深基坑工程監(jiān)測技術與數(shù)據(jù)分析

摘 要：隨著建筑用地資源日趨緊張，人們對于地下空間的需求越來越大，深基坑工程已經(jīng)成為建筑行業(yè)的熱點問題之一。巖土體結構體系十分復雜，物理力學參數(shù)很難精確確定。在這種情況下，在深基坑工程施工階段對圍護結構和基坑周邊環(huán)境進行監(jiān)測，既可以保證基坑安全，又町以驗證基坑設計的合理性，并通過信息反饋及時修正設計與施工方法，做到信息化施工。文章結合某深基坑工程的監(jiān)測實例，對測斜、樁身應力、錨索應力、地下水位等監(jiān)測成果進行了分析，得到了一些有意義的結論。

關鍵詞：深基坑工程監(jiān)測 數(shù)據(jù)分析 技術

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-0-02

隨著深基坑工程建設的不斷發(fā)展，越來越多的人認識到：基坑雖然作為臨時工程，但其重要性與主體工程相同，在基坑工程施工期間務必確?；影踩?。全國一系列基坑安全事故，也提醒土木工作者，在基坑施工過程中，對基坑圍護結構及其周圍環(huán)境進行監(jiān)測是必要可行的。目前，上海市已經(jīng)出臺專門的基坑監(jiān)測規(guī)范—《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》，國家標準《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》目前已經(jīng)進入應用階段。基坑工程監(jiān)測正逐步走向規(guī)范化，標準化。與此同時，一些先進的監(jiān)測手段和監(jiān)測儀器也開始廣泛應用到施工現(xiàn)場。這些監(jiān)測手段和監(jiān)測儀器的應用，不僅提高了工作效率，更提高了監(jiān)測工作的精度，有利于及時、準確將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到施工過程中，調整施工工藝，保證基坑工程安全。

1 工程概況

濟南天馬相城華昱大廈B座工程，場地位于濟南市高新區(qū)孫村片區(qū)春暉路東側，科創(chuàng)路以南。擬建華昱大廈B座為地上24層，地下2層，基礎埋深均為-9.0 m，且樓座下地下車庫與周圍地下車庫（地下2層）相連。平面尺寸約114.8 m×71.4 m，本次支護工程監(jiān)測范圍包括華昱大廈B座主樓及地下車庫。該基坑呈較規(guī)則矩形，基坑東西方向寬約71.4 m，南北方向長約114.8 m?；由疃龋阂罁?jù)場地地形圖及勘察資料，目前場地標高與擬建建筑物±0.0000標高大致相同。目前主體及地下車庫基礎結構資料不詳，基坑開挖深度按8.50～9.90 m考慮?；悠矫娌贾脠D如圖1所示?；又苓叚h(huán)境情況如下：北側：空曠場地，距離擬建商業(yè)街24 m，無地下管線；東側：空曠場地，無地下管線；南側：基坑南側距擬建華昱大廈約16 m，無地下管線；西側：基礎邊線距綠化帶約10 m；用地邊界線西側距春暉路約26 m。

2 基坑監(jiān)測的目的

借助現(xiàn)場測量對基坑支護結構進行動態(tài)監(jiān)測，并據(jù)以指導開挖作業(yè)和支護結構的設計與施工是大型基坑開挖支護進行信息化施工的基本要求?，F(xiàn)場測量是基坑開挖支護工程監(jiān)控的重要手段，其目的在于了解基坑邊坡的動態(tài)變形過程，掌握基坑支護結構的穩(wěn)定情況，判斷基坑支護體系的可靠程度；是直接為支護系統(tǒng)的下步設計和施工決策服務的，這是現(xiàn)場測量的基本出發(fā)點。同時，基坑監(jiān)控測量也是對初始設計的完善和修正，是對基坑開挖施工的指導和調整。所以必須把基坑支護監(jiān)控測量貫穿于基坑開挖支護施工的整個過程中。

3 基坑監(jiān)測的方法

3.1 基坑頂部水平位移監(jiān)測與計算的方法

基坑水平位移監(jiān)測的方法是采用邊角交給法?；铀轿灰朴^測時，最終是以邊角交會法進行坐標觀測和計算的，通過自動差分測量從而得到水平、垂直位移量。在坐標變形監(jiān)測系統(tǒng)中，必須考慮大氣條件的變化對距離測量的影響。一般情況下，為了準確求得距離的大氣折射率改正，需要測定大氣中的氣象元素。但是，如果利用監(jiān)測站與各基準點間的已知距離信息，可實現(xiàn)無需測定氣象元素的距離大氣折射率實時差分改正。綜合以上各項差分改正，按坐標計算公式可準確求的每周期各變形點的三維坐標：

式中：—為監(jiān)測站的坐標值。

為差分改正后的方位角

若以變形點第一周期的坐標值（，，）作為初始值，則各變形點相對于第一周期的變形量為：

并由下列公式可以計算變形點的水平位移量和垂直位移量。

總位移量為：

這樣，進行基坑監(jiān)測時，每次觀測都可以得到一個位移值，從而可以獲得監(jiān)測點的變形速率和基坑邊坡坡頂?shù)淖冃我?guī)律，并通過設定極限值來判斷是否超限而報警。

