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基坑工程变形监测方案设计

基坑工程变形监测方案设计文献综述
摘 要：随着城市建设的迅猛发展,高层建筑越来越普遍, 建筑物的安全建设与运行也越来越受到社会各方面的关注。 为了保证建筑物的顺利施工和施工后的安全运营, 有必要设计一个合理、可行的变形监测方案, 对建筑物进行系统 地沉降观测, 并对沉降观测量进行合理地统计分析, 从而得出关于建筑物在建设过程中稳定性的显著分析。
关键词：变形监测 基坑 监测方法
一、 前言

深基坑工程施工中对基坑监测及其周边相邻建筑物、道路、地下管线、隧道等保护对象进行沉降及水平位移监测，已越来越受到人们的重视和推广。在过去几年中，因深基坑工程因开挖引起基坑变形、周边相邻建(构)筑物沉降．从而导致基坑坍塌、相邻建(构)筑 物开裂甚至倒塌的工程事故频发，造成了严重的人员伤亡事故和经济损失。近年深基坑的支护设计、施工及其监测已逐渐形成共识的系统施工工艺流程，且基坑监测是其中一个重要的组成部分，而施工场地变形监测作为基坑监测的一个重要内容越来越受到重视。
二、 变形监测的目的和内容
（一）基坑变形机理
深基坑无论是哪种形式的变形，究其原因，主要是由于基坑开挖而导致的基坑周围地层移动。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，卸载会引起土体在水 平或者垂直方向上原始应力的改变。随着基坑的开挖，水平方向上由于坑内外土压力的作用而使围护结构产生位移，周边地表产生沉降：垂直方向上由于基坑内外高差所形成的加载和地面各种超载的作用而使坑底产生向上的隆起。
（二）变形监测的目的
在深基坑开挖的施工过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起土体的变形，即使采取了支护措施，场地变形仍然无法避免，当变形量超过某种范围，就会对基坑支护结构造成危害，甚至出现不可预料的工程事故的出现。工程施工场地变形监测的目的是通过对按照一定的要求设置在施工场地上的观测点按照一定的周期进行周期性观测，求得各观测点坐标和高程的变化量，为挡土结构和地基土的稳定性评价提供技术数据。
（三）变形监测的内容
在深基坑工程施工中，由于地质的复杂性和周边建筑等的影响。基坑监测的内容一般有以下几个部分：①基坑围护结构的水平位移及倾斜位移；②地层分层沉降量(回弹量)；③各立柱桩的隆起量及水平位移：④基坑围护结构的沉降；⑤基坑周边相邻建筑物及地下管线隧道等保护对象的沉降及水平位移。依性质主要分为水平位移监测、垂直沉降监测和侧向变形监测。
三、 变形监测的原则
一般来说，地基变形监测可分为垂直（方向）沉降测量、水平（方向）位移测量、建筑物相邻影响及场地沉降测量。此外还有滑坡测量、裂缝观测、抗压观测、日照变形观测及风振观测等等。地基变形监测的主要内容包括沉降观测、倾斜观测、位移观测、裂缝观测和挠度观测等。在地基变形监测中，进行最多的是沉降观测和水平位移观测。地基变形监测的任务是周期性地对设置在地基上的观测点进行重复观测，求得观测点位置的变化量。地基变形监测能否达到预定的目的要受很多因素的影响，其中最基本的因素是变形测量点的布设、变形观测的精度与频率。
按测定沉降或位移的要求，选定变形测量点。变形测量点分为基准点、工作基点和变形观测点，其布设应符合下列要求：① 每个工程至少应有三个稳固可靠的点作为基准点；② 工作基点应选在比较稳定的位置。对通视条件较好或观测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测定变形观测点；③ 变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。
四、 变形监测方法
（一） 垂直位移监测
水准基点、观测点的标志构造与埋设基点埋设 钢筋混凝土标, 尽可能埋设在基岩上。覆盖层浅的 地方采用地表岩石标志, 也可考虑平峒岩石标志; 覆 盖层厚的地方以混凝土基本水准点标志为主, 条件 允许可考虑采用钻孔埋设钢管式基岩标志。沉降观 测点视情况可设螺栓式、盒式等标志。 测量方法水准基点与工作基点布设成水准闭合 环线, 作业方法基本上按二等水准测量规定进行, 每公里水准测量高差中数的中误差控制在0.5mm。 由于工作条件的不同, 操作方法上有其特点。例如, 由于是固定线路, 重复进行, 为便于观测, 消除一些误差的影响, 通常在转点处埋设简便的金属标头作为立尺点。由水准基点到工作基点的联测, 每年进 行一次, 尽可能固定月份, 即选择外界条件相近的情 况进行观测, 以减少外界条件对观测成果的影响。
（二） 水平位移监测
1、 基坑水平位移观测精度及周期
水平位移观测的主要技术要求：
1)水平位移观测精度要求。观测精度按二级变形测量要求进行，即观测点坐标中误差≤50 mm。
2)基坑水平位移观测周期。开挖观测，基坑开挖期间拟每天观测一次；基坑开挖到设计标高后，原则上每周监测一次，地下室筏板施工完基坑护壁施工期间每周一次，护壁完工至基础底板开始施工的间歇期每2周一次。 特殊情况基坑水平位移观测：如遇到变形较大、暴雨、积水、震动、荷载加压等情况可适当加密观测。观测到回填完为止，预计总观测约 l4个周期。
