基坑变形监测技术要求与作业方法

基坑变形监测技术要求与作业方法

黄文新

深圳市爱华勘测工程有限公司广东深圳518049

【摘要】随着城市建设的高速发展和地下空间的开发利用，基坑工程愈来愈多。基坑监测、基坑设计与施工同被列为基坑工程质量保证的三大基本要素。基坑变形监测的实施,基坑监测数据的获取、基坑监测的预警及监测报告的提交都应严格按照相关规范、规程执行。通过基坑沉降监测实例详述了施工过程中变形监测技术以及监测作业过程。

【关键词】基坑监测、沉降监测、技术要点、实例

1.基坑变形监测特点及其基本要求

1.1基坑工程监测的特点

(1）时效性

(2）精度要求高

(3）等精度重复观测

(4）数据严密处理

(5）紧密结合多种学科

1.2基坑变形监测的基本要求

(1）基坑监测工作在进行前一定要预先制定出完整精细的监测方案。

(2）所监测的每一项数据资料必须是真实可靠的原始记录。

(3）在各结构中所埋设的监测元件应避免对基坑及周边结构的受力产生影响，且在回填土时应与该场地基坑土质尽量匹配一致。

(4）应全面综合地掌握监测结果且对重点监测项目预设安全报警值。

(5）基坑在监测过程中应配有完整的监测数据记录表、报表、图表（包括曲线变化图等），同时在监测工作完成后将所获资料整理得出详细的监测报告。

1.3基坑变形监测的基本知识

1.3.1基坑监测的方法

(1)肉眼观察：

自基坑开挖到建筑结构施工再到地面、土体回填完毕的整个监测时段内，均需要专业测量人员仅凭自身的丰富经验对自然环境、基坑及周遭建筑物体等的外部特征、渗水漏水等情况用肉眼首先进行视察并做以详细的记录，从而在第一时间判断出可能存在的问题，防患于未然。

(2)有关位移问题的监测

a.水平位移变形监测主要方法

①极坐标法

②前方交会法

③视准线法或称轴线法（适用于呈直线型的基坑边和直线型的支撑）

④小角度法（适用于不在同一条直线上且比较散乱监测点的基坑工程）

⑤全站仪三维监测法（即控制网法，适于要求得基坑整体绝对位移量的工程）

⑥后方交会法（工作量大且适用于因四周被障碍物封闭无法直接布设稳定监测点的基坑工程）

b.竖向位移变形监测方法

①常采用几何水准的测量方法，特殊情况下可采用液体静力水准测量的方法。

②基坑的回弹与坑底的隆起在监测时常使用分层沉降标或回弹监测标，将几何水准测量方法与高程传递的辅助工具（如钢尺等）相结合来完成监测工作。

c.倾斜位移变形监测方法

依据不同的场地及外部环境条件，可采用前方交会法、激光铅直仪法、倾斜仪法、投点法、垂吊法等。

d.深层水平位移监测方法

常通过观测活动式测斜仪测斜管倾斜度的变化值，而得出最终的水平位移量。

e.裂缝的监测方法

对于裂缝的长度可利用量尺等工具直接进行测量。

(3)有关内力、压力问题的监测方法

可采用如前所述的各种内力、压力测量仪器对支护结构内力、锚杆与土钉内力、孔隙水压力、土压力进行直接的量测。

(4)有关水位问题的监测方法

主要通过观测降水井或水位计观测孔等中的水位高度变化监测地下水位的升降。

(5)周边环境的变形监测方法

通过采用特定的测量设备对基坑周边的临近物进行实时监测，防止因施工对其它建筑物体等所带来不利影响，从而及时调整基坑施工速度，修改支护保护措施。

1.4.2监测点的布设要求

(1)除对重点监测部位应加密监测点数目以保证更精准的折射出监测物的变化外，其余部分应根据各方面的实际情况与最优经费要求合理的设定监测点的数目；

(2)监测点的布设位置应当在避开障碍物的同时选择能够确切反应监测物的实际受力情况、形变状态及其变化趋势的关键特征点位处，且其位置不能阻碍其它建筑工程设施的正常运作并对施工作业有尽可能小的不利影响。

(3)监测标志的设定应当显眼、稳定、结构安排合理，保证着整个基坑施工期间不易被损毁。

1.4.3平面控制网的技术要求

在对基坑个项目内容实时监测前，需根据施工现场情况与点位布置图布设两级平面控制网，一级网在基准点与工作基点的基础上建立，二级网或称扩展网即建立在工作基点和各项目监测点的基础上。如若仅是对单个独立目标实时监测，只要利用基准点与监测点来布设成一级网即可。

2．沉降监测的技术

2.1沉降监测的精度相关要求

2.1.1各等级几何水准观测的技术要求

根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）,实际作业中已大量采用徕卡DNA系列电子水准仪,各等级水准观测的视线长度、前后视距差、视线高度，应符合规范的规定。

