基坑监测在工程中的应用及其方法研究

基坑监测在工程中的应用及其方法研究
概要：监测的主要内容包括对基坑及周边环境水平位移的监测、竖向位移（沉降）监测、深沉水平位移监测、周边建筑物倾斜监测、裂缝监测、支护结构内力监测、土压力监测、空隙水压力监测、地下水位监测、锚杆拉力监测、坑外土体分层竖向位移监测等。

关键词：基坑开挖监测方法监测内容位移
水平位移监测
特定方向上的水平位移测定时可采用视准线法、小角度法、投点法等；监测点任意方向的水平位移测定时可视监测点的分布情况，采用前方交会法、自由设站法、极坐标法等；当基准点距基坑较远时，可采用GPS测量法或三角、三边、边角测量与基准线法相结合的综合测量方法。

当监测精度要求比较高时，可采用微变形测量雷达进行自动化全天候时时监测。

根据工程实际情况,一般基坑工程中水平方向位移测定采用小角法进行监测,即选择任意方向固定基线，每次都只观测监测点与基线间的角度变化，再根据两者的距离得出监测点的位移变化值。

在基坑一端找到稳定的基点设站，以周边基坑影响区域以外稳定的某一固定目标(可以是人工制作的觇标、标记或天线、避雷针等)为零方向,测量出零方向与各观测点之间的夹角, 利用不同周期观测的角度差来直接计算各观测点的位移量。

实际上首次观测时设站点与各观测点之间的视线即为各观测点的基准线, 位移量误差是由测角误差和量边误差引起的。

如图1所示，AB为基准线,i为观测点，i’是i点在基准线上的投影，Δi是偏离值，利用精密经纬仪精密测量小角α，并测量A到i’的距离s，便可以计算出偏离值Δi
图1小角法测偏离值
水平位移监测基准点应埋设在基坑开挖深度3倍范围以外不受施工影响的稳定区域，或利用已有稳定的施工控制点，不应埋设在低洼积水、湿陷、冻胀、胀缩等影响范围内；基准点的埋设应按有关测量规范、规程执行。

适宜设置有强制对中的观测墩；采用精密的光学对中装置，对中误差不宜大于0.5mm。

基坑围护墙（坡）顶水平位移监测精度应根据围护墙（坡）顶水平位移报警值按表1确定。

表 1 基坑围护墙（坡）顶水平位移监测精度要求(mm)
注：监测点坐标中误差，是指监测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差，为点位中误差的1/ 。

另外地下管线的水平位移监测精度宜不低于 1.5mm。

其他基坑周边环境（如地下设施、道路等）的水平位移监测精度应符合相关规范、规程等的规定。

竖向位移（沉降）监测
竖向位移（沉降）监测一般可以采用几何水准或液体静力水准等方法。

坑底隆起（回弹）要通过设置回弹监测标，采用几何水准并配合传递高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆或钢尺等应进行温度、尺长和拉力等修正。

基坑围护墙（坡）顶、墙后地表与立柱的竖向位移监测精度应根据竖向位移报警值按表2确定。

表 2基坑围护墙（坡）顶、墙后地表及立柱的竖向位移监测精度(mm)
地下管线的竖向位移监测精度宜不低于0.5mm。

其他基坑周边环境（如地下设施、道路等）的竖向位移监测精度应符合相关规范、规程的规定。

坑底隆起（回弹）监测精度应符合表3要求
表3坑底隆起（回弹）监测精度要求（mm）
水准基准点宜均匀埋设，数量不应少于3点，各监测点与水准基准点或工作基点应组成闭合环路或附合水准路线。

各等级几何水准法观测时的技术要求应符合表4的要求。

表4几何水准观测技术要求
根据采集的数据，进过相应处理分析后，正确的反映基坑周边建筑物的沉降结果，并结合其他相关项目的监测数据和自然环境、施工工况等情况以及以往数据，考虑其发展趋势，并做出预报。

深层水平位移监测
围护墙体或基坑周围土体的深层水平位移的监测宜采用在墙体或土体中预埋测斜管、通过测斜仪观测各深度处水平位移的方法。

测斜管一般采用PVC工程塑料管或铝合金管，直径宜为45-90mm，管内应有两组相互垂直的纵向导槽。

测斜管应在基坑开挖1周前埋设，埋设时应符合下列要求：
1、埋设前应检查测斜管质量，测斜管连接时应保证上、下管段的导槽相互对准顺畅，接头处应密封处理，并注意保证管口的封盖。

