王 站

(山西冶金巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030002)

高層建筑的不斷發(fā)展使得基坑的規(guī)模日益變大，深度日益增長，施工難度越來越大。為了保障施工安全，在基坑施工時，必須選擇合適的基坑變形監(jiān)測體系。我國對深基坑的研究起步較晚，理論研究不夠先進，且缺乏工程實踐，深基坑施工的工程事故率遠高于發(fā)達國家。為此，對深基坑變形監(jiān)測體系進行研究對我國具有重要的意義。

1 深基坑變形監(jiān)測研究意義

基坑工程的施工和維護受許多因素的影響，容易出現(xiàn)變形和沉降現(xiàn)象，當基坑變形程度超過設(shè)計允許值時會阻礙工程正常施工，甚至出現(xiàn)基坑坍塌，造成經(jīng)濟損失，給施工人員的生命安全造成威脅。科技的發(fā)展和建設(shè)行業(yè)進步的一個表現(xiàn)就是基坑工程深度不斷增長，復(fù)雜程度不斷提高，這使得基坑變形監(jiān)測工作面臨著很大的挑戰(zhàn)。絕大多數(shù)的城市建設(shè)和管理部門都必須實施深基坑工程變形監(jiān)測，而基坑變形監(jiān)測也逐漸被甲方認可，乙方采用。

深基坑變形監(jiān)測能及時掌握基坑工程地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，保證施工安全。深基坑變形監(jiān)測能及時發(fā)現(xiàn)基坑施工中存在的不穩(wěn)定因素，以便能采取有效的補救措施，確?；邮┕さ陌踩?。同時，基坑變形監(jiān)測還能對基坑周圍的構(gòu)筑物進行分析，并確定基坑施工配套設(shè)施是否被正常使用，保證施工的順利進行。此外，分析基坑變形監(jiān)測所得數(shù)據(jù)可以使施工單位對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的變形情況有一個可靠的了解，保障施工安全。目前，深基坑工程設(shè)計理論仍然不成熟，需要不斷完善?；幼冃伪O(jiān)測可以將基坑施工時的變形情況及土體的剪力產(chǎn)生過程很好的反映給工作人員，驗證基坑施工是否符合工程設(shè)計，還可以為施工步驟和施工工藝的確定和選擇提供參考依據(jù)，如周圍建筑物的變化形式。

2 深基坑工程研究現(xiàn)狀

基坑工程是一個具有較強綜合性的、復(fù)雜的研究性課題，涉及內(nèi)容十分廣泛。目前我國在基坑工程方面存在的一個問題就是如何解決新傳入的、難度較高的基坑技術(shù)難題。深基坑工程是建筑工程體系中的重要部分，具有悠久的歷史。深基坑工程與土木工程之間存在密切的關(guān)系，相互依存，相互聯(lián)系，兩者的發(fā)展存在緊密的聯(lián)系。深基坑工程的發(fā)展在某種程度上奠定了土木工程主體施工的基礎(chǔ)，而土木工程施工相關(guān)問題的出現(xiàn)和解決促進了深基坑工程的進步。

基坑變形這一研究性問題在國際上受到了重視，相關(guān)土木專家對其機械能研究分析。一位名為Lame科學(xué)家對深基坑周圍土體變形是否產(chǎn)生作用進行了實驗分析，得出了實驗結(jié)果和報告，其主要得出了以下幾方面的總結(jié)：

1)深基坑鄰近結(jié)構(gòu)形式特點。

2)基坑開挖后經(jīng)過時間。

3)基坑面積、深度。

4)地基土土質(zhì)情況和地下水處理。

這些因素都會對深基坑周圍土體產(chǎn)生一定的作用，影響土體變形。另一位名為Wong的科學(xué)家也對基坑變形情況進行了分析，但這位科學(xué)家分析的是基坑施工期間地下水降低對基坑變形的影響，其采用的方式是成熟的有限元方法。Wong的實驗結(jié)果顯示，地下水降低對基坑變形具有至關(guān)重要的影響作用。為此，在基坑變形監(jiān)測中，地下水是一個不可忽視的重要因素。

中國對基坑變形的研究起步較晚，但也已經(jīng)取得了一定的研究成果。主要成果可概括為三點：

1)以控制基坑變化為目的進行分析，提出了設(shè)計水泥土擋土墻保證基坑穩(wěn)定性時，土墻的安全系數(shù)性能必須超過1.2才能具有較強的阻擋基坑凸起的作用，這對基坑變形處理具有一定程度的有利作用。

2)得出了圓形圍護結(jié)構(gòu)在處理土墻對基坑變形阻擋問題的意義。

3)得出了時空效應(yīng)方面基坑變形的主要影響因素，包括開挖進尺、分層開挖等。

3 基坑變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

在20世紀60年代末，美國和奧斯陸的大型基坑中大量使用傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器對地基變形進行多方面的監(jiān)測，這些監(jiān)測儀器廣受好評，在預(yù)防塌方事故方面發(fā)揮了重要的作用。到20世紀90年代，西方的一些發(fā)達國家已經(jīng)使用更加先進的監(jiān)測儀器進行基坑變形監(jiān)測，如利用計算機實現(xiàn)對基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的無人化采集。與此同時，中國的基坑變形監(jiān)測技術(shù)才處于起步階段。經(jīng)過幾十年的研究分析，中國的基坑變形監(jiān)測技術(shù)取得了重大的發(fā)展和進步。

