深基坑中基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

杜保國(guó)

（山西華冶勘測(cè)工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

目前，在大部分工程建設(shè)中，基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)只起到了簡(jiǎn)單的反饋?zhàn)饔茫]有對(duì)檢測(cè)成果的反饋進(jìn)行進(jìn)一步分析。在具體的施工中，很多施工單位更加重視對(duì)儀器的埋設(shè)和數(shù)據(jù)的采集，在對(duì)數(shù)據(jù)的分析和反饋上沒有進(jìn)行重視，因此不能將監(jiān)測(cè)成果與地質(zhì)情況進(jìn)行有效結(jié)合、充分分析。歐孝奪等[1]研究了圓礫-泥巖組合地層坑中坑開挖對(duì)雙排樁的影響，胡友健[2]等人對(duì)基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的沉降統(tǒng)計(jì)、基坑開挖變形數(shù)據(jù)以及基坑報(bào)警指標(biāo)等都進(jìn)行了充分研究和總結(jié)，唐昌意等[3]研究了下穿隧道軟土深基坑支撐軸力監(jiān)測(cè)，徐前衛(wèi)等[4]對(duì)滇中引水工程超深圓形基坑施工變形和內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，李建飛等[5]對(duì)單一模型與組合模型在基坑監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的對(duì)比分析，本文在此基礎(chǔ)上，從實(shí)際施工工程出發(fā)，利用沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的形式來對(duì)每個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，從而形成了有效的監(jiān)測(cè)閉環(huán)，既保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為工程建設(shè)提供了重要的依據(jù)。

1 基坑檢測(cè)技術(shù)概述

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析和處理，為保證交通安全、地面正常使用以及有效控制地表下沉等，來選擇相應(yīng)的施工措施；（2）對(duì)支護(hù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌握和及時(shí)預(yù)測(cè)，讓基坑安全性和工程穩(wěn)定性得到保障，避免對(duì)周圍環(huán)境造成影響；（3）要對(duì)基坑信息進(jìn)行及時(shí)反饋，利用信息化工具組織施工，以便調(diào)整相應(yīng)支護(hù)參數(shù)和開挖數(shù)據(jù)；（4）對(duì)施工資料進(jìn)行積累，為施工問題的分析和后續(xù)工程的開展提供參考比對(duì)的依據(jù)。

在建筑事業(yè)不斷發(fā)展的當(dāng)下，基坑開挖的施工深度在不斷加深，從之前的5～7m 已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的20m。由于施工中的土體性質(zhì)、地下環(huán)境、荷載條件等都具有復(fù)雜性，因此在施工過程中，要對(duì)土體性狀、地下環(huán)境、設(shè)施變化、鄰近建筑物等進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，來保證施工的安全性。在對(duì)一些環(huán)境要求嚴(yán)格、大中型復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)行施工的過程中，從以往的工作經(jīng)驗(yàn)中往往難以找到相應(yīng)的借鑒參考，這就需要通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來進(jìn)行施工。（1）要了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度就要以數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，這樣還能為降低工程成本提供參考；（2）對(duì)地下管線、地下土層、地下設(shè)施，以及對(duì)地面建筑的影響程度等施工環(huán)境進(jìn)行了解；（3）可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情并進(jìn)行預(yù)報(bào)，以便采取及時(shí)的安全補(bǔ)救措施。

2 基坑檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 位移監(jiān)測(cè)

2.1.1 水平位移監(jiān)測(cè)

在開展水平位移的監(jiān)測(cè)工作時(shí)，可以利用小角度法、投點(diǎn)法來進(jìn)行；通過前方交匯法以及極坐標(biāo)法還能對(duì)不同方向上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，其次對(duì)現(xiàn)代化技術(shù)的有效使用，還能解決預(yù)先埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)與基坑距離過遠(yuǎn)的問題，例如使用GPS測(cè)量法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在開展水平位移監(jiān)測(cè)的情況下，應(yīng)該在基坑的距離之外進(jìn)行水平監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)，在埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)要避開低洼積水以及周圍環(huán)境復(fù)雜的地方，同時(shí)還要增加測(cè)回?cái)?shù)來提高監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)度，

讓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到保障，這樣才能確保數(shù)據(jù)獲取的有效。

2.1.2 豎向位移監(jiān)測(cè)

