建筑基坑變形監(jiān)測方法分析

胡穎楷

四川省川建勘察設(shè)計院有限公司 四川 成都 610000

市政工程是保證人民生活品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，其施工安全可靠是各項工程的根本，市政工程中的基坑監(jiān)測對市政工程的順利進(jìn)行有著重要的意義。由于城市建設(shè)難度大，技術(shù)要求高，作業(yè)環(huán)境惡劣，施工人員眾多，所以對基坑進(jìn)行監(jiān)測具有較強的綜合性和復(fù)雜性。文章在綜述了目前我國城市建筑基坑監(jiān)測工作的情況的基礎(chǔ)上，概括了其工作原理及工作內(nèi)容，并提出了在工程中應(yīng)用的幾種新方法。

1 城市建筑基坑變形監(jiān)測的意義

對城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行基坑變形監(jiān)測，對于保證工程的安全運營具有重要意義。從實踐上講，城市建筑基坑監(jiān)測對保障國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量、保障人們的生活環(huán)境、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有很大的幫助，已成為我國城市發(fā)展的一個重要組成部分。在此基礎(chǔ)上，提出一種更加全面、科學(xué)、有效的監(jiān)測方法，對提高我國城市建設(shè)水平具有重要意義。城市建筑基坑監(jiān)測的主要內(nèi)容有：圍護(hù)墻深層水平位移、土體深層水平位移、墻后地表豎向位移、地下水位監(jiān)測等。通過對每一次基坑的監(jiān)測，可以對周圍建筑物的穩(wěn)定性進(jìn)行實時的評估。特別是因為氣溫太低的原因，可以提醒工人及時進(jìn)行排水。對城市建設(shè)項目中的基坑變形進(jìn)行監(jiān)測，是建筑施工過程中必不可少的一環(huán)，對項目施工和施工都具有重要的意義。課題在借鑒和消化國內(nèi)外現(xiàn)有工程技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)工程實踐，探討如何提高工程質(zhì)量的方法。為此，針對基坑在城市施工過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的對策，對于提高工程施工質(zhì)量有著十分重要的意義。

2 基坑監(jiān)測的主要方法

2.1 水平位移監(jiān)測

基坑水平位移監(jiān)測包含了很多方面，它是對支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系等展開全面的檢測，可以采用交會法、極坐標(biāo)法等方法來對基坑進(jìn)行水平位移監(jiān)測，如果在監(jiān)測的過程中，對監(jiān)測體的水平位移有較高的要求，就必須要用更高精度的儀器來進(jìn)行兩次以上的監(jiān)測，這不但給監(jiān)測工作帶來了更大的難度，同時在測量的過程中，還會有更多的誤差積累，使得計算過程變得更加麻煩。在對形狀為線性的基坑進(jìn)行監(jiān)測時，可以采用小角度的方法進(jìn)行監(jiān)測，不麻煩，易于操作，但對測站點的要求較高，需要維持通視，若設(shè)置較多，觀測的費用也會相應(yīng)提高。GPS定位方法在監(jiān)測中具有較高的精度，且能在任何時候?qū)ζ溥M(jìn)行實時監(jiān)測，但對場地要求較高。為了確保檢測結(jié)果能夠精確地反映被測物體的位移量，必須將被測物體的位移量等固定好后才能進(jìn)行檢測。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測

在基坑開挖過程中，各種土體所受的壓力是不斷變化的。根據(jù)基坑的受力特點，在水壓較大時，有針對性地布設(shè)監(jiān)測點，實現(xiàn)對水壓數(shù)據(jù)的精確讀出，使得各向受力均能維持在垂直度上，防止水壓力過大。在深基坑支護(hù)體系中，必須實時監(jiān)控各受力部件的內(nèi)力，并對其進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)有異常情況，就必須采取相應(yīng)的措施來確保其應(yīng)力穩(wěn)定，以防止各受力部件發(fā)生安全事故。應(yīng)力儀現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛地用于監(jiān)測，與此同時，在選擇監(jiān)測點的時候，要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計，精確的計算，在安裝元件的時候，要注意應(yīng)力儀的安裝方式、安裝位置、溫度、防水等方面的控制，因此，操作者要根據(jù)實際安裝的需要，對應(yīng)力儀的安裝進(jìn)行有針對性的控制，確保傳感器的存活率，以及測量的誤差[1]。

2.3 豎向位移監(jiān)測

在對豎向位移監(jiān)測方面，主要是針對支護(hù)以及支撐體系等方面來做好變形監(jiān)測，其主要監(jiān)測方法為幾何水準(zhǔn)法、液體靜力水準(zhǔn)法。首先，在監(jiān)測點的布設(shè)上，需要先根據(jù)實際情況來做好高程參考控制網(wǎng)的建立工作，主要采用三角高程測量法來做好測量工作，盡可能保證監(jiān)測頻率、監(jiān)測點等方面達(dá)到一致。其次，在針對坑底反彈階段進(jìn)行高程監(jiān)測階段，該方法的優(yōu)勢也比較明顯，即數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、操作簡單，極大程度上使得整體工作效率大大提升，監(jiān)測準(zhǔn)確性也能得到極大保障。

