高层建筑深 基坑变形 监测技术探讨

高层建筑深 基坑变形 监测技术探讨

张伟

广州市吉华勘测股份有限公司

摘要:本文阐述了高层建筑深基坑变形的各类及问题，并对其监测内容及数据采集进行了分析与探讨,可供广大同行交流。

关键词：深基坑;变形监测;种类及问题；监测内容；数据采集 

一、前言

深基坑是一种临时性工程,深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程设计和施工的正确途径。基坑施工的安全至关重要,若处理不好,不仅造成重大经济损失,而且会带来不良的社会影响。在深基坑支护过程中，只有对支护的变形情况进行实时监测，才能够有效提高建筑施工过程的安全性。在建筑工程施工的地下部分，可以根据支护结构顶端与周围各个相关实体的变形测定结果，及时掌握基坑周边土体与支护材料的具体动态，与其在整个施工过程中的变化情况进行合理的分析，并对支护结构与土体的状态进行判断，为施工中相关设计数据的随时变更提供理论依据，为施工管理工作提供科学的指导，为施工的安全进行创造有利条件。

2. 深基坑变形的种类及问题   对我国以往建筑工程建设情况予以分析，确定基坑变形情况时有发生，具体表现为：①墙体变形。一般情况下，造成墙体变形主要是基坑支撑结构未设立之前进行基坑开挖，基坑开挖深度不够，所以后续工程建设之中无论是搭建柔性还是刚性的墙体，它都会出现变形情况。另外，如若位移呈三角形分布，并且朝着基坑所在方向水平位移，那么即便设置了支撑结构，墙体变形的可能性也是很高的。②基坑底部变形。一般情况下，基坑开挖深度不大的情况下底部会出现弹性隆起的现象，而随着基坑开挖深度的增加，弹性隆起会转变为塑性隆起。此种情况下开展基坑支护施工作业，势必会导致中间隆起部位向四周塌陷，进而引发基坑底部变形。 ③地面沉降。总结以往的工作经验，确定影响基坑支护变形的重要因素之一就是底层土质，尤其是地面沉降有较大的影响。通常情况下，底层土质比较松软，那么基坑开挖的深度较强，则容易引发大面积的位移，给墙体带来负面影响；而地层土质刚性较高，进行深基坑开挖，则容易引发地面沉降的现象。

