建筑群区深基坑变形监测的方法与探讨

关健词：深基坑；监测；控制；沉降；位移

　　由于城市建筑物密集, 进行深基坑施工时, 除对深基坑进行监测外, 还需其对周围建筑物的稳定进行监测, 监测数据对保证安全施工和已有建筑物的安全有重要作用, 监测量大且精度要求高。简捷的监测手段和满意的监测结果, 是监测工作摸索和追求的目标。

　　1. 基坑介绍

　　工程拟建1栋31层综合楼,二层地下室, 基坑开挖面积约1500m2, 开挖深度为11～14m, 约40m长采用放坡土钉挂网喷砼支护, 其余采用支护桩。属A级复杂高层建筑，地下室基坑重要性等级为一级。基坑周边有十几栋房屋, 基坑边缘离房屋最近处距离分别为：离2层楼1.5m，离7层楼4m，离8层楼4m。基坑周边土体中有浅埋的水管、煤气管、电缆等。

　　2.监测内容和监测对象的报警

　　监测的内容有沉降监测和位移监测，包括支护桩、土体、已有建筑物（包括地下设施）。

　　支护桩累计水平位移大于 32mm，或连续3天位移速率大于5mm/天，进行基坑报警；建（构）筑物差异沉降报警, 结合平面数据与建（构）筑物基础结构和建（构）筑物高度, 同时注意观察建（构）筑物完好程度，参照有关数据标准报警；基坑周边土体的沉降及位移超过10mm、或连续3天超过2mm/天时进行报警, 以免因土体的沉降及位移对煤气管道、水管、地下电缆等地下设施造成损坏。

　　3.监测基准网与监测点

　　3.1平面监测网

　　由于建筑区内周边房屋密集, 通视困难, 因此采用了导线布网。受场地限制, 在不受基坑变形影响的安全范围内布设的控制点（基准点）看不见基坑, 看得见基坑的控制点（工作点）不在安全范围。考虑到工作点容易变形或受到破坏, 常需恢复或重新测定工作点, 因此, 在初次布设控制点时基准点与工作点全部按四等一次布网共8个点, 边长25～86m，导线网总长0.896km。以1点坐标与1个方位角起算, 平差计算后, 最弱点点位中误差±2.5mm，测角中误差±1.7″，边长相对中误差1/48000～1/200000。

　　3.2高程监测网

　　按一等水准布设基准网点5个，闭合水准线路总长0.48km, 精度评定为每公里水准测量偶然中误差±0.5mm，每公里水准测量全中误差±0.3mm。

　　3.3监测点

　　在基坑周边土体、基坑周边建筑物、支护桩上, 布设的监测点类型分别有沉降监测点、位移监测点、土体监测点、支护桩监测点。

　　4.变形测量

　　4.1平面变形测量

　　由于场地狭小, 通视困难, 其他观测方法不好采用，基坑支护桩监测点、土体监测点、房屋的监测点均按照极坐标法测量, 观测时水平角按照四等导线观测要求, 边长单向正倒镜共6次读数后取用平均值，加入红外仪的相关改正计算。

　　4.2高程变形测量

　　沉降监测点按照二等水准要求测量, 几次测量结果的每公里水准测量高差中误差均小于±1.3mm，平差计算后的各点高差中误差均在±0.2mm内。

　　5.测量结果的检校

　　5.1平面基准网

　　由于场地狭小, 作为工作点使用的基准网点先后受到施工影响产生位移或被破坏。监测过程中,先后几次重新补点恢复。恢复时仍然以四等平面要求测量, 起始数据采用基准网的点。几次恢复工作点后平差计算结果的最弱点点位中误差均小于±1.5mm，最大测角中误差±2.3″，最大坐标闭合差均小于2mm，边长相对中误差1/46000～1/156000。

　　5.2平面变形监测点

　　对以极坐标法测量的基坑支护桩监测点, 仍按四等平面要求, 将全站仪架在以极坐标法测定过的支护桩监测点上, 后视测定过的支护桩监测点, 测量基坑对面的支护桩监测点, 检查基坑支护桩两监测点之间的直接距离。检查结果为检测点间平均距离为40m, 直接量取的边长与在四等基准网点上测得的坐标反算边长比较, 较差最大为1.6mm；直接测量监测点之间水平角与坐标反算水平角的最大夹角较差为7″。

　　5.3高程基准网

　　以二等水准测量各高程监测点时, 联测了3个一等高程基准网点, 以2个点作起算, 平差计算后, 剩余的一个一等高程基准网点的平差数据, 与已知的一等水准数据比较差0.1mm。

　　6.监测结果与作用

　　6.1支护桩

　　当支护桩水平位移达到报警值时, 减少了报警地段的监测间隔时间, 设计施工上采取了硬化地面、减少地面渗水、加强地下水的排放、清除该地段上堆放的材料以减轻载荷、加设预应力锚杆等措施。加设预应力锚杆后, 将水平位移的极限值控制在60mm内。采取了上述措施后, 当基坑开挖到坑底时, 支护桩水平位移累计值最大达到56mm后, 不再继续位移而趋于稳定, 基坑施工继续进行。