2.2沉降监测的主要技术要求

2.2.1最终沉降量的观测中误差应符合的规定

a.绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）的观测中误差，对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定；对于其他精度要求的工程，可按底、中、高压缩性地基土的类别，分别选±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm。

b.相对沉降（如沉降差、基础倾斜、局部倾斜等）、局部地基沉降（如基坑回弹、地基土分层沉降等）以及膨胀土地地基变形等的观测中误差，均不应超过其变形允许值的1/20。

c.建筑物整体性变形（如工程设施的整体垂直挠曲等）的观测中误差，不应超过允许垂直偏差的1/10。

d.结构段变形（如平置构件挠度等）的观测中误差，不应超过变形允许值的1/6。

e.对于科研项目变形量的观测中误差，可视所需提高观测精度的程度，将上列各项观测中误差乘以1/5~1/2系数后采用。

2.3沉降观测的基本要求

2.3.1仪器设备、人员素质的要求

为能精确地反映出建构筑物在不断加载作用下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1／10～1／20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪。

观测人员必须熟练掌握仪器的操作规程，能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序，对实施过程中出现的问题能够分析原因并正确的运用误差理论进行平差计算，做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。

2.3.2作业中应遵循的规定

a.观测应在成像清晰、稳定时进行；

b.仪器离前后视水准尺的距离要用皮尺丈量，或用视距法丈量，视距一般不应超过50m。前后视距应尽可能相等；

c.前、后视距观测最好用同一根水准尺；

d.前视各点观测完毕以后，应回视后视点，最后应闭合于水准点上。

2.3.3沉降观测工作的要求

如果设置有工作基点，则每年应进行一至两次与水准基点的联测，以检查工作基点是否发生变动。联测工作应尽可能选择固定的月份，即保证外界条件基本相同，以减少外界条件变化对成果的影响。

沉降观测是一项较长期、连续的观测工作，为保证观测成果的正确性，应尽可能做到以下四定：

a.固定人员观测和整理成果；

b.固定使用的水准仪及水准尺；

c.使用固定的水准基点；

d.按规定的日期、方法和实测路线进行观测。

2.3.4沉降观测点的要求

一般要求建筑物上设置的沉降观测点要对称分布，在施工时就在建筑物墙体底部离地面0.8m左右处，按要求埋设凸出墙面的金属观测标志，以便于观测。这些标志要与墙体内的钢筋焊在一起，以保证它们的整体性。为了能够反映出建构筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置，一般相邻点之间的间距以15至30米为宜，均匀地分布在建筑物的周围。通常情况下，建筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。

沉降观测点的布置，应以能全面反映建筑物地基变形特征并结合地质情况及建筑物结构特点确定。点位宜选设在下列位置：

a.建筑物的四角、中点、转角处及沿外墙每10~20m处或每隔2~3根柱基上，高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧；

b.建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处；

c.临近堆置重物处、受震动有显著影响的部位及基础下的暗沟处；

d.框架结构建筑物的每个或部分柱基上纵横轴线设点；

e.片筏基础、箱型基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置；

沉降观测点的形式和设置方法应根据工程性质和施工条件来确定或设计。

埋设观测点的要求概括如下：

（1)观测点应埋设牢固，能长期保存。

（2)观测点具备检核条件，满足一定的观测精度

（3)在观测点上能垂直放置水准尺，通视条件良好。

再就是，埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。

3．基坑沉降监测实例

3.1概述

倚龙华庭项目位于深圳市龙岗区深惠公路西北侧。主楼地面以上27层，3层地下室，总用地面积为3220.7㎡，总建筑面积为39044.2㎡。其结构形式主楼采用框架-核心筒结构，地下室采用框架结构。场地长方形状，基坑周长约253.5m。本项目为第三方监测。

3.2、监测作业依据

（1）《建筑变形测量规范》JGJ8－2007

（2）《工程测量规范》GB50026-2007

（3）《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》（SJG05-96）

3.3、变形监测技术方案

3.3.1变形监测的方法

基坑施工对基坑本身及周边建筑物带来的影响因素较多而且情况复杂，其中最主要的是基坑边坡位移和沉降以及基坑降水引起周边区域地下水位下降从而引发建筑物地基不均匀下降，因此，基坑边坡位移、沉降及建筑物沉降是必须关注的监测项目。本次将对离基坑较近的周边建筑物进行沉降监测，对基坑边坡进行位移和沉降监测。

3.3.2沉降观测

（1）监测等级与方式

本次监测的周边建筑一般为7－16层的框架结构楼房，属于一般性工业建筑，基坑深度15米，属一级基坑，采用二级变形监测可以满足监测精度的要求。沉降观测以水准测量方式进行。