三、深基坑变形监测的技术要求与方法

深基坑支护工程变形监测需要根据工程建设单位提供的监测布置图以及施工特点，同时要参考基坑周边的土体与支护结构的作用情况，制定具体的监测内容，这些监测内容包括水位监测、侧向位移监测、桩体侧向位移监测以及桩顶水平位移监测等。 （1）监测时间与频率的确定。在深基坑开挖施工开始前，必须对其初始值进行准确的预测。开挖过程中的监测需要每三天进行一次，如果开挖操作的速度或者支护结构的变形速度加快，则需要增加监测频率，增加到每天一次，必要时每天监测两次。在进行地下室施工的过程中，可以采用每周一次的监测频率。如果连续几天出现下雨的情况或者支护结构出现不正常的变形，每天都要对变形进行监测，如果出现报警值，可增加到每天两次。对于不同的施工场地，采取的检测时间与频率需要依照施工单位的要求以及工程进度进行调整。 （2）支护结构顶部水平位移监测。在对支护结构顶部水平位移进行监测的过程中，需要预先埋设控制点与观测点，埋设的位置需要确保不影响施工进程，并基准方向通视良好。控制点需要在混凝土地面钻出100 毫米深的孔，并在内部直径为12 毫米的钢筋，在此基础上建筑尺寸为300×300×1200 毫米的混凝土墩，顶部需要设置强制对中螺栓以及仪器整平钢板，并在螺栓顶部打一直径约为0.3 毫米的小孔，在中间增加钢筋。观测点的埋设数量需要根据施工图纸的要求来确定，其埋设方法与控制点基本相同，但是混凝土墩尺寸略少，为200×200×200 毫米。在控制点与观测点埋设完成后，就可以开始水平位移监测，具体的方法如下：采用的是极坐标法，角度采用方向法观测，则可分别在基准点上设站。如果对工作基点的稳定性进行监测，可以应用导线测量、前方交会以及后方交会的方法。采用极坐标法进行野外监测需要使用全站仪来完成采集，具体的原理就是应用数学中的极坐标原理，以两个已知点做为坐标轴，并以一点为极点建立坐标系，测量观测点到极点的长度以及与坐标轴的角度，计算出观测点的坐标。 （3）支护结构测斜监测方法。在应用测斜监测方法进行检测前，需要埋设测斜管，其中钻孔埋设适用于连续墙以及围护桩的施工已经结束的状态。在进行钻孔埋设过程中，必须先在围护桩表面钻出一个直径比测斜管稍大的孔，如果测斜管的外径为70 毫米，需要钻出直径为110 毫米的孔，同时孔的深度需要大于基坑深度。钻孔结束后，将已经连接的测斜管下到孔中，测斜管和孔间的缝隙可以用细沙或灰浆填充，测斜管埋设结束后，必须保证测斜管上的一对凹槽与基坑边缘呈垂直位置，必须保证测斜管上下对接良好，接头牢固、无缝隙。然后调整测斜管方向，将管内的一对测斜槽放置在与需要测量的平面垂直的位置。将后盖的顶盖调整好，并保证测斜管内部的顺畅与整洁，管端需要比地面高出10 ～ 50 厘米。在对测斜管与孔的间隙进行回填时，应使用粗砂填充，避免出现因填料不下降而出现空洞。测斜管的埋设时间应选择在基坑开挖施工前，并提前半个月时间完成。在测斜管埋设完成后，可以进行测斜测量，这种测量主要有正测与反测两种方法，在监测过程中需要先完成正测，然后开始行反测操作。在进行监测时，需要将测斜仪探头沿测斜管的定向槽伸入测斜管底部，并且每上移0.5 米检测一次数据，直至测斜管的顶部，基坑开挖中的测量值与初始值测差就是每0.5米因开挖操作产生的位移量。 （4）基坑外部水位监测。在进行基坑外部水位监测前，需要埋设水位孔，具体的埋设位置必须满足施工图纸的要求。水位的监测需要应用先钻孔，然后测量水井高程的方式，监测时需要先钻出水位孔，再使用pvc管作为孔内的护壁，最后应用水位计对孔的内水位高程进行定期测量。

四、深基坑变形监测数据的采集方法

数据的采集使用后方交会的方法，后方交会基本图形如图1所示。A，B，C，D 为已知点，在待定点O上设站，分别观测已知点A，B，C，观测出a和O，然后根据已知点的坐标计算出O点的坐标。当然，根据条件，后视点可以有多个选择时，最好选择观测条件和图形最好的3～4个点作为后视已知点。

利用下列公式求得监测点坐标:a=(x_A－x_B)+(y_A－y_B)cotα (1)

b=(y_A－y_B)－(x_A－x_B)cotα (2)；c=(x_C－x_B)－(y_C－y_B)cotβ (3)

d=(y_C－y_B)+(x_C－x_B)cotβ (4)；k=tanα_BO=c－a/b－d (5)

Δx_BO=a+bk/1+k² (6)；Δy_BO=kΔx_BO(7)

x_o=x_B+Δx_BO(8)； y_o=y_B+Δy_BO(9)

通过不同时期的采集数据，计算出监测点在不同时间段的变化量。

五、结束语

  深基坑是一种临时性的工程，但它的造价较高，为了保证大型或高层建筑物基坑施工的安全，准确及时地提供基坑变形的信息，才能更好的为施工建设服务。基坑安全监测不仅确保建筑物的安全施工和运营，充分发挥工程的效益，而且也是对施工质量的评定。对此，应当结合工程实际情况，明确监测标准和内容，进而采用有效的监测方法加以监测，及时掌握变形体的实际性状，进而有针对性的管控，避免基坑支护工程变形现象发生。

参考文献： [1] 褚嘉怡.针对深基坑支护工程变形监测及数据分析[J].环球人文地理,2016(8):117-118. [2] 金勇,樊建军.高层建筑深基坑支护工程变形监测探析[J].城市建设理论研究（电子版）,2011(22).