謝震雨（長(zhǎng)沙市城市建設(shè)科學(xué)研究院　湖南長(zhǎng)沙　410000）

基于差分技術(shù)的基坑位移監(jiān)測(cè)方法研究

謝震雨
（長(zhǎng)沙市城市建設(shè)科學(xué)研究院湖南長(zhǎng)沙410000）

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展，地下空間的開發(fā)力度越來(lái)越大，深基坑工程在總體數(shù)量、開挖深度、平面尺寸以及使用領(lǐng)域等方面都得到高速的發(fā)展。城市中各類建筑密集程度逐漸加大，相鄰環(huán)境、地下管線、地面交通對(duì)基坑開挖及施工后產(chǎn)生的位移變形和不利影響控制越來(lái)越嚴(yán)。在深基坑開挖的施工過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移變形中的任一量值超過(guò)容許的范圍，將造成基坑的失穩(wěn)破壞或?qū)χ車h(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，在基坑施工過(guò)程中，只有對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，才能對(duì)基坑工程的安全性和對(duì)周圍環(huán)境的影響程度有全面的掌握，在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)報(bào)警，并采取必要的工程應(yīng)急措施，調(diào)整施工工藝或設(shè)計(jì)參數(shù)，以確?；庸こ碳爸車h(huán)境的安全和穩(wěn)定。

差分技術(shù)；基坑位移；監(jiān)測(cè)方法

引言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，我們的城市也在日新月異的發(fā)展，特別是在中國(guó)的特大城市，由于開放與包容，來(lái)尋求商機(jī)的精英們都聚集在這里，使得土地越來(lái)越緊缺，現(xiàn)在城市發(fā)展的趨勢(shì)是向空中和地面以下發(fā)展，由于地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、基坑等級(jí)以及施工工藝等復(fù)雜性，只依靠實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)來(lái)確定施工方案，經(jīng)常含有許多不確定的因素，尤其是對(duì)國(guó)家重點(diǎn)大型工程項(xiàng)目，所以對(duì)施工過(guò)程中引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移，圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向位移，基底回彈，水位變化，臨近建筑物構(gòu)筑物的變形、地下管線、道路橋梁河流等等進(jìn)行監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為工程建設(shè)中必不可少的環(huán)節(jié)。目前，基坑監(jiān)測(cè)與工程設(shè)計(jì)以及施工同被列為工程質(zhì)量好壞的三個(gè)關(guān)鍵因素。通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判斷施工參數(shù)是否符合預(yù)期值，以確定優(yōu)化下一步施工參數(shù)，以此達(dá)到信息化施工的目的，使得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和成果成為現(xiàn)場(chǎng)施工工程技術(shù)人員判斷工程是否安全的依據(jù)，成為工程決策機(jī)構(gòu)的眼睛。

1　深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容

1.1深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型

在深基坑開挖的時(shí)候，基坑周圍要有圍護(hù)體把基坑周圍包圍起來(lái)，對(duì)基坑起到阻擋土和水，支撐外力的作用。淺基坑的圍護(hù)其他結(jié)構(gòu)通常是工字鋼，三軸攪拌樁或者是一級(jí)、二級(jí)放坡；深基坑大多是采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)其他結(jié)構(gòu)，開挖前，坑內(nèi)要先抽去地下水，在保證地連墻接縫嚴(yán)密的情況下，這樣在開挖的時(shí)候地連墻基本上不會(huì)漏水。根據(jù)基坑深度的不同而采用不同層數(shù)的水平支撐，如果圍護(hù)體是地連墻一般首層支撐采用混凝土支撐，下面采用鋼支撐，如果基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是SMW工法樁，基坑的水平支撐一般全部采用鋼支撐。

1.2基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容

圍護(hù)結(jié)構(gòu)體的深層墻體位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂豎向位移、周邊地表沉降、土體分層沉降、支撐軸力（鋼支撐、混凝土支撐）、管線沉降、建筑物傾斜、建筑物沉降、潛水水位、立柱豎向沉降、土壓力和水壓力、基坑底部回彈、裂縫監(jiān)測(cè)等的監(jiān)測(cè)。

1.3基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇

基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、基坑周圍的風(fēng)險(xiǎn)因素和基坑的地質(zhì)條件以及施工監(jiān)測(cè)方案等因素決定，施工現(xiàn)場(chǎng)采集的原始數(shù)據(jù)通過(guò)軟件處理與分析，提供監(jiān)測(cè)報(bào)表，能夠及時(shí)反映基坑的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化才是最重要的。

2　工程概況

CS市某地鐵基坑工程位于HX路，基坑為長(zhǎng)方形?；铀拿婢鶠閲鷫??；訄?chǎng)區(qū)西側(cè)、北側(cè)及東側(cè)圍墻內(nèi)空間狹窄，東西兩側(cè)均無(wú)法進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。為了方便基坑?xùn)|西兩側(cè)邊坡水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)，采用了基于差分技術(shù)的極坐標(biāo)觀測(cè)法。在基坑坡頂設(shè)置32個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。為了監(jiān)測(cè)基坑在垂直斷面上的水平位移量，在基坑?xùn)|側(cè)墻壁上設(shè)置了5個(gè)垂直斷面，每個(gè)斷面在垂直方向上設(shè)了10個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)標(biāo)志采用反射片。其中有3個(gè)斷面埋設(shè)測(cè)斜儀，進(jìn)行相應(yīng)的深層水平位移觀測(cè)。

