基坑變形監(jiān)測方案及影響因素

韓宇

摘 要：變形監(jiān)測有實(shí)用上和科學(xué)上兩方面的意義。實(shí)用上的意義主要是檢查各種工程建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以便采取措施?？茖W(xué)上的意義包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論，以及建立正確的預(yù)報(bào)變形的理論和方法。隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預(yù)報(bào)提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持和廣泛的研究途徑。

關(guān)鍵詞：變形監(jiān)測;基坑;設(shè)計(jì)

1 緒論

在測量工程的實(shí)踐和科學(xué)研究活動(dòng)中，變形監(jiān)測占有重要的位置。工程建筑物的興建，從施工開始到竣工，以及建成后整個(gè)運(yùn)營期間都要不斷地監(jiān)測，以便掌握變形的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，保證工程建筑的安全。人類開發(fā)自然資源的活動(dòng)（例如抽取地下水、采油、采礦等）會(huì)破壞地殼上部的平衡，造成地面變形。這種變形需要長期監(jiān)測監(jiān)視，以便采取措施控制其發(fā)展，保證人類正常的生產(chǎn)和生活。例如，在人口密集的地區(qū)大量抽取地下飲用水，造成地面沉陷，地面不均勻的沉陷會(huì)引起建筑物和工業(yè)設(shè)施的損壞。地下采礦引起礦體上方巖層的移動(dòng)，嚴(yán)重的會(huì)造成地面滑坡和塌方，危機(jī)人民生命財(cái)產(chǎn)，需要監(jiān)測。

2 變形觀測技術(shù)概述

2.1 變形監(jiān)測的精度

工程建筑物的變形觀測能否達(dá)到預(yù)定目的，要受很多因素的影響。其中，最基本的因素是觀測點(diǎn)的布置、觀測的精度與頻率，以及每次觀測所進(jìn)行的時(shí)間。觀測點(diǎn)的布置與各類工程的特點(diǎn)有關(guān)。

一般來講，從實(shí)用的目的出發(fā)，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)的大型車間（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物）通常要求觀測工作能反映出1mm的沉陷量;對(duì)于一般的廠房，沒有很大的傳動(dòng)設(shè)備、連續(xù)性不大的車間，要求能反映出2mm的沉陷量。因此，對(duì)于觀測點(diǎn)高程的測定誤差，應(yīng)在±1mm以內(nèi)。而為了科學(xué)研究的目的，往往則要求達(dá)±0.1mm的精度。

對(duì)于水工建筑物，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、形狀不同，觀測內(nèi)容和精度也有差異。即使對(duì)于同一建筑物（如拱壩）的不同部位，其觀測精度也不相同，變形大的部位（如拱冠）的觀測精度可稍低于變形小的部位（如拱座）。對(duì)于混凝土大壩，測定變形值的精度一般為±1mm;對(duì)于土工建筑物，測定其變形值的精度不低于±2mm。

2.2 觀測點(diǎn)的結(jié)構(gòu)與埋設(shè)

平面基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)志體應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性，亦即標(biāo)志體在水平方向上是保持不動(dòng)的。

1、觀測墩

在基巖較淺或土體穩(wěn)定的地方，常用鋼筋混凝土建造的觀測墩作為平面控制點(diǎn)標(biāo)志。

2、倒錘

倒錘是一種埋設(shè)較深、穩(wěn)定性很好的平面標(biāo)志。圖2-1（a）是倒錘原理圖，當(dāng)鉆孔內(nèi)充滿液體時(shí)，對(duì)中中心與標(biāo)志中心的相對(duì)位置不變，也就是說，如果標(biāo)志中心是穩(wěn)定的，則對(duì)中中心也是穩(wěn)定的，其平面位置不會(huì)受側(cè)向干擾力影響。圖2-1（b）是倒錘的一種實(shí)用結(jié)構(gòu)。

3、光線傳遞式標(biāo)志

光線傳遞式標(biāo)志是將固定在底層的中心點(diǎn)利用光線投射到標(biāo)志頂面上來，即利用光線代替倒錘線。玻璃片上的十字絲代表平面標(biāo)志的中心，與混凝土結(jié)合在一起埋在溫度變化不大的巖層中，十字絲下安置一燈泡，為更換燈泡，在標(biāo)志旁設(shè)有進(jìn)人孔。