　　6.2周边土体

　　随着基坑的逐步挖深, 采取放坡土钉挂网喷砼支护方法的土体向基坑内发生缓慢位移。在基坑挖深到设计深度的2/ 5时, 位移6mm。因该地段需建施工用房与堆放施工材料会增加该地段载荷,建施工用房前挖走了该地段高约2.2m的土方, 减少了该地段的载荷。载荷减少后, 该地段土体的位移趋于平稳, 直到基坑施工结束, 新发生的土体位移累计不到5mm。

　　6.3周边地下设施

　　由于基坑周边地下设施覆盖在混凝土下, 开挖工作量与开挖难度大, 特别是地下电缆的开挖难度大, 因而不容易对地下设施进行直接监测, 而采取了对其地段的土体进行监测, 通过该地方土体变化间接判定地下设施的沉降与位移状况, 当其地段的土体沉降或位移达到报警值时, 再进行有目标的开挖出地下设施后, 对地下设施进行直接的沉降与位移监测。

 

　　实际监测结果为大多地段的土体位移未达报警值, 少数地段的土体位移快达到报警临界值时趋于平稳, 未进行地下设施的开挖工作, 因而未在施工过程中因地下设施位移和沉降而增加其他的设计施工措施。到基坑施工结束, 土体内埋设的地下水管、地下煤气管、地下电缆等地下设施均处于安全状态, 所有地下设施运行正常。

　　6.4建筑物的位移与沉降的关联

　　离基坑近的周边房屋是重点监测对象, 监测结果表明, 所有房屋沉降均在允许范围内, 房屋外观正常。

　　以极坐标法对已有房屋的平面监测点进行了首次测定后, 不需对所有的平面监测点再进行观测,而是根据沉降监测数据, 对沉降量较大所在房屋的平面点进行再观测。对基坑边一栋6层楼监测的变形数据如下：

　　当最大累计沉降为5.4mm时，对该房屋所在的平面点B西和B东进行了再次观测,B东的坐标变形值为0,B西的坐标变形值X为6mm、Y为-1mm。该房屋为砖混结构, 以东西方向不均匀沉降差计算的倾斜角ɑ=arctan((5.4-0.5)/54000)=0°0′19″,由倾斜角ɑ引起的房顶变形值应为δy=tan0°0′19″*28000=2.5mm(y方向)；以南北方向不均匀沉降差计算的倾斜角ɑ=arctan((5.4-3.7)/8300)= 0°0′42″,由倾斜角ɑ引起的房顶变形值应为δx=tan0°0′42″*28000=5.7mm(x方向)。由此可见, 当平面监测与沉降监测达到一定的精度时, 由沉降监测点的沉降数据推算一定高度内房屋的倾斜角和平面位移, 与直接观测的房屋平面位移结果有一定的吻合性, 推算结果还与两沉降监测点之间的距离有一定的关系。当观测对象较高(如高耸的房屋与烟囱等), 应考虑受日照、温度、风力影响发生的倾斜、扭曲等复合变形, 单纯依靠由沉降监测点的沉降数据推算建筑物的倾斜角和平面位移, 其推算结果与实际结果会有不同程度的差异。

　　7.结果的相关探讨

　　由于变形观测的数据具有较强的相对性, 始终采用同一仪器、固定测站和后视点、固定水准路线进行观测具有较好效果。本例始终采用GPT-3002N全站仪、Trimble DINI 12DS05级水准仪。

　　导线网布点具有较强的灵活性与适用性, 在建筑物密集和通视困难的城建区常常难以避免导线边长不均匀、边长端点高差过大、图形不理想等情况, 作为基准网时应将导线网增加适量的结点,增加图形强度, 使以后采用同级恢复控制点时能得到较好的数据成果, 不至于使监测点产生的前后数据误差掩盖位移值, 能真实反映出监测点的实际变动值。

　　以布设合理的沉降监测点, 且达到较高精度的沉降数据, 推算一定高度内建筑物的倾斜角和平面位移, 其结果有一定的吻合性。可结合沉降数据对房屋进行有具体目标及重点位置的位移监测,确定建筑物的倾斜与位移值。当观测对象发生倾斜、扭曲等复合变形时, 可由沉降监测点的沉降数据推算建筑物的倾斜角和平面位移, 分离出由沉降带来的变形值后, 再分析受日照、温度、风力等影响发生的倾斜、扭曲变形。

　　在通视困难及场地狭小地方, 采用其它监测方法难以具备条件时, 以极坐标法测量监测点, 具有较大的灵活性。测角精度与边长精度的要求应根据监测对象的要求确定, 应控制边长长度, 控制点位误差在要求范围。根据历次监测结果, 求出监测对象的相对位移与累计位移, 必要时可将位移值分解成其它所需方向的位移值。

　　一般来说, 对地下设施的变形监测应是对地下设施直接进行监测, 但对所有监测的地下设施开挖, 工作量太大。由于土体有不同程度的可塑性, 浅埋的、依靠土体支撑的一般地下设施, 变形值一般不会大于土体变形值。采取对浅埋的一般地下设施地段的土体进行监测, 通过土体变形间接判定地下设施的变形状况, 只对变形达到报警值的地下设施进行开挖后, 对开挖出的地下设施进行直接变形监测的方法, 可以节省大量的开挖工作量。

　　参考文献：

　　[1] 党星海，郭宗河，郑加柱.工程测量[M].北京：人民交通出版社。

　　[2] 黄声享，尹晖，蒋征.2003.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社。

　　[3] 杜锡华.谈谈高层建筑深基坑支护工程变形监测方法[J].建筑科学.2010（35）