對(duì)豎向位移進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，一般都采取幾何水準(zhǔn)和液體靜力水準(zhǔn)的方法來進(jìn)行，并且要對(duì)一些傳遞高程功能的鋼尺和金屬桿數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，例如：溫度、長(zhǎng)度和拉力等數(shù)據(jù)，這樣才能保證數(shù)據(jù)的客觀性。在設(shè)置回彈監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)要選擇在坑底的回彈區(qū)域來進(jìn)行，科學(xué)設(shè)置回彈監(jiān)測(cè)標(biāo)，在開展監(jiān)測(cè)工作時(shí)可以將幾何水準(zhǔn)和高程輔助儀器相結(jié)合。在進(jìn)行豎向監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)待檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)該采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，以此來確保整個(gè)工程數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

2.1.3 深層水平位移監(jiān)測(cè)

在對(duì)深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)操作時(shí)，建議首先在墻體內(nèi)和土體內(nèi)部埋好測(cè)斜管，尤其是對(duì)基坑附近的圍護(hù)墻體和附近土體進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)。利用這種監(jiān)測(cè)方式，可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)深層水位的平移情況進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，有效掌握不同水位深度的水平位移情況，這有助于工作人員對(duì)土本信息的詳細(xì)了解。通過對(duì)預(yù)埋區(qū)域進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，再進(jìn)行測(cè)斜管的預(yù)埋工作，可以防止因位置選擇的不合理，而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受到干擾或者周圍區(qū)域受到感染。

2.2 傾斜監(jiān)測(cè)

傾斜監(jiān)測(cè)的實(shí)施主要是針對(duì)建筑工程底部到頂部的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，包括高差數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和位置之間水平位移的監(jiān)測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，例如：傾斜角度、具體速率、方向等，與具體的環(huán)境觀測(cè)和觀測(cè)要求相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，對(duì)建筑物的傾斜程度進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。上述工作要得到有效完成，通常使用前方交會(huì)法、水平角法、投點(diǎn)法等來開展傾斜監(jiān)測(cè)工作。其次在實(shí)施傾斜監(jiān)測(cè)時(shí)，檢測(cè)操作要按照不同檢測(cè)技術(shù)的要求來進(jìn)行，準(zhǔn)確把握建筑物的傾斜程度，通常使用的方法還有垂線法和差異沉降法等。

2.3 裂縫監(jiān)測(cè)

在裂縫監(jiān)測(cè)的過程中，不僅要對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的具體位置、裂縫走向以及裂縫數(shù)量進(jìn)行掌握，還要對(duì)裂縫的寬度、深度、長(zhǎng)度等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，充分了解各種潛在信息變化。如果裂縫剛好位于施工地點(diǎn)，就要對(duì)施工情況進(jìn)行綜合考慮，然后使用科學(xué)的監(jiān)測(cè)方式，針對(duì)這些位置對(duì)監(jiān)測(cè)力度進(jìn)行加強(qiáng)，最后根據(jù)各種數(shù)據(jù)的要求，合理應(yīng)用各種監(jiān)測(cè)手段，實(shí)施對(duì)裂縫的有效監(jiān)測(cè)。要對(duì)裂縫寬度進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)，可以使用劃平行線或者在裂縫兩側(cè)貼石膏餅的方式實(shí)施監(jiān)測(cè)，如果要直接測(cè)量裂縫深度，就要使用千分尺、游標(biāo)卡尺等工具來進(jìn)行，在裂縫深度較小的情況下，利用鑿出法和單面接觸超聲法就可以完成檢測(cè)工作。

2.4 壓力監(jiān)測(cè)

2.4.1 土壓力監(jiān)測(cè)

工程施工中通常采用埋入式、接觸式兩種方法來對(duì)土壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而土壓力計(jì)是監(jiān)測(cè)過程中不可或缺的監(jiān)測(cè)工具。其中埋入式的監(jiān)測(cè)法是開展土壓力監(jiān)測(cè)時(shí)最主要的監(jiān)測(cè)方式，而在使用埋入式監(jiān)測(cè)法的過程中，埋入操作要與檢測(cè)要求相匹配，一定要保證壓力膜呈現(xiàn)垂直的狀態(tài)，并且受力面要與被檢測(cè)物體緊密貼合，同時(shí)做好對(duì)壓力膜的保護(hù)工作，對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。在土壓力監(jiān)測(cè)完成以后，還要對(duì)壓力計(jì)和壓力膜進(jìn)行仔細(xì)檢查，查看是否存在破損的問題，以免造成不必要的損傷。