（2）基准点、监测点的布设

本项目监测点布置图如下：

（3）基准点的布设

根据国家颁发的《建筑变形测量规程》(JGJ8-2007)中的有关技术要求，在施工影响范围外，没有沉降，能长期保存的地方，按规范要求埋设三个混泥土水准标石作为本次沉降观测基准点。三个基准点构成一个独立的闭合环，以便相互检验本身点位是否有变动。

（4）基坑边坡监测点的布设

根据甲方提供的观测点平面布置图埋设观测点。观测点埋设的主要原则是：牢固、稳定便于保存，易于观测，根据设计要求，基坑边坡布设21个沉降观测点，编号为C1至C21，沉降观测点同时兼作位移观测点。详见《监测布点示意图》。

（5）基坑周边建筑物监测点的布设

基坑周边建筑物监测点的标志均采用Φ20㎜、顶端打磨成半球形的弯头钢筋，根据甲方提供的观测点平面布置图，用电钻在承重墙柱上钻孔，打入标志（半球朝上），然后用水泥加固。共布设沉降监测点22个，编号为F1－F22。详见《监测布点示意图》。

3.3.2.3监测作业过程

（1）开工前，先对所用仪器、标尺、附件进行检验与检查，符合要求方用于作业。

（2）每次作业前，均必须检验水准仪的i角，i角不得超过15〞。

（3）首先检测基准点的稳定性，从基准点J1出发，经过J2、J3回到J1，高差闭合差不得超过±0.6（㎜）。n为测站数。

（4）检验基准点稳定后，从J1出发，沿已布监测点顺序观测各点高程组成闭合环路，回到J1，高差闭合差不得超过±0.6（mm）。n为站数。

（5）观测中，除建筑物转角点、交接点、分界点等主要变形特性点外，一般监测点允许使用间视法观测，但视线长度不得大于规定长度。

（6）当高差闭合差符合要求后方可进行平差计算，否则应立即返工重测。

（7）每次测得的各点高程减去上一次高程即本次沉降量。本次高程减初始高程即累计沉降量。本次规定沉降量为－表示监测点下沉，为＋表示监测点高程反弹。

3.3.3位移观测

位移观测采用基准线法，在基坑一端延长线上的基准点设站，以另一端基准点作为固定定向目标，经检查稳定无位移变化后，使用正倒镜观测法，测出位移观测点每次偏离基准线的垂直距离即位移值（相对于初次观测值）。本次规定偏移向基坑方向为－，反之为+。

3.3.4监测周期

监测周期应根据施工的进度而定，在基坑开挖施工前，完成第一位监测（初始监测）。为了提高初始值的可靠性，初始监测要不间断连续进行两次，取用平均值。

项目施工开工后，基坑开挖（包括桩基施工）期间，每1～2天观测一次。基坑开挖结束一个月后每5～10天监测一次，如监测数据变化较快或遇大雨、台风等恶劣天气及数据异常时，应及时加密观测的次数。监测开始时间以甲方发出的监测进场通知日期为准，监测周期从基坑开挖之日起至基坑回填结束止。预计观测15次。

3.3.5投入人力及设备资源

3.3.6监测数据整理和成果报告编制

3.3.6.1每次外业结束后，先要对外业数据进行必要的检验，主要有水准仪i角的检验，基准点稳定性检验，水准闭合环高差闭合差的检验，测站高差中误差的检验，两次投影较差的检验等。全部符合要求后，方可平差计算，求出各点的当次高程和位移量。然后编制沉降观测成果表及倾斜观测成果表（见附表）。

3.3.6.2每次监测后，于第二天（最迟不超过第三天）向甲方送交监测报表（含观测数据表、点位布设图、当次变形情况简述及分析），当有异常情况时，应全面介绍异常情况，分析原因并提出应对措施建议。当变形达到警戒值时，向甲方发出预警，当变形达到允许变形值时，立即向甲方报警。

3.3.6.3全部监测工作结束后，提交监测总报告。

4.结束语：

本文详细阐述了基坑变形监测的特点、技术方法以及监测的技术要求等。通过实例分析基坑工程周边建筑物沉降、基坑支护结构位移、施工状况、环境因素等项目的监测意义，并提出了基坑变形的预警指标。

参考文献：

[1]黄声享，尹辉，蒋征，变形监测数据处理，武汉大学出版社，2003年1月，第一版.

[2]中国有色金属工业协会，GB50026-2007，工程测量规范，中国计划出版社，2008年4月，第一版.

[3]国家测绘局测绘标准化研究所，GB/T12897-2006，国家一、二等水准测量规范，中国标准出版社，2006年10月，第一版.

[4]建设综合勘察研究设计院，JGJ8-2007，建筑变形测量规范，中国建筑工业出版社，2007年11月，第一版.