3 建筑基坑變形監(jiān)測的要點

3.1 基坑變形監(jiān)測設(shè)計

基坑變形的監(jiān)測是一個涉及到基坑施工及周邊建筑物穩(wěn)定的系統(tǒng)工程。在制定監(jiān)測計劃時，必須搜集與之有關(guān)的各類數(shù)據(jù)與信息。監(jiān)測方案主要包括監(jiān)測方法的選擇和監(jiān)測點的布置，預(yù)測值的設(shè)置，結(jié)果的分析和評估等內(nèi)容。在進(jìn)行基坑變形監(jiān)測時，應(yīng)考慮下列幾個方面。

(1)監(jiān)控裝置和儀表應(yīng)在正常工作條件下，并應(yīng)確保其可靠性。一般情況下，電子設(shè)備的可靠性要比機械設(shè)備差，在必要的時候，需要用機械設(shè)備來校對其精度和可靠度。

(2)基坑工程的監(jiān)控要考慮多方面的因素。主要是監(jiān)測被監(jiān)測對象的位移量和位移速率，并優(yōu)化監(jiān)測方法和巡檢方式。在布設(shè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時，要盡量把監(jiān)測點布置在坑底、坑壁頂部和鄰近易受基坑工程影響的重要建筑物等部位。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，提出了一種基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析的新方法。

(3)因為變形監(jiān)測是在基坑開挖的同時進(jìn)行的，所以，監(jiān)測站點的設(shè)置和監(jiān)測工作要盡可能地減小對工程的影響，并且要盡可能地避免因為監(jiān)測工作而拖延時間。在進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計時，要盡可能地選用既能保證監(jiān)控精度，又能保證監(jiān)控的經(jīng)濟(jì)性的方案，從而減少監(jiān)控成本。

3.2 規(guī)范操作監(jiān)測儀器設(shè)備

在對高層建筑基坑變形進(jìn)行監(jiān)測的時候，必須要用到一些專門的監(jiān)測儀器設(shè)備，只有對監(jiān)測儀器設(shè)備進(jìn)行規(guī)范的操作，才能保證監(jiān)測工作的順利進(jìn)行，并保證監(jiān)測結(jié)果的科學(xué)性和有效性。儀表設(shè)備的使用必須有專門的人員進(jìn)行，不能沒有證書，在使用時必須遵守有關(guān)的操作規(guī)范和方法。此外，還需要在日常生活中對儀器設(shè)備做好有效的維護(hù)與保養(yǎng)，以防止儀器設(shè)備的損傷；在使用前，必須認(rèn)真地對其進(jìn)行校驗，以免造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.3 擋土墻及周邊地表變形

基坑圍巖及其周圍的變形主要表現(xiàn)在水平和垂直兩個方面，它與基坑開挖深度、圍巖周圍的變形有關(guān)。在淺基坑施工過程中，在圍巖作用下，圍巖的水平變形表現(xiàn)為“倒三角形”，圍巖頂板最大變形向內(nèi)側(cè)傾斜。當(dāng)基坑開挖時，支護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊土體均表現(xiàn)出整體剛性的內(nèi)移。由于卸去了圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的土體，卸去了側(cè)方的原土壓力，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)在卸去了側(cè)方的土體后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生了內(nèi)移，形成了圍護(hù)結(jié)構(gòu)。由于一般情況下，圍巖與圍巖之間會發(fā)生水平移動，所以在基坑支護(hù)中，側(cè)墻支護(hù)是必不可少的。盡管支護(hù)結(jié)構(gòu)及其周邊土的垂直變形相對于水平變形來說很小，但是由于缺乏有效的監(jiān)測手段，會給支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、地面沉降以及基坑的安全帶來很大的風(fēng)險。造成這一結(jié)果的主要原因是由于基坑開挖引起的地表自重降低及地表的上升運動。在深基坑圍護(hù)中，一般應(yīng)用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁等技術(shù)，都會引起支護(hù)沉降，威脅到工程的安全?；邮┕げ粌H要保證其自身的安全性，而且會對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響。擋墻后周邊地面將發(fā)生不同程度的下陷，對周邊建筑、交通和管線造成影響。因此，必須對沉降進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)控，并對沉陷的范圍做出準(zhǔn)確的預(yù)測，從而制定出相應(yīng)的防治措施。目前，對于地面沉陷的研究主要集中在模型模擬，有限元分析，數(shù)據(jù)擬合等方面。從實踐中的經(jīng)驗來看，地面沉陷的規(guī)律可分為兩大類。一是在較淺的基坑開挖過程中，軟弱巖層將呈“三角”型沉降，支護(hù)結(jié)構(gòu)在支護(hù)結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生較大的水平位移，同時，基坑周圍的沉陷也將進(jìn)一步加??；如果擋土墻埋深很大，或者巖層比較硬，則土體的沉降基本為拋物線型，并且其最大沉降量與擋土墻的距離越遠(yuǎn)越好。