2.3 基坑回彈監(jiān)測

工業(yè)與民用建筑物的沉陷觀測是最常遇到的變形觀測工作，從建筑物基礎(chǔ)施工開始到工程交付使用甚至更長一段時(shí)間都需進(jìn)行變形觀測。

基坑回彈觀測的任務(wù)是測定基坑開挖后的回彈量。其目的是為改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確定室內(nèi)地坪的適宜標(biāo)高提供重要資料。

回彈觀測要點(diǎn)是：基坑開挖之前先測出設(shè)計(jì)的坑底土層的準(zhǔn)確高程。如圖2-3a中的Q點(diǎn)的高程為HQ，當(dāng)基坑土被取出后再復(fù)測坑底土層中Q點(diǎn)上升Q′（圖2-4b），Q′高程為HQ′，它與初始高程之差為ΔHQ就是基坑回彈量：

圖2-3a中，H坪為室內(nèi)地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高，CD為設(shè)計(jì)的基坑底面，其標(biāo)高為HQ，當(dāng)土塊ABCD被取走后，CD面上升到C′D′（圖2-3b）。為保持設(shè)計(jì)坑內(nèi)標(biāo)高仍是HQ，將C′D′挖去，使原EF升至E′F′即CD高度。當(dāng)基礎(chǔ)筑完之后，E′F′即CD高度。當(dāng)基礎(chǔ)筑完之后，E′F′又被壓回到EF（圖2-3c）。若按基礎(chǔ)設(shè)計(jì)深度h施工室內(nèi)地坪，則±0降低了ΔHQ。若按±0設(shè)計(jì)標(biāo)高施工室內(nèi)地坪，則h增加了ΔHQ尺寸。

如果ΔHQ是在基礎(chǔ)施工后一段時(shí)間完成，可能導(dǎo)致整個(gè)建筑物降低了ΔHQ尺寸。由于坑底C、D、Q三點(diǎn)回彈量與下沉量也不均，可導(dǎo)致防水失敗，對(duì)工程危害極大。因此，回彈觀測，特別是軟土層深基礎(chǔ)的回彈觀測有重要意義。

回彈觀測應(yīng)達(dá)到一定精度，一般取預(yù)計(jì)回彈量的1/10為回彈觀測高程中誤差。觀測中，常將各項(xiàng)較差取至1mm。所用儀器能讀出0.1mm的微小量。

如圖2-4所示為回彈觀測示意圖。準(zhǔn)備精密水準(zhǔn)儀和銦瓦水準(zhǔn)尺，準(zhǔn)備經(jīng)檢定的30m或50m鋼尺，以及與鋼尺標(biāo)準(zhǔn)拉力相應(yīng)的重錘兩個(gè)和投放鋼尺的支架。其觀測工作應(yīng)在開挖前后各進(jìn)行1次。

開挖前觀測時(shí)，將平底重錘放人孔底，讓錘與回彈標(biāo)志頂接觸，另一端用檢定拉力將鋼尺引張。當(dāng)孔底重錘碰到標(biāo)志后，用水準(zhǔn)儀測量基準(zhǔn)點(diǎn)與回彈標(biāo)志的高差（要注意鋼尺的零點(diǎn)值）。觀測時(shí)鋼尺估讀到0.1mm，水準(zhǔn)尺讀到0.1mm，以下湊整。

3 變形監(jiān)測的影響因素

A項(xiàng)目位于青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)， 氣候宜人，交通便利。本項(xiàng)目一期高層住宅區(qū)用地面積為20600平方米，總建筑面積為81145平方米，建筑密度11.6%，項(xiàng)目包括4棟高層住宅、地下停車場等;尚德國際一期高層住宅共32層。地上建筑面積22309平方米，地下總建筑面積為6504平方米。該工程地下3層，地上為32層，建筑高度121.895米，建筑總高度130米。筏板基礎(chǔ)，現(xiàn)澆混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。2021年8月開工，預(yù)計(jì)2011年3月底主體封頂;2011年7月竣工。