2、测斜管长度应与围护墙深度一致或不小于所监测土层的深度；当以测斜管端下部作为位移基准点时，应保证测斜管进入稳定土层2-3m；测斜管与钻孔之间孔隙应填充密实。

3、埋设时测斜管应保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。

测斜仪应下入测斜管底部5-10min，待探头接近管内温度后再量测，每个监测方向均应进行正、反两次量测。

当深层水平位移相对基准点为上部管口时，每次监测均应测定管口坐标的变化。

测斜仪的精度要求不宜小于表 5的规定。

表5斜仪精度要求
倾斜监测
建筑物倾斜监测通过测定监测对象顶部相对于底部的水平位移与高差，分别记录并计算监测对象的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率。

根据现场观测条件和要求，本次监测使用DINI03精密水准仪采用差异沉降法进行监测。

建筑物倾斜监测精度应符合《工程测量规范》（GB50026）及《建筑变形测量规程》
（JGJ/T8）的有关规定。

裂缝监测
裂缝监测包括裂缝的位置、走向、长度、宽度及变化程度，需要时还包括深度。

裂缝监测数量根据需要确定，应对主要的和变化较大的裂缝进行监测。

裂缝监测分为对裂缝宽度的监测和对裂缝深度的监测：
1、对裂缝宽度监测，可在裂缝两侧贴石膏饼、划平行线或埋设金属标志等，采用千分尺或
游标卡尺等直接量测的方法；也可采用裂缝计、粘贴安装千分表法、摄影量测等方法。

2、对裂缝深度监测，当裂缝深度较小时宜采用凿出法和单面接触超声波法监测；深度较大
裂缝宜采用超声波法监测。

应在基坑开挖前记录监测对象已有裂缝的分布位置和数量，测定其走向、长度、宽度和深度
等情况，标志应具有可供量测的明晰端面或中心。

裂缝宽度监测精度不宜低于0.1mm，长度和深度监测精度不宜低于1mm。

支护结构内力监测
基坑开挖过程中一般通过在结构内部或表面安装应变计或应力计来量测支护结构内力的变化。

对于钢筋混凝土支撑，宜采用钢筋应力计（钢筋计）或混凝土应变计进行量测；对于钢结构
支撑，宜采用轴力计进行量测。

围护墙、桩及围檩等内力宜在围护墙、桩钢筋制作时，在主筋上焊接钢筋应力计的预埋方法
进行量测。

支护结构内力监测值应该考虑温度变化的影响，对钢筋混凝土支撑尚应考虑混凝
土收缩、徐变以及裂缝开展的影响。

应力计或应变计的量程宜为最大设计值的1.2倍，分辨率不宜低于0.2%F•S，精度不宜低于0.5%F•S。

围护墙、桩及围檩等的内力监测元件宜在相应工序施工时埋设并在开挖前取得稳定初始值。

土压力监测
现今基坑监测中对土压力的监测一般采用土压力计进行量测。

土压力计埋设采用埋入式或边界式（接触式）。

埋设时应符合下列要求：
1、受力面与所需监测的压力方向垂直并紧贴被监测对象。

2、埋设过程中应有土压力膜保护措施。

3、采用钻孔法埋设时，回填应均匀密实，且回填材料宜与周围岩土体一致。

4、做好完整的埋设记录。

土压力计埋设以后应立即进行检查测试，基坑开挖前至少经过1周时间的监测并取得稳定初
始值。

土压力计的量程应该满足被测压力的要求，其上限可取最大设计压力的1.2倍，精度不宜低
于0.5%F•S，分辨率不宜低于0.2%F•S。

孔隙水压力监测
孔隙水压力宜通过埋设钢弦式、应变式等孔隙水压力计，采用频率计或应变计量测。

孔隙水压力计埋设一般采用压入法、钻孔法等。

其量程应满足被测压力范围的要求，可取静
水压力与超孔隙水压力之和的1.2倍；精度不宜低于0.5%F•S，分辨率不宜低于0.2%F•S。

孔隙水压力计应在事前 2-3 周埋设，采用钻孔法埋设孔隙水压力计时，钻孔直径宜为110-
130mm，不宜使用泥浆护壁成孔，钻孔应圆直、干净；封口材料宜采用直径10-20mm 的干
燥膨润土球。

