高層建筑基坑工程變形監(jiān)測技術(shù)

曹洪波

（益陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 益陽430000）

1 工程概況

以某項(xiàng)目為例，施工附近環(huán)境復(fù)雜，建筑總面積約為17.8萬m2，有2棟32F/152.55m高層建筑、2棟4F/24m實(shí)驗(yàn)室及配套、1棟2F/12m社康中心、1棟1F/6m展廳組成?；娱L度約463m，面積約14015m2，開挖深度約20m，采用咬合樁+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)型式，基坑安全等級為一級。

2 檢測內(nèi)容設(shè)置

依照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定及管理要求，本工程監(jiān)測項(xiàng)目有基坑頂沉降、位移觀測、支護(hù)結(jié)構(gòu)測斜、支撐軸力及地下水位等規(guī)劃要包含這些基本要素。監(jiān)測要從土方開挖之日起，保證1次/2d，底板完成后保證1次/7d，直至土方回填完成。

3 水平位移監(jiān)測

采用的儀器設(shè)備：采用徠卡TS09全站儀配合棱鏡（小棱鏡）進(jìn)行觀測，進(jìn)場前儀器已經(jīng)過檢定。

監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诂F(xiàn)場選定布點(diǎn)位置后，將監(jiān)測標(biāo)志安裝好。在支護(hù)樁上鉆孔預(yù)埋長8cm，寬8mm帶十字絲的大頭鋼釘（與坡頂沉降同點(diǎn)）或采用小棱鏡安裝在冠梁頂，為避免監(jiān)測標(biāo)志在監(jiān)測期間被破壞，用油漆做出明顯標(biāo)記，統(tǒng)一編號。

水平位移觀測：用全站儀測各觀測點(diǎn)坐標(biāo)，將本次坐標(biāo)與初測坐標(biāo)或上次坐標(biāo)之差求出，即得到本次位移及累計(jì)位移，初始值取連續(xù)兩次觀測值的平均值。觀測前，進(jìn)行邊長檢查和方向檢查后，方可進(jìn)行水平位移觀測。數(shù)據(jù)記錄、處理：外業(yè)觀測數(shù)據(jù)用全站儀自動記錄，直接傳入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

位移觀測采用小角度法和視準(zhǔn)線法。

（1）小角度法。用于觀測點(diǎn)零亂、不在同一直線的情況，離基坑兩倍深度距離的地方設(shè)測站點(diǎn)A，其測站至觀測點(diǎn)T距離為S，則在不小于2S范圍之外，設(shè)后視方向A′。用經(jīng)緯儀測定β角，一般用2～4個測回測定，并丈量A至觀測點(diǎn)T的距離，為保證β角初始值的正確性，需二次測定，然后每次測定β角變動量。按式（1）計(jì)算T點(diǎn)的位移置：

式中：Δβ－角的變化量，″；ρ－換算常數(shù)206261″；S－測站至觀測點(diǎn)的距離，m。

如果角β角測定中誤差為士2″，S測定中誤差為1mm。則位移值中誤差為±1mm。

（2）視準(zhǔn)線法。適用于直線排列水平位移觀測點(diǎn)測試，使用要求在延長線上設(shè)置測站點(diǎn)，與基坑深度保持兩倍以上距離，并選定另一方向固定點(diǎn)作為目標(biāo)，起到后視方向作用，使用讀數(shù)的刻劃在覘牌設(shè)置觀測點(diǎn)上，從而讀取獲得值，可以使用經(jīng)緯儀正倒鏡重復(fù)4次讀數(shù)取中數(shù)作為一次觀測。初始值必須測兩次獲取，目的是準(zhǔn)確性更高。

4 深層水平位移（測斜）監(jiān)測

深層水平位移監(jiān)測（測斜）采用的儀器、設(shè)備有測斜儀、測斜管。其中測斜儀包括測頭、測讀儀和電纜組成；測斜管包括頂蓋、接頭、測斜管、底蓋組成，如圖1、圖2所示。

測斜管的埋設(shè)：為樁身測斜是要對工程深層水平實(shí)現(xiàn)位移監(jiān)測（測斜）。在鋼筋籠上把測斜管綁扎緊實(shí)，再開始澆筑混凝土作業(yè)，事先檢查管底底蓋是否平整，然后將測斜管灌滿水，目的是避免澆灌時測斜管浮力小飄起，也有防止水泥漿滲入管內(nèi)的作用。

測斜管的保護(hù)：露出地面的測斜管避免遭到損壞，要設(shè)置安全護(hù)欄用以保護(hù)，也可以用砌磚方法形成保護(hù)圈，降低測斜管被施工中其他作業(yè)時損壞，或是進(jìn)入泥沙其他物質(zhì)堵塞測斜管，致使其無法正常工作，數(shù)據(jù)的采集受到干擾。因此如果測斜管出現(xiàn)明顯損壞跡象，應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ)或更換。