3　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1基坑坡頂位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在基坑水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)，每個(gè)工作點(diǎn)只觀測(cè)基坑對(duì)面的監(jiān)測(cè)變形點(diǎn)，以保證誤差橢圓的短軸盡可能與基坑邊線垂直，使位移監(jiān)測(cè)變化結(jié)果值為最優(yōu)。本基坑坡頂水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)32個(gè)，共計(jì)觀測(cè)168次，數(shù)據(jù)量較大。對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)程曲線進(jìn)行分析，選取具有較好的代表性的曲線，并傾向于選擇水平位移、垂直位移、錨索拉力互相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。圖1所示是部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移時(shí)程曲線，此曲線與設(shè)計(jì)值相一致。

圖1　基坑坡頂水平位移時(shí)程曲線

3.2基坑坡頂豎向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

豎向位移監(jiān)測(cè)采用中間設(shè)站的三角高程法，并利用2～3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的已知數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行差分改正，從而得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)已知基準(zhǔn)點(diǎn)的高差。利用基準(zhǔn)點(diǎn)的高程和觀測(cè)的每周期的高差，從而得到監(jiān)測(cè)的高程，每周期的高程差即為豎向位移變形量。在基坑監(jiān)測(cè)期間，對(duì)基坑坡頂豎向位移監(jiān)的同時(shí)進(jìn)行了幾何水準(zhǔn)豎向位移觀測(cè)，采用DINI03電子水準(zhǔn)儀配條碼尺進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量，從相同觀測(cè)點(diǎn)同時(shí)段相對(duì)位移量來(lái)看，兩種方法的豎向位移監(jiān)測(cè)結(jié)果符合得很好，變形趨勢(shì)一致。由于觀測(cè)精度不同，觀測(cè)的變形量略有差別，但兩條曲線均能反映基坑坡頂?shù)呢Q向位移的變形趨勢(shì)，如圖2所示。

圖2　基坑坡頂豎向位移監(jiān)測(cè)方法比較

3.3基坑垂直斷面上的水平位移量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

垂直斷面上的位移觀測(cè)點(diǎn)是隨基坑開挖和噴錨支護(hù)逐層設(shè)置，因此一個(gè)垂直斷面上的10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)周期不同，時(shí)程曲線不完全一樣，但是某一時(shí)刻的累積位移值能反映此垂直斷面的水平位移量。與相應(yīng)斷面的深層水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)相比較，累積變形曲線相一致，變形曲線如圖3所示。此支護(hù)斷面為鋼管樁加噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)。

圖3　兩種水平位移觀測(cè)方法對(duì)比曲線

由圖3可以看出，由于基坑開挖及支護(hù)過(guò)程中，土體整體向坑內(nèi)偏移，水平位移值隨深度有所變化，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的測(cè)斜最大位移出現(xiàn)在基坑坡頂深度6～7m處。而從選取的典型斷面水平位移值可以看到，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)隨深度的變化曲線規(guī)律一致，樁體最大水平位移值出現(xiàn)在樁體下端1/3處。其中計(jì)算樁體水平位移最大值為 19.2mm，實(shí)測(cè)樁體水平位移最大值為13.2mm，樁體位移曲線整體呈現(xiàn)中間大，兩頭小的變化規(guī)律。如圖4所示。由圖4的水平位移變形曲線可以看到，用全站儀觀測(cè)的基坑墻壁表面水平位移與設(shè)計(jì)值更接近，更能真實(shí)反映基坑墻壁的表面水平位移變形規(guī)律。

4　結(jié)論

圖4　實(shí)測(cè)水平位移與理論計(jì)算位移對(duì)比

（1）從基坑位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，通過(guò)差分技術(shù)的基坑位移監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差為±0.32mm，高差中誤差為±0.48mm，均達(dá)到了亞毫米級(jí)的觀測(cè)精度。既能滿足建筑變形測(cè)量規(guī)范中一級(jí)水平位移監(jiān)測(cè)精度±1.0mm的要求，也能滿足二級(jí)沉降觀測(cè)± 0.5mm精度要求[1]。

（2）在滿足相關(guān)規(guī)范前提下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)著重考慮基坑邊坡變形特性，有目的地選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，以便對(duì)基坑邊坡進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)控測(cè)量。

（3）在滿足測(cè)量精度要求的前提下，基坑位移監(jiān)測(cè)應(yīng)采用方便、靈活、經(jīng)濟(jì)、可靠的方法和技術(shù)。做到即保證觀測(cè)精度又能及時(shí)提供觀測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)預(yù)警確?；邮┕ぜ叭藛T安全。

（4）通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，基坑水平位移和沉降變化是比較有規(guī)律的，且每次支撐的設(shè)置是其變化的拐點(diǎn)。因基坑開挖深度范圍的影響，沉降曲線變化一般來(lái)說(shuō)滯后于水平位移曲線的變化。通過(guò)本項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)能有效地控制基坑的水平位移及基坑周邊的沉降。

[1]徐忠陽(yáng)，張良琚，等.自動(dòng)極坐標(biāo)實(shí)時(shí)差分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其在大壩外部變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2001（9）：28～30.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB50497-2009）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).工程測(cè)量規(guī)范（GB50026-2007）[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

TU753

A

1673-0038（2015）06-0139-02

2015-1-26

謝震雨（1982-），男，中級(jí)工程師，碩士，主要從事測(cè)繪方面的工作。