魏瑤

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714099）

對于不同類型的基坑工程，應(yīng)合理選擇不同形式的監(jiān)測方案，可為優(yōu)化施工方案設(shè)計和指導(dǎo)施工安全提供可靠依據(jù)[1]，對保證基坑安全、施工順利，保護環(huán)境具有重要作用[2]。基坑監(jiān)測可及時提供施工監(jiān)測信息，充分了解各方參與基坑工程的工程質(zhì)量，掌握關(guān)鍵指標(biāo)和所處的各個環(huán)節(jié)，及時并嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)測可能發(fā)生危機的周邊安全環(huán)境問題，確?；雍椭車h(huán)境安全[3]。

20世紀(jì)初，基坑工程通常具有工程小、面積小的特征，且監(jiān)測設(shè)備還沒有發(fā)展完全，很少采用儀器監(jiān)測基坑的開挖與運行情況[4]。隨著國內(nèi)外大量高樓的建造，一些基坑工作開始采用儀器進行監(jiān)測，20世紀(jì)80年代初在奧斯陸和墨西哥開始全面采用儀器進行深度基坑監(jiān)測，經(jīng)過多年的發(fā)展，國外已出現(xiàn)了監(jiān)測計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測自動化。我國深基坑工程綜合監(jiān)測始于20世紀(jì)90年代初，經(jīng)過多年的研究，基坑工程監(jiān)測技術(shù)取得了長足進步和發(fā)展[5]。目前，基坑監(jiān)測主要采用儀器（如全站儀、水準(zhǔn)儀等）進行測量，精度要求較高?；佑^測時應(yīng)采用同一套測量儀器，不可更換儀器，且需定期檢校儀器精度，減小誤差[6]。

本次基坑水平位移監(jiān)測采用極坐標(biāo)法，選取了4個穩(wěn)固可靠的工作基準(zhǔn)點，每次監(jiān)測前對基準(zhǔn)點按一級導(dǎo)線精度要求進行聯(lián)測，以工作基點（遠(yuǎn)點）為定向點，利用極坐標(biāo)法對位移監(jiān)測點進行觀測，水平角觀測兩測回，讀數(shù)至0.5″；距離觀測兩測回，讀數(shù)至0.1 mm，同樣在全站儀內(nèi)部進行溫度氣壓改正并記錄溫度、氣壓。本文以某大廈基坑為例，將現(xiàn)場工作情況與查閱的資料相結(jié)合，對基坑的支護樁頂水平位移與沉降、周邊道路沉降、地下水位、深層水平位移等項目進行了監(jiān)測，分析了基坑水平位移與沉降的變化規(guī)律，并對可能發(fā)生的變化進行了預(yù)測。

1 基坑監(jiān)測

1.1 支護結(jié)構(gòu)頂部沉降監(jiān)測

基坑工程監(jiān)測點必須布設(shè)在能反映基坑狀態(tài)和基坑變化的內(nèi)力和變形關(guān)鍵特征點上，需要滿足監(jiān)控要求[7]?；庸こ瘫O(jiān)測點的布設(shè)不能干擾監(jiān)測對象平時的工作，還需減少對基坑的不利影響。監(jiān)測標(biāo)志監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)避開障礙物，方便施工人員觀測[8]。

1.2 支護頂部水平位移監(jiān)測

在護坡上每隔約20 m布設(shè)一個監(jiān)測點，基坑各邊中部、端部和陽角等相對危險的位置應(yīng)為首選，監(jiān)測點共計12個。監(jiān)測點采用在護坡上埋設(shè)帶有對中標(biāo)志鋼釘?shù)男问讲荚O(shè)，與沉降點共用監(jiān)測點。在工地影響范圍之外，視線沒有阻礙的地方布設(shè)3個基準(zhǔn)點，在基坑的4個角均布設(shè)一個工作基點，使基準(zhǔn)點和工作基點組成基準(zhǔn)網(wǎng)[9]。

