基坑深層水平位移的監(jiān)測(cè)方法比選

別建曉

(武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430023)

1 前言

在高層建筑和地鐵工程中普遍存在深基坑工程。由于深基坑工程技術(shù)復(fù)雜、涉及范圍廣、受影響因素多，在開(kāi)挖過(guò)程中往往會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移以及基坑內(nèi)外土體變形等情況發(fā)生，如果變形控制不當(dāng)，不僅將危及基坑本身的安全，還會(huì)殃及周邊的建筑物和設(shè)施，造成十分嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，因此在施工過(guò)程中必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

基坑監(jiān)測(cè)的工作內(nèi)容比較多，圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移是一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，對(duì)所得數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析，了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況和規(guī)律，為安全施工提供及時(shí)的反饋信息，達(dá)到信息化施工的目的;將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)預(yù)估值進(jìn)行比較，及時(shí)分析出現(xiàn)的問(wèn)題，為基坑周圍環(huán)境安全制定及時(shí)有效的保護(hù)措施提供依據(jù);驗(yàn)證基坑開(kāi)挖方案和環(huán)境保護(hù)方案的正確性，以判斷施工工藝和施工參數(shù)是否需要修改和優(yōu)化，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 深層水平位移監(jiān)測(cè)的原理

圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)，一般通過(guò)活動(dòng)式測(cè)斜儀進(jìn)行，因此，本監(jiān)測(cè)項(xiàng)目又稱“測(cè)斜”。它是深入到基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以了解基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)在不同深度處的水平位移。

2.1 測(cè)斜儀的工作原理

在需要進(jìn)行測(cè)斜監(jiān)測(cè)的部位埋設(shè)測(cè)斜管，把測(cè)斜儀的導(dǎo)向輪沿測(cè)斜管導(dǎo)向滑槽放入孔中，一直滑到孔底，以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，從下往上每間距 0.5 m(或1.0 m)測(cè)一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)測(cè)斜儀穩(wěn)定在測(cè)斜孔的某深度位置時(shí)，測(cè)斜儀與鉛垂方向的夾角t就被斜儀所測(cè)出，依此方法從孔底測(cè)至孔口。如圖1所示，測(cè)斜儀兩對(duì)導(dǎo)輪間距離是定長(zhǎng)“L”(一般L=50 cm)，從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系可知此位置時(shí)測(cè)斜管與鉛垂位置偏開(kāi)的水平位移為:△i=L·sin t，規(guī)定面對(duì)基坑方向傾斜為正值，背離基坑方向?yàn)樨?fù)值，儀器讀數(shù)值單位為mm。

圖1 測(cè)斜儀的工作原理

再把測(cè)斜儀調(diào)轉(zhuǎn)180°重新放入測(cè)斜孔中，將測(cè)頭滑到孔底，重復(fù)上述步驟在相同的深度標(biāo)志處測(cè)讀，以保證測(cè)量精度。通常采用正反測(cè)量的目的是為了提高精度，導(dǎo)輪在正反向滑槽內(nèi)的讀數(shù)將抵消或減小傳感器的零偏和軸對(duì)準(zhǔn)所造成的誤差。

2.2 測(cè)斜儀的計(jì)算方法

在間距 0.5 m測(cè)孔時(shí)，正反方向各測(cè)一次，將正向測(cè)值 V正、反方向值 V負(fù)代入該式 V=(V正－V負(fù))/2，即可求得到該點(diǎn)位置的觀測(cè)值。

如果 1.0 m測(cè)一個(gè)點(diǎn)時(shí)，則該點(diǎn)位置處的觀測(cè)值為 V=V正－V負(fù)。

由圖2可知，

第1個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的測(cè)試值為:

第2個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的測(cè)試值為:

第3個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的測(cè)試值為:

依次累加，第n個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的測(cè)試值為:

兩次測(cè)試值之差即為變化值，即:

依次對(duì)應(yīng)相減:

測(cè)斜儀外業(yè)采集的數(shù)據(jù)一般不用進(jìn)行人工計(jì)算，使用隨機(jī)軟件可以方便快捷地計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)深度的本次水平位移量、累積位移量等，還可以繪制測(cè)斜變化曲線圖。