此方法在監(jiān)測基坑頂部的水平位移時，在獲得水平位移工作基點和變形點的基坑抵償坐標系坐標后，將本期的基坑抵償坐標分解為與基坑邊線平行（縱向）和垂直（橫向）的坐標系統(tǒng)，通過矢量差分精確計算出橫向和縱向偏移值，與上期的相應偏移值進行比較，以獲得兩期期間各點的橫向和縱向的變形值，基坑監(jiān)測主要利用垂直（橫向）基坑邊坡的偏移量，并以列表的方式進行各期比較。同時為了建設管理部門和監(jiān)理單位更加直觀地閱讀變形數(shù)據(jù)，還可以將各工作基點和變形點的各期變形總量采用圖示的方式進行分析，如基坑水平位移分布圖和各點近幾期的水平位移過程線圖、各點本期水平位移的矢量圖等。

3.2 基坑邊坡頂部的沉降（垂直位移）監(jiān)測的方法

3.2.1 沉降觀測的方法

對于沉降觀測的水準網(wǎng)，即工作基點和水準基點的觀測，采用Dini12數(shù)字水準儀配條形碼銦鋼尺進行觀測，觀測方法和觀測精度要求進行。觀測程序采用后、前、前、后的觀測程序，并固定觀測線路。工作基點和水準點共5個，對于5個基準點每次觀測要按閉合水準路線進行觀測。本項目工程將采用德國的Dini 12 數(shù)字水準儀，配GPCL2 m條碼銦鋼尺一支，每公里高差中誤差為0.3 mm，小于規(guī)范要求的2 mm，往返測誤差不得超過：mm，高于規(guī)范要求的mm（n為測站數(shù)）。每月或每季觀測一次。沉降觀測點的觀測是一項較長期的系統(tǒng)觀測工作，為保證觀測成果的正確性，應盡量做到“五固定”的觀測原則：固定人員觀測和整理成果；固定使用同一臺Dini 12 數(shù)字水準儀，配同一根GPCL2 m條碼銦鋼尺；使用固定的工作基點；固定觀測方法和觀測線路，觀測方法采用后、后、前、前的觀測程序；每次的觀測時間基本固定。一般在早

6：00～10：00，這樣每次觀測的大氣環(huán)境（氣壓及溫度）基本一致。每次作業(yè)時，同時對3個工作基點進行觀測并相互檢查，當其相鄰基準點高差中誤差不大于0.5 mm時，方可觀測建筑物的沉降觀測點，若超出以上限值，要進行水基準點與工作基點的聯(lián)測，并應分析原因進行平差處理。

3.2.2 沉降觀測的計算

基坑開挖前，由監(jiān)測基準點通過水準測量測出基坑邊坡頂部沉降監(jiān)測點的初始高程H0，在基坑開挖過程中測出的高程為Hn，則高差，即為基坑邊坡頂部的沉降值。

4 基坑監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理及精度分析

基坑監(jiān)測結束后，根據(jù)測量誤差理論及統(tǒng)計檢驗原理對獲取的觀測數(shù)據(jù)及時進行平差計算和處理，并計算各點的變形量、累積變形量、變形速率等?；颖O(jiān)測數(shù)據(jù)的平差計算是以每個工作基點為起算點，采用清華三維平差軟件進行嚴密平差。平差前對觀測數(shù)據(jù)進行了嚴格的篩選，剔除了含有粗差的觀測數(shù)據(jù)，然后進行平差計算，從而達到高精度的觀測成果。平差模型為：

觀測點測站高差中誤差按下式進行估算：首先按照設計的沉降觀測網(wǎng)，計算網(wǎng)中最弱觀測點高程的協(xié)因數(shù)、待求觀測點間高差的協(xié)因數(shù)；然后根據(jù)下列公式計算單位權中誤差即觀測點測站高差中誤差：

式中：—沉降量的測量中誤差（mm）

—沉降差的測量中誤差（mm）.

觀測數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，將原始觀測數(shù)據(jù)進行簡易平差計算。求得每期各觀測點的觀測值班、本期變形量、累積變形量和沉降速率。數(shù)學模型如下：

本期變形降量：

累積變形量：

變形速率：

—為一個觀測周期的時間，單位：天（d）

5 結語

（1）深基坑施工開挖是一項涉及結構工程、巖土工程、環(huán)境工程等多學科的復雜問題，具有時空效應，施工過程必須加強監(jiān)測，并應根據(jù)監(jiān)測結果及時調整開挖或支護方式，以確保施工安全，而不能因為是臨時工程而降低工程措施要求，單一的土釘支護在深基坑支護中應謹慎采用。（2）分步開挖的深度對支護面水平位移和支護的穩(wěn)定影響明顯。現(xiàn)場測試表明，一次開挖的深度過大會使支護面產生過大的水平位移，即使將原土重新回填大部分水平位移也不能恢復，說明土體結構的破壞不能在短時間恢復。（3）減小基坑上部（卸土）和側面荷載（回填）能減小水平位移增大的趨勢；而增加上部荷載（堆放材料）和有瞬間荷載（上部土體擾動）出現(xiàn)，能加大支護面的水平位移。（4）當出現(xiàn)荷載減小或加固等有利于支護體系穩(wěn)定情況出現(xiàn)時，可能使支護面的水平位移減小，但一般降低幅度不大。（5）土壓力發(fā)生明顯變化一般發(fā)生在開挖或采取工程措施階段。支護完成后，土壓力值趨于穩(wěn)定時，支護面附近土壓力分布是上部較小，中部和下部比較接近。

參考文獻

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