2.4.2 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

這種監(jiān)測(cè)方法主要是對(duì)基坑的水壓承受能力進(jìn)行保證，讓設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的完整性得到保證。在對(duì)孔隙水壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先要對(duì)不同類型的孔隙水壓力計(jì)進(jìn)行預(yù)先埋設(shè)，正式開展監(jiān)測(cè)時(shí)，要使用頻率計(jì)測(cè)量法以及應(yīng)變計(jì)測(cè)量法來進(jìn)行。并且，孔隙水壓力計(jì)的量程要滿足被測(cè)壓力的范圍要求，要保證精度高于0.5%F.S，分辨率高于0.2%F.S。

2.5 地下水位監(jiān)測(cè)

水位計(jì)是開展地下水位監(jiān)測(cè)的常用工具，在測(cè)量時(shí)，數(shù)據(jù)精度需要控制在10mm 以上。

水位監(jiān)測(cè)孔位的設(shè)置要以具體的監(jiān)測(cè)目的為指導(dǎo)，進(jìn)行科學(xué)的布局，對(duì)一些明顯的位置要優(yōu)先設(shè)置，讓地下水位的分布情況能夠通過孔位的布置進(jìn)行準(zhǔn)確反映。其次，要確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，還要對(duì)地下孔位的工作情況進(jìn)行定期檢查，觀察孔位對(duì)于不同的滲透性土層是否具有適用性。

3 基坑檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

3.1 基坑監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布置

基坑監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的布置主要包括對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)和基坑維護(hù)體系的監(jiān)測(cè)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，首先了解基坑的開挖是否會(huì)影響周圍的建筑物。其次是對(duì)鄰近地面的市政主干道沉降和地下線管進(jìn)行檢測(cè)。在基坑圍護(hù)體系監(jiān)測(cè)中，主要是了解圍護(hù)樁頂圈梁水平位移在基坑開挖過程的變化趨勢(shì)，以及圍護(hù)樁樁身和樁側(cè)的土體位移。其次還可以對(duì)基坑外側(cè)的水位變化和主動(dòng)土體內(nèi)的土壓力大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本次監(jiān)測(cè)工程中，基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)是點(diǎn)位布置的主要內(nèi)容。因?yàn)橐獙⒒鶞?zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在工程施工的影響范圍之外，所以距離施工場(chǎng)地較遠(yuǎn)，這樣也能保證工作基點(diǎn)檢查與恢復(fù)的穩(wěn)定性。在基坑周圍的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了工作基點(diǎn)的布設(shè)，然后將儀器架設(shè)到工作基點(diǎn)上就能對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

本次共設(shè)置3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和3 個(gè)工作基點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)石是普通混凝土制作，基準(zhǔn)點(diǎn)之間相互通視，是水平位移和沉降觀測(cè)的起始點(diǎn)。普通混凝土標(biāo)石制作如圖1 所示。

圖1 普通混凝土標(biāo)石圖

3.2 基坑監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定

3.2.1 平面基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定

首先假定以J1 為基準(zhǔn)，J2 為方向，使用NET05X 全站儀，按《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8-2016）規(guī)范中規(guī)定的二等平面進(jìn)行精度控制，然后采用閉合導(dǎo)線法施測(cè)J3 的坐標(biāo)。

3.2.2 高程基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定

假定J1 高程為800 作為起算數(shù)據(jù)，使用DINI03 水準(zhǔn)儀，測(cè)量要求按《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ 8-2016 中的一等水準(zhǔn)，采用往返測(cè)量的作業(yè)方法對(duì)J2、J3 的高程進(jìn)行測(cè)量。

4 基坑監(jiān)測(cè)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概況

4.1.1 深基坑工程概述

本基坑位于山西省太原市清徐縣清源鎮(zhèn)賈兆村。基坑?xùn)|西寬約75m，南北長(zhǎng)約186m，基坑深約7.9～12.3m。該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為一年，基坑設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法。本基坑主要使用三軸攪拌樁來作為工程的止水帷幕，基坑南北側(cè)及西側(cè)深度為7.9m，東側(cè)深度為12.3m。基坑西側(cè)距基坑約15m 為廠區(qū)道路，其他側(cè)均為廠區(qū)建設(shè)用地，周邊無建筑物、無堆載，基坑采用土釘墻對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)。