3.4 基坑變形監(jiān)測的頻率

基坑變形監(jiān)測是一項貫穿于整個施工過程的、甚至是在施工完成后還要進(jìn)行的、連續(xù)的、多點的、長時間的監(jiān)測。因此，在對基坑變形進(jìn)行監(jiān)測時，應(yīng)該將施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起來。一般來說，監(jiān)視的次數(shù)應(yīng)該滿足以下規(guī)定：

(1)在基坑開挖期間，每日監(jiān)測數(shù)不少于一次，在基坑完成后，至少要對基坑進(jìn)行3天的持續(xù)觀察，直到基坑穩(wěn)定為止。

(2)在基坑施工期間，如果發(fā)生以下緊急情況，必須對其進(jìn)行至少3天的監(jiān)控，直到監(jiān)控值趨于穩(wěn)定，即變形值逼近或超過警告值，或者變形速率加速。相鄰的房屋和道路有較大的裂縫和不均勻沉降；突如其來的壞天氣造成基坑或周圍出現(xiàn)大量的積水（積雪）；在基坑底部或支撐系統(tǒng)中，會出現(xiàn)管涌、流沙等現(xiàn)象。

3.5 深基坑開挖階段變形規(guī)律

首先，在深基坑工程中，與之相關(guān)聯(lián)的地下管道會產(chǎn)生較為顯著的沉降，而沉降量與基坑與管道間的距離有很大的關(guān)系。當(dāng)樁身與樁身之間距離增大時，樁身與樁身之間的沉降量就會增大。同時，管道設(shè)施所在地的水文地質(zhì)條件和環(huán)境因素對管道沉降有很大影響。但是，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移和變形與基坑挖深有關(guān)，在0.5-1m深時最大。但對于深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其支撐軸壓力通常隨挖深的增加而增大，當(dāng)挖深約0.5-1m時，支撐軸壓力最大。隨著基坑深度的增大，基坑支撐軸力的增加量逐漸減小，直到趨于一個恒定值為止[2]。

4 基坑工程監(jiān)測控制措施分析

4.1 增強工程實施強化管理力度

根據(jù)審核通過的設(shè)計文件，根據(jù)項目的具體情況，編制了相應(yīng)的專項施工方案。專項施工方案應(yīng)包括實施規(guī)范、設(shè)計流程和有關(guān)規(guī)定等。相關(guān)部門以及承包單位需要格外重視基坑工程管理，保障其施工質(zhì)量以及施工安全，避免出現(xiàn)危險事故的同時，也能確保整體作業(yè)過程有條不紊、井然有序。與此同時，還需要盡可能地建立相應(yīng)的安全監(jiān)管機構(gòu)，根據(jù)實際情況來明確其巡查方案，進(jìn)一步明確工程質(zhì)量監(jiān)管的職責(zé)。

4.2 全程控制基坑支護(hù)的施工質(zhì)量

在基坑工程的建設(shè)過程中，因為地基土質(zhì)的不同和環(huán)境的復(fù)雜，需要對巖土基坑支護(hù)施工進(jìn)行全程控制，避免施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，進(jìn)而嚴(yán)重影響到后續(xù)工程的建設(shè)。為此，有關(guān)部門及設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)實際情況，對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，并進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證施工質(zhì)量。但是，施工單位不能對施工計劃進(jìn)行任何修改，其中包括了錨桿的位置、長度、型號、數(shù)量等內(nèi)容，以及鋼筋網(wǎng)的使用間距和放坡系數(shù)等內(nèi)容。對設(shè)計方案進(jìn)行修改時，要有專門的人員對其進(jìn)行審查，建立一個有效的溝通平臺，使基坑支護(hù)承包商和挖土承包商之間保持良好的溝通，以確保工程的順利進(jìn)行。在工程建設(shè)中，應(yīng)嚴(yán)格遵守施工規(guī)程，保證土方開挖的次序及開挖的方法與設(shè)計相符。

