深基坑变形监测的分析和方法

关键词：深基坑；变形；观测；监测方法 

　　基坑工程施工中对基坑监测及其周边相邻建筑物、道路、地下管线、隧道等保护对象进行沉降及水平位移监测，已越来越受到人们的重视和推广。在过去几年中，因深基坑工程开挖引起基坑变形、周边相邻建（构）筑物沉降，从而导致基坑坍塌、相邻建 （构）筑物开裂甚至倒塌的工程事故频发，造成了严重的人员伤亡事故和经济损失。深基坑的支护设计、施工及其监测已逐渐形成共识的系统施工工艺流程，且基坑监测是其中一个重要的组成部分，而施工场地变形监测作为基坑监测的一个重要内容越来越受到重视。因此，信息化施工将成为未来施工的显著特征之一。作为一个与复杂地质环境紧密相关的系统工程，及时的信息采集、分析、处理，既可以真实地反映基坑实际的运作状态，指导下一步的工作，又可以及时采取相应的措施。 

　　一、基坑变形的概述 

　　随着建筑行业施工的日益规范化，基坑工程开挖采用信息化施工必将成为一个发展趋势。基坑在开挖施工过程中由于受基坑土质、开挖深度及尺寸、周围荷载、支护系统及施工方法等诸多因素影响，变形将是不可避免的。尽量减少基坑开挖对周边环境的影响，对基坑周边建筑物、基坑土体及支护桩的位移等进行变形监测，尽可能的对它们在后续施工中的变形进行预测，了解其有无较大的不均匀沉降，以便采取有效的补救措施，是现代建筑基坑施工中面临的重要问题。 

　　深基坑工程是综合性较高的一门学科，不仅涉及到测绘工程，还涉及到岩土工程、结构工程以及施工技术等多学科的相互交叉，是多种复杂因素交互影响的系统工程。 

　　二、基坑变形的机理 

　　基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起和基坑周围地层位移。基坑周围地层移动是基坑工程变形控制设计的首要问题。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，由于卸载而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧土压力差的作用下而产生水平位移， 因此产生基坑周围地层位移，而坑底土体隆起和围护结构的位移是引起周围地层移动的主要原因。 

　　三、深基坑工程特点 

　　根据建设部建质 200987 号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：深基坑一般是指开挖深度超过 5 米（含 5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过 5 米，但地质条件、周围环境及地下管线特别复杂的工程。其特点归纳起来主要有以下几个方面： 

　　（1）基坑支护体系是临时性的结构，其安全储备较小，具有较大的风险性。基于此特点，基坑工程在施工过程中应进行监测，并制定相应的应急措施，一旦在施工过程中出现险情，必需及时进行抢救，确保工程和施工人员的安全。 

　　（2）基坑工程具有很强的区域性。不同地基土的地质条件和水文条件不同，相应的基坑工程差异性也很大。而且，在同一城市的不同区域基坑工程也有很大差异。因此，基坑工程的支护体系设计、施工以及基坑开挖都要因地制宜，而不能照搬外地经验。 

　　（3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计、施工和基坑开挖的相关影响因素有很多，比如，工程地质条件、水文条件、基坑周边的建筑物、道路、地下管线等。这些因素在设计及施工过程中，都应该考虑到，以免造成安全事故或者破坏周边的已有建筑物或设施。由此可见基坑工程具有很强的个性。因此，如何对基坑工程进行分类、如何规定统一的支护结构变形容许值标准对，在目前来说是比较困难的。 

　　（4）基坑工程综合性强。基坑工程是一项综合性的岩土工程，不仅包含岩土工程知识，还包含了结构力学、水力学、计算理论、测试技术、施工机械及技术等多学科的综合知识。 

　　（5）基坑工程具有较强的时空效应。对支护体系的变形和稳定性有大较大影响的因素主要有基坑的平面形状及基坑深度。此外，也需要对地基土体的蠕变性加以关注和研究，特别是软粘土的蠕变效应。在蠕变效应的作用下，随着时间的推移地基土体强度降低，土坡稳定性变小变得易于发生失稳破坏。所以必需重视基坑工程的时空效应带来的不良影响。 

　　（6）基坑工程是系统工程。基坑工程由支护体系设计、施工以及基坑开挖三部分组成。基坑开挖的施工组织是否合理将对支护体系能否成功支撑住基坑边、安全稳定地运行产生重要影响。不合理的基坑开挖顺序以及过快的开挖速度都可能引起主体结构桩基变位、造成支护结构变形过大，甚至引起支护体系失稳而导致破坏，引发工程事故。同时在施工过程中，应加强对支护结构变形的监测，密切关注支护结构的工作情况，一旦出现异常情况能够及时发现和采取应急补救措施。 

　　（7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖必然会引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变，从而导致周围地基土体产生变形，并对周围建筑物、道路和地下管线产生影响，甚至影响其正常使用或安全。此外，大量土方外运也将对城市交通、路面卫生和弃土点环境产生影响，施工过程中产生的施工噪音也会对附近居民产生影响。 

　　四、基坑的三维变形监测 

　　4.1 利用全站仪进行三维变形监测 

　　4.2利用深层沉降仪进行变形监测 

　　深层沉降仪的组成 

　　深层沉降仪是用来精确测量深基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析，可以确定各土层的沉降（或隆起）结果。