3 測(cè)斜方法的比選

測(cè)斜儀的電纜線上每0.5 m標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)時(shí)便于控制探頭的深度。在測(cè)孔時(shí)，應(yīng)正反方向各測(cè)一次，每次測(cè)量的間隔為 0.5 m，也可以是 1 m，我們姑且稱之為半米雙向監(jiān)測(cè)和一米雙向監(jiān)測(cè)。但是在實(shí)際工作中我們發(fā)現(xiàn)不少單位在監(jiān)測(cè)時(shí)，除了這兩種監(jiān)測(cè)方法外，還使用半米單向監(jiān)測(cè)和一米單向監(jiān)測(cè)等測(cè)法?？梢韵胂蟀朊纂p向測(cè)是工作量最大的一種測(cè)法，一米雙向測(cè)法次之，半米單向測(cè)相對(duì)于雙向測(cè)，工作量又減少很多，一米單向測(cè)的工作量最小，那么這4種測(cè)法的可靠性和準(zhǔn)確性如何，其結(jié)果又有多大的出入呢?

為此我們做了一個(gè)測(cè)試，在某基坑工程監(jiān)測(cè)中選擇一個(gè)測(cè)斜孔，該孔位于基坑連續(xù)墻內(nèi)，埋深約 18 m，每次均用這4種測(cè)法對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第一次監(jiān)測(cè)日期是4月27日，最后一次監(jiān)測(cè)日期是8月24日，歷時(shí)約4個(gè)月。用廠家提供的隨機(jī)軟件對(duì)這4種方法測(cè)得的該孔的累計(jì)水平位移量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)比如表1所示:

4種測(cè)法累計(jì)水平位移量對(duì)比表 表1

從上表可以看到每種測(cè)法對(duì)應(yīng)的累計(jì)水平位移數(shù)值，在同一深度處有些數(shù)據(jù)還比較接近，有些數(shù)據(jù)也相差較大。為了直觀地進(jìn)行對(duì)比，我們把累計(jì)變化量和深度與時(shí)間畫(huà)一個(gè)變化曲線圖，如圖3所示:

從圖3可以對(duì)比如下:①一米雙向和半米雙向這兩種測(cè)法的結(jié)果最為接近，變化曲線幾乎重合在一起，兩者相差最大的為 1.61 mm，其中相差 1 mm以內(nèi)的點(diǎn)位有10個(gè)，占56%，相差 1 mm～2 mm的點(diǎn)位有8個(gè)，占44%。②半米單向與半米雙向相比，變化量差值要略大一些，兩者相差最大的為 5.62 mm，其中相差 3 mm以內(nèi)的點(diǎn)位有18個(gè)，占50%，相差 3 mm～5 mm的點(diǎn)位有10個(gè)，占28%，相差 5 mm～6 mm的點(diǎn)位有8個(gè)，占22%。③一米單向與半米雙向相比，變化量相差更大，最大差值達(dá) 19.35 mm，并且一米單向測(cè)的位移量基本上只有半米雙向測(cè)的1/2。

圖3 不同測(cè)法的水平位移曲線圖

因此可以看出，半米測(cè)要比一米測(cè)準(zhǔn)確，雙向測(cè)要比半向測(cè)可靠。因此建議對(duì)于一級(jí)基坑來(lái)說(shuō)，可以用半米雙向或一米雙向的方法來(lái)監(jiān)測(cè)，對(duì)于二級(jí)和三級(jí)基坑可以用半米單向的方法監(jiān)測(cè)，不使用一米單向的方法。

4 結(jié)語(yǔ)

不管是什么原因造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)有大的變化，這種變化不會(huì)僅僅是孤立地在測(cè)斜方面表現(xiàn)出來(lái)，在沉降、軸力、水土壓力等方面也會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，各監(jiān)測(cè)內(nèi)容的變化是緊密聯(lián)系在一起的。如果某個(gè)測(cè)斜孔向坑內(nèi)有較大變化，那么可以查看冠梁水平位移監(jiān)測(cè)的變化是否與之一致，對(duì)應(yīng)的各層支撐的軸力是否增大，冠梁和地表點(diǎn)是否有沉降，水土壓力是否減小。只有這樣把各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容綜合起來(lái)進(jìn)行比較分析，得到的結(jié)果才會(huì)更加準(zhǔn)確可靠。

［1］李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京:測(cè)繪出版社，1995.

［2］朱建軍.變形測(cè)量的理論與方法［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2004.

［3］曾瑞，雷健.多種監(jiān)測(cè)方法在深基坑開(kāi)挖工程中的綜合運(yùn)用［J］.城市勘測(cè)，2013(4).

［4］武漢基深測(cè)斜儀有限公司.CX－3C系列測(cè)斜儀使用說(shuō)明書(shū)［R］.

［5］GB50497－2009.建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］JGJ8－2007.建筑變形測(cè)量規(guī)范［S］.