孔隙水压力计埋设后应测量初始值，且逐日量测1周以上并取得稳定初始值。

地下水位监测
地下水位监测在通过孔内设置水位管，采用SWJ90-型钢尺水位计进行测量。

监测精度不宜低于10mm。

基坑在开挖前必须要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏，地下水的流动是引起塌方的主要因素，所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容。

水位监测管的埋设应根据地下水文资料，在含水量大和渗水性强的地方，在紧靠基坑的外边，以20-30 m的间距平行于基坑边埋设。

检验降水效果的水位观测井布设在降水区内，采用轻型井管，降水时可布设在总管的两侧，
采用深井降水时布设在两孔深井之间，水位孔深度在最低设计水位下2-3m。

潜水水位管应在基坑施工前埋设，滤管长度应满足测量要求；承压水位监测时被测含水层与
其他含水层之间应采取有效的隔水措施。

水位管埋设后，应逐日连续观测水位并取得稳定初
始值。

锚杆拉力监测
锚杆拉力量测采用专用的锚杆测力计，钢筋锚杆可采用钢筋应力计或应变计，当使用钢筋时
应分别监测每根钢筋的受力。

锚杆轴力计、钢筋应力计和应变计的量程皆为设计最大拉力值
的1.2倍，量测精度不宜低于0.5%F•S，分辨率不宜低于0.2%F•S。

应力计或应变计应在锚杆
锁定前获得稳定的初始值。

坑外土体分层竖向位移监测
坑外土体分层竖向位移通过埋设分层沉降磁环或深层沉降标，采用分层沉降仪结合水准测量
方法进行量测。

土体分层竖向位移的初始值在分层竖向位移标埋设稳定后进行，稳定时间不应少于1周并获
得稳定的初始值；监测精度不宜低于1mm。

每次测量应重复进行2次，2次误差值不大于
1mm。

采用分层沉降仪法监测时，每次监测应测定管口高程，根据管口高程换算出测管内各监测点
的高程。

监测频率
基坑监测具有高时效性，其监测结果是动态变化的，一天以前（甚至几小时以前）的测量结
果都会失去直接的意义，因此深基坑施工中监测需随时进行，在测量对象变化快的关键时期，可能每天需进行数次，确定基坑监测频率的原则是能系统的反映监测对象所测项目的重要变
化过程，而又不遗漏其变化时刻。

基坑监测工作应贯穿于整个基坑工程和地下工程施工全过程。

监测工作一般应从基坑施工前开始，到地下工程完成为止。

对有特殊要求的周边环境的
监测应根据需要延续监测直至变形趋于稳定后才能结束。

监测项目的监测频率应根据基坑工程等级、基坑及地下工程的不同施工阶段以及周边环境、
自然条件的变化来确定。

当监测值相对稳定时，还可以适当降低监测频率。

对于应测项目，在无数据异常和事故征兆的情况下，开挖后仪器监测频率的确定可参照表6。

表6 现场仪器监测的监测频率
注：1. 当基坑工程等级为三级时，监测频率可视具体情况要求适当降低；
2. 基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情况确定；
3．宜测、可测项目的仪器监测频率可视具体情况要求适当降低；
4．有支撑的支护结构各道支撑开始拆除到拆除完成后3d 内监测频率应为1 次/1d。

当监测过程中出现以下情况时，还需要加强监测，提高监测频率，并及时向委托方及相关单位报告监测结果：
1、监测数据达到报警值。

2、监测数据变化量较大或者速率加快。

3、存在勘察中未发现的不良地质条件。

4、超深、超长开挖或未及时加撑等未按设计施工。

5、基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏。

6、基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值。

7、支护结构出现开裂。

8、周边地面出现突然较大沉降或严重开裂。

9、邻近的建（构）筑物出现突然较大沉降、不均匀沉降或严重开裂。

10、基坑底部、坡体或支护结构出现管涌、渗漏或流砂等现象。

11、基坑工程发生事故后重新组织施工。

12、出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况。

当出现危险事故征兆时，及时向相关单位报告、发布灾害警报，并进行实时跟踪监测，直至结束。

总结
对于不同的工程应该选取不同的监测方法，监测方法的选择应根据基坑等级、精度要求、设计要求、场地条件、仪器设备、地区经验和方法适用性等因素综合确定，监测方法应尽可能的简单合理容易实施。

参考文献
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