4.3 城市建筑基坑變形監(jiān)測遵循原則

在城市建設(shè)中，作為國家重大基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，為保證建筑項目的安全進(jìn)行，基坑變形監(jiān)測應(yīng)嚴(yán)格遵守如下原則。第一，在進(jìn)行基坑變形監(jiān)測時，應(yīng)堅持時間和頻率的合理性；大家都知道，在許多基坑的開挖之前，都是需要排水的。例如，在沿海地區(qū)，水位相對于地面會比較高，因此，在基坑開挖之前，都要進(jìn)行降水工程。因此，在這種情況下，就必須要求我們在降水之前，就要對周邊水位和周邊的建筑物、道路進(jìn)行監(jiān)測。在此之前，我們需要監(jiān)測的項目包括：周邊建筑物的布點、周邊的管線的位移監(jiān)測和沉降觀測。在進(jìn)行水位監(jiān)控時，應(yīng)與施工單位及時聯(lián)系，在打好降水井前，對其水位進(jìn)行測量。對于這類基坑，必須在回填完畢，基坑停止降水，水位恢復(fù)之后，才能停止觀測。多數(shù)情況下，基坑回填后，仍有降雨，因此要掌握好監(jiān)測的停止時機。同時，基坑初期的觀測也很重要，它可以為基坑施工提供第一手的資料，起到控制和檢查后期資料變化情況的作用。并對該工程的整體安全性進(jìn)行了分析，為該工程的安全施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。第二，在對基坑變形進(jìn)行監(jiān)控的時候，監(jiān)控數(shù)據(jù)一定要可靠，不能有任何的偏差，并且要在第一時間將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如果不能在事后進(jìn)行預(yù)測，那么就要按照實際情況進(jìn)行，這樣才能保證監(jiān)控數(shù)據(jù)的可靠性，從而達(dá)到對基坑變形進(jìn)行監(jiān)控的目的。第三，在城市建筑工程中，對基坑的變形進(jìn)行合理的監(jiān)控。監(jiān)測的內(nèi)容應(yīng)該是完整的、全面的，在項目全面實施的過程中，要對基坑施工的過程以及周圍的環(huán)境進(jìn)行充分的反映，杜絕觀察盲區(qū)，盡可能地將逆向的損失降到最低[3]。

4.4 城市建筑基坑變形監(jiān)測選擇要具有合理性

基坑施工是建筑施工的基礎(chǔ)，在建設(shè)過程中，必須對基坑施工進(jìn)行質(zhì)量控制和管理控制，尤其是安全維護(hù)、管理監(jiān)督、質(zhì)量控制以及監(jiān)測方法的應(yīng)用。觀測點的先后次序、現(xiàn)場計劃應(yīng)該按照現(xiàn)場的特定情況和工程的需要來安排。在制訂方案前，必須對所要監(jiān)控的基坑情況有全面的認(rèn)識，同時要將理論與實際相結(jié)合，以保證監(jiān)控的針對性和針對性。在執(zhí)行監(jiān)控內(nèi)容時，必須在施工開始之前，對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆裨O(shè)，做好初步的測定工作，以保證周圍環(huán)境的穩(wěn)定。監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)以結(jié)構(gòu)的主要受力和變形為主要特征的點位為宜。設(shè)定監(jiān)測頻率的次序不應(yīng)該干擾監(jiān)測對象的正常工作，并且應(yīng)該降低監(jiān)測對施工操作的不良影響，以確保能夠看到周圍環(huán)境等物體的完整視角。當(dāng)觀測值比較穩(wěn)定時，可以減少觀測次數(shù)，反之，可以提高觀測次數(shù)。

4.5 城市建筑基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為了獲得更加可信的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行評價，常常需要對基坑監(jiān)測資料進(jìn)行多點觀測。獲取基坑開挖過程中的觀測資料，并與已有觀測資料相比較，分析外部因素對基坑開挖變形幅度及建筑物整體穩(wěn)定性的影響。工程中，在基坑變形位置布設(shè)大量的監(jiān)測點，組成一個數(shù)據(jù)變換體系，在對比過程中，某些異常值會產(chǎn)生較大的偏差。這一點，可以通過試驗來驗證。為了進(jìn)行資料分析，必須對基坑的變形情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，在查找出錯誤資料后，要對其進(jìn)行周期改變或永久改變，以防止出現(xiàn)工程事故。為此，要對基坑變形進(jìn)行監(jiān)控，確保整體數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度符合要求。

5 結(jié)束語

總之，在中國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，深基坑工程發(fā)揮著舉足輕重的作用，如何對其進(jìn)行有效的變形監(jiān)測，并對其變形機制和變化規(guī)律進(jìn)行研究，是關(guān)系到該工程能否順利實施的關(guān)鍵。深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形時，會對工程建設(shè)及人們的生產(chǎn)生活造成很大的影響。為此，必須深入探討深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形機制，并采取相應(yīng)的支護(hù)措施，才能最大限度地發(fā)揮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，從而促進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。