。

4.9 監(jiān)測小結

通過200多天的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果可知基坑圍護結構比較穩(wěn)定，變化量較小，在回填結束后，按照方案提交了監(jiān)測報告。

5 心得體會

通過多年的測繪工作，對基坑監(jiān)測方面有以下心得體會：

（1）深基坑的變形監(jiān)測是一個長期、細致的工作，除了按照方案正常監(jiān)測以外，還要注意日常巡視，發(fā)現(xiàn)基坑細小的變化，結合監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題，及時預警，避免出現(xiàn)施工安全問題；

（2）基準點的埋設。基準點應選在基坑影響范圍以外，沉降監(jiān)測基準點最少3個，條件允許應適當增加，防止施工破壞，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)；水平位移基準點經(jīng)?；又苓厛龅丨h(huán)境的制約，只能因地制宜，可選擇的余地比較小。建議埋設強制對中樁，周圍設置保護欄，避免破壞；

（3）一般情況下，各種監(jiān)測方法下，變化量較大的點基本在同一位置，上面案例中，坡頂水平位移、樁頂水平位移、深層水平位移監(jiān)測、錨索軸力監(jiān)測變化量最大的點均是北側基坑中間位置的監(jiān)測點，只有豎向位移監(jiān)測變化量不是很大，差別不太明顯；

（4）在雨季施工時，要適當增加工作基點的聯(lián)測，防止出現(xiàn)因為基點的沉降而引起的觀測數(shù)據(jù)不可靠；雨后要及時進行加密監(jiān)測，防止因大雨而引起基坑變形導致基坑坍塌；

（5）因為變形觀測持續(xù)時間比較長，至少半年，有的甚至是跨年度項目，為了提高觀測的精度，每次觀測盡量避免選擇外界環(huán)境差異大的時刻進行觀測，如夏季的中午。觀測時，避免陽光直射。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部..建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范(GB50497-2009)[S].2009.

[2]建筑施工手冊編委會.建筑施工手冊（第5版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3]中華人民共和國建設部.建筑變形測量規(guī)范(JGJ8-2007)[S].2007.