1.3 深層水平位移監(jiān)測

點位布設(shè)采用埋孔法，先在土層中預(yù)鉆孔，孔的直徑略大于選定的傾斜管外徑，再將傾斜管的底部封閉，底部被逐段地組裝到孔中。為了避免測斜管縱向旋轉(zhuǎn)，連接管段時上下管段的斜槽必須嚴(yán)格對齊。同時，測斜管內(nèi)應(yīng)注滿水，以防止其漂浮，直至達(dá)到預(yù)定水平。調(diào)整并保持一對與待測量位移相同方向的十字凹槽（通常在垂直于基坑邊緣的方向上），以便細(xì)砂（水泥和粘土攪拌）可在傾斜儀和鉆孔之間的空間中回填，固定傾斜儀。在測斜管固定或澆筑混凝土后，利用干凈的水沖洗測斜管，確保導(dǎo)向槽內(nèi)無異物并可用。鋪設(shè)好測斜管后，需檢查測斜管導(dǎo)管的方向，管口的坐標(biāo)和高程，還需及時做好保護工作[10-11]。

1.4 周邊建筑物、道路沉降監(jiān)測

在基坑邊緣外1～3倍深度范圍內(nèi)，對需要保護的周圍環(huán)境布設(shè)沉降點。根據(jù)監(jiān)測部分，基坑周圍的垂直位移監(jiān)測點應(yīng)位于基坑中部或其他代表性部位[12]。監(jiān)測部分應(yīng)與基坑垂直，數(shù)量根據(jù)具體情況確定。

1.5 地下水位觀測

地下水位觀測是指監(jiān)測基坑開挖過程中的水位控制監(jiān)測[13]。電子水位計由鋼尺、測頭、讀數(shù)和聽力報警裝置組成。慢慢降低已埋設(shè)的水位管中的水位表頭，當(dāng)探頭接觸到水位時，啟動發(fā)聲器并讀取鋼尺的讀數(shù)，讀數(shù)是從地下水位到管口的深度?；娱_挖降水前，在天氣晴朗時連續(xù)測量2～3 d的水位，取其平均值為水位初始值。規(guī)定本次水位測試值與上次水位測試值之差為本次水位變化量，與初始值之差為水位累計變化量。

1.6 鋼絞線錨索軸力監(jiān)測

錨桿的內(nèi)力監(jiān)測點應(yīng)選在具有代表性的位置，監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在坑兩側(cè)中部、太陽拐角處和面積復(fù)雜的地質(zhì)條件處[14]。鋼絞線錨索軸力監(jiān)測，即每層選取8根錨桿（分為上下3層錨索支撐），計8組，每組每層各1只，共24只，編號為Li；其中基坑北側(cè)1組、東側(cè)3組、西側(cè)兩組、南側(cè)兩組。錨索軸力監(jiān)測點埋設(shè)，即根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，安裝前先檢查錨索測力計是否正常，錨索測力計安裝在錨墊座與工作錨之間，安裝時鋼鉸線從錨索測力計中心孔穿過，安裝過程中應(yīng)隨時對錨索測力計4個傳感器逐一進行監(jiān)測，4個傳感器受力是否均勻，從錨索開始向周圍錨索逐步加載以防偏心受力或過載。當(dāng)測得結(jié)果達(dá)到承載能力的70%時，應(yīng)及時報警。

當(dāng)測量的載荷作用在錨索測力計上時，將引起彈性圓柱體的變形并傳遞給振弦，進而轉(zhuǎn)變?yōu)檎裣业恼駝?，改變振弦頻率。電磁線圈激勵鋼絲繩并測量其振動頻率。頻率信號通過電纜傳輸?shù)秸裣易x取器，并可測量讀數(shù)頻率值，以計算作用在錨索測力計上的載荷值。