4.1.2 設(shè)備的使用

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009 的要求，選擇安全監(jiān)測(cè)儀器及施測(cè)方法：使用美國(guó)天寶DINI03 電子水準(zhǔn)儀與銦瓦合金條碼尺來進(jìn)行沉降觀測(cè)，并按照二等水準(zhǔn)測(cè)量施測(cè)；水平位移觀測(cè)使用索佳NET05X 全站儀，按極坐標(biāo)法施測(cè)。所使用的儀器都經(jīng)過質(zhì)量檢測(cè)部門的鑒定，各項(xiàng)指標(biāo)均合格。

4.2 基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)：首先要確定觀測(cè)場(chǎng)地，主要對(duì)觀測(cè)點(diǎn)位的穩(wěn)定性和易于觀測(cè)兩個(gè)因素進(jìn)行考慮，然后再根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)的軸線進(jìn)行布點(diǎn)，選擇主要受力體確定相應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)位。在本次施工中，沿基坑周邊進(jìn)行了基坑支護(hù)頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，在基坑周邊的中部、陽角處均設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)情況來設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離，每邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)目都大于3 個(gè)，采用鋼筋水泥進(jìn)行澆筑。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量：在沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置完成以后，就可以開展監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量工作。在本次工程中基準(zhǔn)點(diǎn)與沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間構(gòu)成了沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，選擇基準(zhǔn)點(diǎn)為起始點(diǎn)，對(duì)每個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，最后與基準(zhǔn)點(diǎn)形成閉環(huán)，水準(zhǔn)路線如表2所示。

在開展首次測(cè)量工作時(shí)，要進(jìn)行二次測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為兩次測(cè)量的平均值。

在對(duì)沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要按照二等水準(zhǔn)的測(cè)量要求來進(jìn)行，監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差≤±0.5mm，主要技術(shù)要求按《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）第4.2 節(jié)的監(jiān)測(cè)規(guī)定進(jìn)行執(zhí)行。

4.2.2 水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)定

水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)：要根據(jù)監(jiān)測(cè)的目的、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)方法和精度要求進(jìn)行靈活選擇，可以選擇邊角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、軸線、GPS 網(wǎng)等方式進(jìn)行一次布網(wǎng)。在本次基坑工程中，主要選擇了冠梁位置來進(jìn)行支護(hù)頂部水平位置觀測(cè)點(diǎn)的布置，然后把鋼筋植入冠梁并筑水泥臺(tái)保護(hù)，在鋼筋頭上刻有“十”字標(biāo)志，將觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在基坑周邊中部、陽角處，點(diǎn)位間距為16～20m，總共設(shè)有26 個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)。

水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)定：主要是利用設(shè)備和觀測(cè)儀器對(duì)建筑物和有代表性的地基點(diǎn)位進(jìn)行水平位移量的測(cè)量。利用監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)水平位移的規(guī)律進(jìn)行分析，主要觀察建筑物在內(nèi)外荷載和地基變形等因素的影響下狀態(tài)是否正常，保證工程的安全運(yùn)行。本次工程對(duì)水平位移的監(jiān)測(cè)是根據(jù)二等位移監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行的，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差要≤±3.0mm，按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》JGJ 8-2016 中第4.5 節(jié)的規(guī)定，來執(zhí)行技術(shù)檢測(cè)要求。同時(shí)使用索佳NET05X 型05″級(jí)全站儀來開展水平位移監(jiān)測(cè)工作。在測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)時(shí)使用了極坐標(biāo)法，水平位移量就是兩個(gè)周期之間的坐標(biāo)差值。

5 結(jié)論

在本次監(jiān)測(cè)研究中，監(jiān)測(cè)工作方法適當(dāng)，能夠有效地反映基坑變形情況，所有資料真實(shí)準(zhǔn)確。基坑的監(jiān)測(cè)工作起到了判斷預(yù)測(cè)基坑變形情況的作用，達(dá)到采取有效措施保護(hù)基坑和周邊環(huán)境安全的目的。截至觀測(cè)結(jié)束，變形速率平穩(wěn)，從最終監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形曲線可見，變形曲線趨向于收斂，本次基坑支護(hù)工作達(dá)到了保證基礎(chǔ)安全施工及周邊環(huán)境穩(wěn)定的預(yù)期。