4 深基坑變形監(jiān)測技術(shù)方法

4.1 加固結(jié)構(gòu)水平位移的監(jiān)測

高精度全站儀(如瑞士生產(chǎn)的徠卡測量機器人，型號為:LEICA TCRA1101plus)是深基坑監(jiān)測水平位移所采用的儀器，這種監(jiān)測儀器，兼具了水準儀和經(jīng)緯儀的功能。目前，全站儀常用的監(jiān)測方法包括前方交會、后方交會、距離交會。由于基坑施工現(xiàn)場的環(huán)境具有一定的復(fù)雜性(現(xiàn)場空地非常狹窄)，全站儀的觀測位置不太可能固定不變，為此，監(jiān)測人員需考慮自由設(shè)站采用后方交會的監(jiān)測方法。這種監(jiān)測方法的實施過程如下：水平位移基準點數(shù)量不小于三個，全站儀設(shè)站應(yīng)通視三個基準點，觀測基準點計算測站坐標后定向采用“測回法”對基坑監(jiān)測點逐個進行監(jiān)測。

4.2 周邊環(huán)境垂直位移的監(jiān)測

對深基坑周邊環(huán)境進行垂直位移監(jiān)測時采用的儀器是數(shù)字水準儀，這種監(jiān)測儀器是建立在電子技術(shù)和光學(xué)水準儀之上的，給基坑沉降測提供了極大的便利，加快了監(jiān)測速度，同時還提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性。數(shù)字水準儀的基本構(gòu)造包括自動安平裝置、光學(xué)機械、電子設(shè)備。利用數(shù)字水準儀監(jiān)測基坑周邊環(huán)境的沉降方法主要是：采用環(huán)形閉合水準路線進行監(jiān)測,之所以用這樣的水準觀測路線，是因為閉合環(huán)水準路線具有多余觀測，有利于檢測外業(yè)觀測中的粗差和錯誤，提高外業(yè)觀測數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和可靠性，同時還有利于數(shù)據(jù)的嚴密平差和提高精度。

4.3 加固結(jié)構(gòu)深層側(cè)向變形監(jiān)測

測斜儀能對土體深部水平位移或其沿垂直方向土層位移進行精確的測量，其在基坑工程中監(jiān)測的參數(shù)是樁身或開挖土體造成的巖土水平位移、加固結(jié)構(gòu)的水平偏離、地下室垂直墻面的水平位移。在基坑施工前，將測斜管澆筑在巖土或加固結(jié)構(gòu)中，保證管內(nèi)槽上的兩對導(dǎo)槽有一對垂直于基坑邊，工作時將測斜儀的探頭放入導(dǎo)管內(nèi)，側(cè)頭導(dǎo)輪卡在導(dǎo)槽中沿導(dǎo)槽滑動，即可進行監(jiān)測，注意，需進行兩次監(jiān)測。

4.4 加固結(jié)構(gòu)錨索內(nèi)力監(jiān)測

加固結(jié)構(gòu)錨索內(nèi)力檢測是深基坑變形監(jiān)測的一個重要監(jiān)測內(nèi)容，采用的儀器一般是振弦式錨索測力計。加固結(jié)構(gòu)錨索內(nèi)力與加固樁的受力狀態(tài)具有直接的關(guān)系，還影響到樁后土體的位移。振弦式錨索測力計的工作原理是荷載會引起儀器內(nèi)部變形，這種變形將傳遞給振弦，而儀器將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎裣覒?yīng)力的變化，改變儀器振動頻率，儀器將測量并讀出振動頻率，根據(jù)相關(guān)公式計算出荷載值。

4.5 地下水位監(jiān)測

基坑周圍和基坑內(nèi)部的地下水對基坑變形都具有十分密切的關(guān)系，各個等級的基坑工程都需要密切地監(jiān)測地下水位變化，以預(yù)防基坑工程變形事故。地下水位監(jiān)測常用的監(jiān)測儀器是鋼尺水位計或鋼尺。如果基坑工程的地下水位較高，則采用水位井觀測法，或者將鋼尺直接插入觀測井。如果基坑工程地下水位較低，則利用鋼尺水位計監(jiān)測，將其放入水位觀測井，當其發(fā)出鳴聲時讀數(shù)，計算水位高度。

5 結(jié)語

社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展對基坑施工提出了更高的要求，基坑的規(guī)模不斷變大，深度不斷增長，基坑施工的安全保障工作顯得尤為重要。為此，深基坑變形監(jiān)測的地位也越來越重要。深基坑變形監(jiān)測時必須做到的一點是，開挖時，需事先聲明基坑工程安全性能，施工人員應(yīng)先對施工現(xiàn)場安全性進行考察，標出施工現(xiàn)場周圍建筑及地下管道等。