圖1 測斜儀組成部件

圖2 測斜管組成部件

深層水平位移觀測：測斜儀測開始獲取數(shù)據(jù)時，表明工作狀態(tài)正常，先將測頭導(dǎo)輪通入測斜管導(dǎo)槽內(nèi)，緩慢下放到管底處，然后按照自下而上的順序，沿導(dǎo)槽的長度間隔0.5m時獲取一次數(shù)據(jù)值，準(zhǔn)確標(biāo)記測點(diǎn)深度和讀數(shù)。完成測讀后，將測頭旋轉(zhuǎn)180°插入同一對導(dǎo)槽內(nèi)，按照以上方法再重新測一次。開挖前3~5s，以3次測量的算術(shù)平均值作為初始值，其讀數(shù)更有科學(xué)依據(jù)，才能開始正式測試工作。將每個測段測試到的水平位移沿深度連成線就構(gòu)成了測斜管形狀曲線，計(jì)算步驟如下：

式中：l-上、下導(dǎo)輪間距；θ-探頭敏感軸與重力軸夾角；δ0-起始測段的水平偏差量，mm；Δn-測點(diǎn)n相對于起始點(diǎn)的水平偏差量，mm；X0-為測斜管管口水平位移量，mm。

5 支撐軸力監(jiān)測

應(yīng)力監(jiān)測采用的儀器設(shè)備有鋼筋應(yīng)力計(jì)、609振弦式頻率讀數(shù)儀。

鋼筋計(jì)的安裝：將鋼筋應(yīng)力計(jì)與支撐內(nèi)主筋軸心采用焊接或螺紋連接，鋼筋計(jì)與受力主筋為串聯(lián)連接，并一起澆筑在混凝土內(nèi)。線纜需綁好后引出，放入預(yù)先做好的線盒或窨井內(nèi)保護(hù)。應(yīng)力觀測：應(yīng)力的觀測較簡單，直接用頻率讀數(shù)儀接于線纜即可測得鋼筋應(yīng)力，并由此可換算出支撐應(yīng)力。在基坑開挖前應(yīng)觀測一次，并以此觀測數(shù)據(jù)作為初始值，軸力計(jì)算如下：

式中：Nc-支撐軸力，N；Ec-混凝土彈性膜量，kPa；A-鋼筋混凝土支撐截面積，mm2；fi-應(yīng)變傳感器任一時刻的觀測值，Hz；f0-應(yīng)變傳感器的初始觀測值（零值），Hz；k-應(yīng)變傳感器的標(biāo)定系數(shù)，10-6/Hz2；

6 地下水位監(jiān)測

水位監(jiān)測采用的儀器、設(shè)備有鋼尺水位計(jì)、PVC花管、水準(zhǔn)儀、地質(zhì)鉆機(jī)等。

監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)：采用地質(zhì)鉆機(jī)成孔，成孔孔徑110mm，鉆至要求孔深后（一般為坑底下1~2m），在孔內(nèi)埋入濾水PVC管，PVC管外包紗布，管徑約75mm。PVC管與孔壁間用干凈細(xì)砂或礫石填實(shí)，然后用清水沖洗鉆孔，以防泥漿等堵塞測孔，保證水路暢通，測管高出地面約300mm，上面加蓋，防止雨水進(jìn)入。管井埋設(shè)完畢后，需測讀管口標(biāo)高，并及時砌筑窨井，加蓋保護(hù)。

水位觀測：將鋼尺水位計(jì)放入已埋設(shè)好的水位管中，當(dāng)測頭接觸到水面時，訊響器啟動，此時，讀取測量鋼尺與管頂?shù)木嚯x，根據(jù)管頂高程即可換算出地下水位高程。

7 結(jié)語

在現(xiàn)代化技術(shù)普及下，常見的問題是與深基坑施工及其使用過程中不穩(wěn)定因素有關(guān)，其特性是越來越復(fù)雜化，埋下的安全隱患較大，形成制約建設(shè)工程施工正常進(jìn)展的干預(yù)因素，要想降低基坑風(fēng)險系數(shù)，首先考慮建設(shè)工程良性發(fā)展是重要基礎(chǔ)，也是施工單位改革的重要關(guān)鍵點(diǎn)。確定高層建筑基坑工程變形監(jiān)測的目標(biāo)與原則是施工開展的關(guān)鍵，再以此為依據(jù)促進(jìn)監(jiān)測工作的規(guī)范化實(shí)施，為基坑施工收集可靠信息，還可以結(jié)合實(shí)際建筑環(huán)境條件建筑、道路、管線、設(shè)施、土層監(jiān)測等，才能提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和周邊環(huán)境的安全性，實(shí)現(xiàn)降低安全風(fēng)險系數(shù)的基本要求，從而經(jīng)濟(jì)效益明顯提升。