根據(jù)GBJ202—83《地基與基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，應(yīng)對(duì)該工程在整個(gè)施工過程中和工程竣工后的一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行沉降觀測工作，動(dòng)態(tài)的監(jiān)測工程建筑過程中的沉降變化，尤其是不均勻沉降變化的狀態(tài)，這對(duì)工程建筑的結(jié)構(gòu)安全具有重要實(shí)際意義。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工區(qū)段的地質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和所處的周邊環(huán)境條件， 確定的監(jiān)測項(xiàng)目有：

1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降監(jiān)測;

2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測;

3.圍護(hù)樁（墻）測斜;

4.圍護(hù)結(jié)構(gòu)與中間樁差異沉降監(jiān)測;

5.支撐軸力監(jiān)測;

6.圍護(hù)結(jié)構(gòu)裂縫及滲水監(jiān)測;

7.地下水位及孔隙水壓力監(jiān)測;

8.周邊地表沉降觀測;

9.臨近建筑物變形監(jiān)測;

3.1 內(nèi)業(yè)處理

野外作業(yè)獲得的第一手成果資料，由計(jì)算機(jī)處理，可以直接用于平差計(jì)算的各點(diǎn)高差資料。

統(tǒng)計(jì)沉降觀測精度（即偶然觀測中誤差M）：

式中：ω為各期沉降測量環(huán)線閉合差。

N為觀測次數(shù)

3.2 警戒值的確定

各項(xiàng)監(jiān)測的報(bào)警值按一級(jí)基坑和車站的設(shè)計(jì)值為依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場的特點(diǎn)核實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些項(xiàng)目提出以下警戒值：

1、基坑連續(xù)墻測斜：矩形直段的墻體最大位移量30mm，大圓盤的連續(xù)墻墻體最大位移量35mm，變形速率不超過2mm/d時(shí);

2、基坑地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測：基坑降水或開挖時(shí)引起坑外水位下降不超過1000mm，或日變化量不超過500mm/d時(shí);

3、支撐彎矩及軸力監(jiān)測：支撐實(shí)際彎矩及軸力不超過設(shè)計(jì)值的80%時(shí);

4、連續(xù)墻頂?shù)奈灰疲簤w最大的位移量為20mm，變形速率不超過2mm/d;

5、基坑周邊地面變形觀測：沉降不超過3mm/d;

6、周邊建筑物位移觀測：沉降和水平位移不超過30mm，每天變化不超過5mm。

7、地下管線變位：煤氣管道沉降或水平位移均不得超過10mm，變化速率不超過/d 2mm;自來水管道沉降或水平位移均不得超過30mm，變化速率不超過5/d mm。

3.3 觀測成果表

3.4 變形監(jiān)測位移曲線圖

3.5 成果分析

觀測成果分析如下：

通過觀測并對(duì)資料整理分析，基坑回彈量累計(jì)小于30mm，分布開挖位移值小于30/00h;根據(jù)《建筑變形測量規(guī)程》（JGJ/T 8-97）和《工程測量規(guī)范》（GB 50026-93）規(guī)定，本基坑變形穩(wěn)定，可以安全使用。

基坑回彈及建筑群體的沉降情況，基坑平均回彈量為1.663cm，高層部分平均沉降量為1.158-1.477cm，沉降量小于回彈量。分析其原因，高層部分結(jié)構(gòu)荷載小于基坑開挖土的荷載，高層部分應(yīng)采用地基加固處理。

在深埋基礎(chǔ)建筑的施工中，基礎(chǔ)底面將經(jīng)歷 回彈——再壓縮——附加沉降的過程。本文通過對(duì)具體工程的深基坑回彈觀測及建筑物的沉降觀測，證明應(yīng)對(duì)高層部分地基進(jìn)行加固處理的設(shè)計(jì)方案以確保改善高層建筑的沉降分布情況，大大減少差異沉降。觀測結(jié)構(gòu)為以后的工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的鑒定作用。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平的提高，各種理論和方法為變形分析和變形預(yù)報(bào)提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持和廣泛的研究途徑。經(jīng)本文研究分析得出在建筑物的變形監(jiān)測中：

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