基于岩土工程深基坑监测技术的几点思考

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【摘要】近年来，随着我国经济快速发展与城市变化非常大，然而，地下空间的开发利用也越来得到重视，随之出现的深基坑引发的岩土工程事故也是频频见于报端。由于深基坑岩土工程的施工中存在极大的复杂性和不确定性，所以工程量测是深基坑施工中必不可少的手段。通过施工中准确及时的现场监测，可以指导深基坑岩土工程的开挖和支护，采取有效的应急措施，避免或减轻破坏，使损失达到最小。

一、深基坑岩土工程需监测的项目

深基坑岩土工程施工一般需进行下列项目的监测：（1）监控点高程和平面位移的监测;（2）基坑支护结构和被支护土体的侧向位移的监测;

（3）深基坑坑底隆起测量;（4）基坑支护结构内外压力监测;（5）基坑支护结构内外孔隙水压力监测;（6）基坑支护结构的内力监测;（7）基坑地下水位变化的监测;（8）邻近基坑的建筑物和管线变形监测等。

二、深基坑岩土工程施工测量的特点

2.1时效特性

基坑检测与普通工程测量不同，有明显的时间效应。基坑的施工测量通常要紧密配合降水和开挖，有鲜明的时间性。测量的结果是随时间动态变化的，实时数据相比较一天以前（甚至几小时以前）的测量结果都不同，因此深基坑施工中监测需随时进行，通常是1次/d，在测量对象变化快的关键时期（例如夏天雨季），可能每天需进行数次。基坑监测的时效特性要求具备应急方案和采集数据快、全天候工作能力的设备，以及适应夜晚、大雾、大风天气等严酷的环境条件。

2.2高精度特性

一般施工测量中误差通常控制在数毫米，例如建筑物高度在60m以下时测站上测定的高差误差限值为2.5mm，然而正常基坑施工中的要求环境变形速率在0.1mm/d以下。如果在这样的变形精度下，常用的测量方法和仪器都不能胜任，因此基坑施工中的测量要使用区别于普通测量采用一些特殊的高精度仪器。

2.3等精度特性

基坑施工中的监测通常只要求测得相对变化值，而不要求测量绝对值。由于这个鲜明的特点，使得深基坑施工监测有其自身规律。例如，一般水准测量要求前后视距相等，以清除大气折光、地球曲率、水准仪视准轴与水准管轴不平行等项误差。但在基坑监测中，受环境条件的限制，前后视距可能根本无法相等。这样的测量结果在普通测量中是不允许的，而在基坑监测中，只要每次测量位置保持一致，即使前后视距相差悬殊，结果仍然是完全可用的。因此，基坑监测要求尽可能做到等精度。使用相同的仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测。

三、基坑检测的常用仪器

适应基坑监测测量中可采用了很多新型的测量仪器，根据基坑监测的内容和特点，工程中通常采用振弦式钢筋应力计、土压力盒、孔隙水压力计等。以下介绍磁性深层沉降仪和测斜仪设备。

3.1深层沉降仪

深层沉降仪是用来精确测量基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析，可以确定各土层的沉降（或隆起）结果。深层沉降观测过程分为井口标高观测和场地土深层沉降观测两大部分。

3.2测斜仪

测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，可以用来测量单向位移，也可以测量双向位移，再由两个方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。测斜管的埋设：

（1）在预定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。

（2）将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放大钻孔内。安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。

（3）测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。

四、土体水平位移监测

4.1土体水平位移方案

（1）基坑监测是从基坑开挖施工至使用过程中的一项重要工作。一般在基坑支护结构设计时进行了尽可能详尽的计算，但在基坑施工中设计与实际施工状况的脱节仍不可避免。一方面是由于设计理论所限，另一方面是建设单位为了节约成本对投资的限制，所以在基坑监测的具体操作中需按规范要求精心进行，而围护结构土移变形测量是重中之重。

（2）在土体水平位移测量过程中，必须按规范和设计要求认真操作仪器，严格把关[4]。具体做好以下几方面工作：

1）水平基准点网的设立要稳妥。基准点网是检验和直接测定观测点的依据，要求在整个观测过程中稳定不变。必须埋设在变形范围以外，且不受施工干扰的稳定的位置，尽可能的靠近被监测目标。同时为了便于校核，以验证基准点的稳定性，基准点数目应不少于三个。

2）位移测量时采用的仪器设备应通过计量部门检验合格，并在有效期内。同时在整个基坑监测过程中应采用固定仪器，以减小测量误差。

3）位移测量方法要讲究。监测人员应充分了解所采用的测量仪器的构造、原理，对仪器固有误差对变形数据影响做到心中有数，测量方法对仪器误差减弱要充分应用。

4）误差椭圆要正确摆放。由于围护结构位移测量只要求获得垂直与基坑边线方向的变化量，对限于现行测量技术不能减小的误差，在实际测量中对误差椭圆要正确摆放，将误差椭圆短轴尽量垂直与基坑边线，利用误差最小的方向。

5）测量时间要正确选择。测量目标的清晰、稳定的程度在一天之内随时间的不同而变化着。一般晴天时，成像清晰、稳定的时间是日出一小时至九点钟前和下午三四点钟以后。阴天时，成像的情况比晴天有利，可以观测的时间比晴天长得多。

6）测量的图示与记录要清楚而且准确。基坑监测测量实施过程中应事先画好观测示意图并对每次观测认真做好记录，及时计算各种限差和闭合差，确保测量数据的准确性。

4.2测斜仪的应用

本文以测斜仪使用为例，介绍了RT-20MU型测斜仪在土体水平位移中监测中的使用，分为以下步骤。

（1）连接探头和测读仪。当连接测读仪的电缆和探头时，要使用原装扳手将螺母接上。检查密封装置、电池充电情况（电压）及仪器是否能正常读数。当测斜仪电压不足时必须立即充电，以免损伤仪器。

（2）将探头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓慢下至孔底以上0.5m处。注意不要把探头降到套管的底部，以免损伤探头。测量自下而上地沿导槽全长每隔0.5m测读一次。为提高测量结果的可靠度，每一测量步骤中均需一定的时间延迟，以确保读数系统与环境温度及其他条件平稳（稳定的特征是读数不再变化）。若对测量结果有怀疑可重测，重测的结果将覆盖相应的数据。

（3）测量完毕后，将探头旋转180°，插入同一对导槽，按以上方法重复测量，前后两次测量时的各测点应在同一位置上;在这种情况下，两次测量同一测点的读数绝对值之差应小于10%，且符号相反，否则应重测本组数据。

（4）用同样的方法和程序，可以测量另一对导槽的水平位移。

（5）侧向位移的初始值应取基坑降水之前，连续3次测量无明显差异之读数的平均值。

（6）观测间隔时间通常取定为3d。当侧向位移的绝对值或水平位移速率有明显加大时，必须加密观测次数。

（7）RT-20MU型测斜仪配有RS-232接口，可以与微机相连，将系统设置与测量数据在微机与测斜仪之间传输。RockTest公司还开发有 软件系统，可以自动解释测量数据，完成分析与绘图输出等内业工作。

参考文献

1、魏晓权.岩土工程测量在深基坑施工中的意义及技术处理[J].广东科技，2007.（10）：254-255.

2、胡楚旺.深基坑支护施工监测技术浅析[J].陕西建筑，2010，（7）：42-44.