2、监测原理
采用J6级经纬仪为观测工具，以及时反馈施工及使用期间边坡坡顶、坡腰不同测点的变形情况，供现场技术人员分析处理。
视准线法的过程是先在需进行位移观测的基坑槽壁上（或支护结构上）设1条视准线，并在该视准线两端设置2个工作基点，分别作为立站点及后视点，然后沿该视准线在槽壁上分设若干观测点，测量时可用觇牌法直接读出测点的水平位移。
觇牌法是指测量时用带有读数尺的觇牌设置在观测点，把经纬仪立在工作基点上，对校核点确定无误后，通过觇牌读出测点的位移。
3、测点布置及实施方法
3个基坑分别设置位移观测点，以布置在边坡的各重要拐角及中点部位为原则，观测点靠近基坑边沿，后视点及立站点应尽量设置在基坑影响范围外。
护坡桩冠梁施工结束后即布设混凝土面上的观测点并进行第一次观测，取得的数据作为初始数据。基坑开挖过程中须指派专人严格按周期进行观测，以便分析变形，必要时还应绘制变形曲线。每次观测结果须真实可靠地记录在观测表格内并及时整理，将数据和分析结果分为几种等级，实测与设计情况基本吻合者用绿色表示；当天数据超过规范要求或有一定异常者用黄色表示；有倾向性偏离且偏离值较大者用红色表示，并加上不安全的警示标记，监测人员须及时向技术主管汇报并加强监测频率。监测记录应形成成果报表并及时上报。
（三） 测斜仪法
1、 监测设备
监测的目的是获得基坑分层水平位移，为此使用测斜仪进行边坡水平位移监测。
2、 监测点布置
根据场地情况和监测目的设3个监测点，分别布置在基坑各边坡的中点，具体设置位置可根据实际施工情况确定。
测斜管与基坑中部某个桩体浇筑成一体，所以该测点反映了边坡上该点水平位移量和水平位移变形速率。采用上述布点的原因是基坑边坡中部变形量和变形速率为该边坡最大处，应将监测点尽可能集中于该部位。由于受两个垂直边相互牵制，基坑边角处位移最小，也是基坑最安全处，所以通常不在该处布置监测点。
3、 监测方式
测斜监测的次数主要与基坑开挖配合，并受边坡变形速率控制。测点周围每次开挖后应监测1次，变形速率大于2mm/d时应连续监测；当停止开挖且变形速率小于2mm/d时，每周监测1次。
监测结束时间通常为基坑回填完毕。基坑开挖监测过程中应每周对监测数据，变形曲线图进行分析。
五、 基坑工程周围环境监测
在城市建筑密集地区施工，不仅要求保证基坑本身的安全性，还必须保证邻近建筑的安全使用。在基坑开挖以及以后的施工过程中，由于地下水位下降、荷载增加以及其它一些不确定因素，必然引起周围环境变化，这在工程中称为基坑工程环境效应。基坑工程环境效应包括支护结构和工程桩施工、降低地下水位、基坑土方开挖各阶段对高层建筑的影响，主要表现在以下几方面：
（1）基坑土方开挖引起支护结构变形以及降低地下水位造成基坑四周地面产生沉降、不均匀沉降和水平位移，导致影响相邻高层建筑及市政管线的正常使用,甚至造成破坏；（2）支护结构和工程桩若采用挤土桩或部分采用挤土桩，施工过程中产生的挤土效应将对邻近高层建筑及市政管线产生影响；（3）因设计、施工不当或其它原因造成支护体系破坏，导致相邻高层建筑及市政管线被破坏。
其中，由于基坑土方开挖引起支护结构变形以及降低地下水位造成基坑四周地面产生沉降和不均匀沉降，从而对周围高层建筑和市政设施的影响是最主要的方面。
六、 监测数据分析及成果提交
（一） 数据计算及分析
原始数据要真实可靠，记录计算要符合测量规范的要求，依据正确，严谨有序，步步校核，结果有效的原则进行成果整理及计算。
将各次监测记录整理检查无误后，进行平差计算，填写 《沉降监测记录》、《水平位移监测记录》，求出各次每个监测点的高程值或坐标值，从而确定出沉降量或位移量。
计算平均沉降量、沉降速率、平均位移量、位移速率。
对监测点的沉降或位移过程、点间的沉降或位移差过程数据进行统计分析。
绘制各点的沉降或位移过程线、各点间的沉降差或位移过程线。
根据业主要求或需要，计算基础的倾斜度。
按设计要求，每次观测情况同时向设计方提交一份书面报告。
（二） 提交以下成果
（1）每次监测完毕后一周内向甲方提交《沉降监测记录》、《水平位移监测记录》（前两次除外）；
（2）《沉降观测成果统计表》、《水平位移观测成果统计表》；
（3）各监测点的时间-荷载-沉降量或位移量关系曲线图；
（4）《变形监测分析报告》；
（5）工程平面位置图及基准点、观测点位分布图；
（6）仪器设备及观测方法。
七、 结束语
变形监测系统的设计与建立将与工程的设计与建设同步进行,监测系统不仅为运营管理服务,而且要为施工控制服务,将施工期和运营期的监测数据更全面完整地进行采集,以便更精准地评判建筑物的工作性态。变形监测技术将向高精度、自动化、智能化方向发展。一方面监测仪器的性能 (精确性、稳定性、耐用性等)将不断提高 ,从而提高监测系统的整体可靠性;另一方面监测仪器的自动化水平也将不断提高 ,并向智能化方向发展。

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