2 監(jiān)測成果與分析

2.1 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測模型

2.1.1 時間序列分析模型

建筑結(jié)算是一個時間變量，其特點可看作是趨勢項和隨機項的組合。建模和分析這兩種類型的變化，并將二者組合在一起可能會更好，顯示其變化特征，并最終預(yù)測和分析它。

2.1.2 GM（1，1）灰色理論預(yù)測模型

灰色理論預(yù)測模型以GM(m，n)模型為主，m為模型微分方程的階數(shù)，n為預(yù)測變量的個數(shù)。GM(m，n)模型是有且只有一個單一變量的一階微分方程模型，只要一個數(shù)列即可建模[15]。

2.1.3 預(yù)測模型

無論是單一模型還是組合模型，都有其預(yù)測適用的特定范圍，因此本文只選取了一種模型進行預(yù)測。

1）工程原始數(shù)據(jù)。工程位于某市某區(qū)永興大道南、幸福大道東，南側(cè)為市政道路，其余均為現(xiàn)狀地表。整個項目由一幢辦公樓和一幢立體車庫組成，其中辦公樓地下1層、地上16層。根據(jù)甲方委托，對地下室基坑進行變形監(jiān)測，對辦公樓進行建筑物沉降觀測。工程±0.000相當(dāng)于1985國家高程4.65 m，地下開挖深度為6.15 m，基坑?xùn)|西長約100 m，南北寬約50 m，四周均采用放坡圍護。綜合周邊環(huán)境，該基坑側(cè)壁安全等級為二級。本文觀測數(shù)據(jù)只選取監(jiān)測的一組數(shù)據(jù)（5號點），利用組合模型進行預(yù)報模型分析。5號點的原始數(shù)據(jù)如表1所示，共16期數(shù)據(jù)。

表1 5號監(jiān)測點沉降觀測數(shù)據(jù)

2）灰色預(yù)測模型。GM（1，1）模型一般要求參與預(yù)測的原始數(shù)據(jù)不少于4個，這樣才可得到較好的預(yù)測效果。通過研究灰色模型的步長與預(yù)測效果之間的關(guān)系以及對比不同步長的預(yù)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，步長太長反而會影響預(yù)測精度，因此本文選擇7～12期的觀測數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)來建立灰色模型，預(yù)測13～16期的沉降值。

首先確定原始數(shù)據(jù)列，代入7～12期的原始數(shù)據(jù)，則有：

再對原始數(shù)據(jù)列進行一次累加，即

然后構(gòu)造矩陣B和矩陣Y，則有：

將原始觀測數(shù)據(jù)代入，則有：

通過Matlab計算得到的參數(shù)為：

其中P為對角矩陣，即

最后建立GM（1，1）模型，求得5號點的預(yù)測方程式為：

沉降擬合結(jié)果如表2、圖1所示，可以看出，灰色模型對5號點的預(yù)測較理想，預(yù)測點位趨勢基本符合實測的變形趨勢。

表2 GM（1，1）模型沉降擬合檢測表

圖1 GM（1，1）模型沉降擬合對比圖/mm

通過GM（1，1）模型對13～16期的沉降數(shù)據(jù)進行預(yù)測，結(jié)果如表3、圖2所示，可以看出，結(jié)果并不理想，說明灰色模型在步長的選擇上非常關(guān)鍵，步長過長將影響預(yù)測精度。通過計算對比發(fā)現(xiàn)，本工程中的灰色模型適合短期預(yù)測。

表3 GM（1，1）模型沉降預(yù)測檢測表

圖2 GM（1，1）模型沉降預(yù)測對比圖/mm

2.2 基坑監(jiān)測頻率與成果

2.2.1 基坑監(jiān)測頻率

根據(jù)基坑開挖深度、基坑面積以及現(xiàn)場土方開挖工期要求，結(jié)合設(shè)計確定的監(jiān)測頻率，本文將監(jiān)測次數(shù)設(shè)置為10次（其中道路監(jiān)測4次，首次、中間兩次、末次），具體間隔日期可根據(jù)現(xiàn)場基坑的施工工期進行調(diào)整，遇特殊情況加密監(jiān)測?；颖O(jiān)測點設(shè)置和觀測頻次如表4所示。

表4基坑監(jiān)測點設(shè)置與觀測頻次明細(xì)表

根據(jù)不同的天氣和人為情況，對觀測次數(shù)進行調(diào)整，當(dāng)基坑或周圍環(huán)境位移變形較大以及基坑出現(xiàn)險情時，隨時監(jiān)測；若連續(xù)6 d變形不大，可適當(dāng)減少監(jiān)測頻率。

2.2.2 報警值

當(dāng)出現(xiàn)下列情況時，必須立即對基坑進行報警；若情況較嚴(yán)重，應(yīng)立即通知施工單位停止施工，并對基坑支護結(jié)構(gòu)和周邊的保護對象采取應(yīng)急措施：①監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報警值；②基坑支護結(jié)構(gòu)或周邊土體位移出現(xiàn)異常情況；③基坑圍護樁體系出現(xiàn)過大變形、壓屈、斷裂、松弛或拔出等跡象；④周邊地面出現(xiàn)可能發(fā)展的變形裂縫或較嚴(yán)重的突發(fā)裂縫；⑤根據(jù)項目負(fù)責(zé)人經(jīng)驗判斷，出現(xiàn)其他必須報警的情況。

報警報告由達(dá)到報警值的相應(yīng)監(jiān)測點的具體監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測點點位圖以及情況說明構(gòu)成。各項目報警值如表5所示。

表5 各項目報警值統(tǒng)計

2.2.3 監(jiān)測統(tǒng)計表

某大廈基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表6所示，某大廈基坑變形監(jiān)測最大變形量統(tǒng)計如表7所示，其中水平位移變化量的正值表示測點向基坑內(nèi)偏移，負(fù)值表示向基坑外偏移；垂直位移和周邊道路的負(fù)值表示下沉，正值表示上升；地下水位的正值表示水位上升，負(fù)值表示水位下降。

表6 某大廈基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表7 某大廈基坑變形監(jiān)測最大變形量統(tǒng)計表

由該項目監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表和各測項曲線圖可知，基坑監(jiān)測期間某大廈基坑內(nèi)部曲線緩和，施工期間圍護體頂部水平與垂直位移、周邊道路各期監(jiān)測成果穩(wěn)定，日變化量和累計變化量均未超過報警值，基坑處于可控狀態(tài)；地下水位井共觀測兩次，由于現(xiàn)場不合理降水，S2點和S7點的累計變化量報警，經(jīng)及時提醒和施工控制，未對基坑安全造成影響。

3 結(jié)語

本文以某大廈基坑監(jiān)測工程為研究對象，對基坑監(jiān)測技術(shù)進行了初步研究，得到以下結(jié)論：

1）對基坑監(jiān)測方案設(shè)計中的監(jiān)測目的、監(jiān)測方法與儀器、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測成果分析等進行了較詳細(xì)的論述，并采用多種數(shù)學(xué)方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析與評價，指出在基坑監(jiān)測中應(yīng)根據(jù)實際情況多方面考慮后選取合適的監(jiān)測項目。

2）基坑監(jiān)測為基坑安全施工提供了可靠保障。實踐證明，該基坑監(jiān)測設(shè)計方案和分析過程合理可靠。

隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，一般的監(jiān)測內(nèi)容和方法已不能滿足建設(shè)的需求，在基坑開挖和支護的過程中，為保證支護結(jié)構(gòu)和建筑物的安全應(yīng)進行全面監(jiān)測?；由疃仍诓粩嗉由睿拥脑O(shè)計和施工技術(shù)已取得很大進步。一方面，應(yīng)對不同的基坑進行不同的設(shè)計，優(yōu)化其設(shè)計結(jié)構(gòu)；另一方面，應(yīng)加強基坑監(jiān)測，為改進建筑設(shè)計和研究提供有效數(shù)據(jù)。