大型基坑水平位移安全监测方法探讨

大型基坑水平位移安全监测方法探讨
【摘要】由于基坑设计理论不尽完善、施工的不可预见性、地层性质变异性大，周边环境的错综复杂，很难通过理论计算的方法来把握工程中的各种可能变化。

因此必须对基坑工程进行施工安全监测，通过基坑施工安全监测的信息反馈我们可以了解工程的安全状况，及时地采取防范和补救措施并调整和优化设计方案，从而能最有效地防止或减少基坑工程事故的发生。

【关键词】深基坑变形监测水平位移监测
20世纪80年代以来，我国工程建设发展迅速，伴随着大型市政设施的施工及大量地下空间的开发，深基坑工程大量涌现，从最初的5～7m发展到目前20多米，并向超深、超大方向发展。

然而由于基坑设计理论不尽完善、施工的不可预见性、地层性质变异性大，周边环境的错综复杂，深基坑施工所造成的基坑坍塌、建(构)筑物或道路开裂，管线爆裂等事故屡有发生，给国家经济和人民生命财产造成不同程度的损失。

基坑工程是面对各种各样的地基土和复杂的环境条件进行施工作业，存在诸如外力不确定性、变形不确定性、土性不确定性和一些偶然变化所引起的不确定因素，所以很难对基坑工程的设计与施工订出一套标准模式，或用一套严密的理论计算方法来把握施工过程中可能发生的各种变化。

目前只能采用理论计算与地区经验相结合的半经验、半理论的方法进行设计。

且定量计算不能很精确，计算结果只能给设计者提供一个大概可能的数值。

这样，基坑工程施工的安全监测就显得十分重要了。

在我国，监测内容现已包括围护墙(坡)顶水平位移、围护墙(坡)顶竖向位移、围护墙体深层水平位移、围护墙体内力、支撑内力或变形、立柱位移、锚杆拉力、坑底隆起、土层分层竖向位移、围护墙前后土压力、孔隙水压力、地下水位、基坑周边地表竖向位移、周边建(构)筑物变形以及地下管线变形等：分析方法也提出了神经网络预测预报方法、实时建模时序分析预测预报法、有限元法、模糊数学预测预报分析法及灰色系统预测预报法等多种基坑预变形测预报分析的方法。

而基坑内部水平位移监测主要是针对围护墙顶水平位移的监测，下面就这种方法的应用进行介绍。

1．监测点布置
水平位移监测点一般布设在基坑支护结构的冠梁顶上。

其点位必须与工作基地保持通视，并且要避开基坑边的安全栏杆。

一般情况下，离基坑300mm比较合适，既可避开安全栏杆，又不会影响施工，也便于保护。

监测点可采用预制的棱镜接头与膨胀螺栓配合，即先在冠量上钻孔，然后将膨胀螺栓打进去，再将预制棱镜头拧上。

也可以在基坑的冠梁制作过程中进行预埋，将预制棱镜头焊接在冠梁的钢筋上，保证其与冠梁的连接稳定性。

预制棱镜头埋设时应注意保持竖直，露出的长度应要适当，且应该对其进行保护，避免施
工过程中遭到损坏。

2．监测精度
基坑围护强顶水平位移的监测精度可根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）来确定，如下表1：
表1基坑围护墙（坡）顶水平位移监测精度要求(mm)
设计控制值(mm) ≤30 30~60 ＞60
监测点坐标中误差≤1.5 ≤3.0 ≤6.0
3．监测方法
水平位移监测方法有：极坐标法、小角度法、前方交会法、后方交会法、导线测量法等。

其中前方交会、导线测量和后方交会法主要用于对工作基点的稳定性检查，小角度法和极坐标法主要用于对各变形监测点的监测。

（1）极坐标法
极坐标法是利用数学中的极坐标原理，以两个已知点为坐标轴，以其中一个点为极点建立极坐标系，测定观测点到极点的距离，测定观测点与极点连线和两个已知点连线的夹角的方法。

如图1：
测定待求点C坐标时，先计算已知点A、B的方位角
测定角度β和边长BC，根据公式
计算BC方位角：
计算C点坐标：
精度分析：
在采用观测墩时，其误差来源包含测角误差，测距误差。

例如：取视距长度100m，角度二测回，用TCR1201全站仪观测（1″，1+1.5ppm）
测角中误差：=1″/206265×100×1000=0.48mm
测距中误差：==1.15mm
点位中误差：ｍ点=（ｍ角2＋ｍｓ２）1/2＝1.25mm
两次观测同一点水平位移变化量中误差：ｍΔｃｃ′＝ｍ点/＝0.9mm
在变形监测中，对于基坑的位移关心的是垂直于基坑方向的变化量，基坑监测水平位移坐标系选择时，一般选择基坑长边为x轴，垂直基坑长边为y轴，即矩形基坑变化量关心的仅是y方向或是x方向的变化量，根据公式
ｍΔｃｃ′＝（ｍΔｘ2＋ｍΔｙ２）1/2
ｍΔｘ＝ｍΔｙ＝ｍΔｃｃ′/＝±0.65mm
由以上公式可知，两次观测基坑某方向水平位移观测变化量的中误差为±0.65mm。

（2）小角度法
小角度法主要用于基坑水平位移变形点的观测。

是利用全站仪或经纬仪（J1型）精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度，并按下式计算偏离值：
图2
测小角度法，其前提是观测中基准点采用强制对中设备，即必须建立观测墩，另一方面，小角度法的测距是能够精确测定，且相对于测角而言容易得多，计算偏离值精度时可以忽略测距引起的误差。

在基坑监测中，沿基坑方向的变化量很小，即S可以认为基本不变。

精度分析
偏移量中误差：，
变形监测两期观测变化量中误差：
例如：基坑两观测墩长度为500m，观测墩P离A点距离为50m，测角中误
差取1″（用J1型仪器观测二测回），则
，mΔpp′=×ｍLp＝±0.34mm
取本项目中观测墩P离A点距离的最大值300m，测角中误差取1″（用J1型仪器观测二测回），则
，mΔpp′=×ｍLp＝±2.05mm
采用小角度法观测时，一定要尽量将观测墩位置埋设在两端基点的连线上，使观测角度微小，以减小正弦函数泰勒级数展开的舍入误差。

(3) 前方交会法
前方交会观测法尽量选择较远的稳固目标作为定向点，测站点与定向点之间的距离要求一般不小于交会边的长度。

观测点应埋设在适于不同方向观测的位置。

交会角度一般满足30°≤α≤150°，在基坑观测点的观测中不是很适用，因为部分点难以保证交会角度30°≤α≤150°的条件，若不满足该条件，则测角误差对位移量的影响将变得很大。

但在基坑监测中，前方交会用于工作基点墩的稳定性检查是一种比较理想的方法。

图3：
其计算公式为：
（4）后方交会法
后方交会法也用于工作基点墩的稳定性检查，利用周边稳定的基点做观测目标。

（5）导线测量法
导线测量法主要用于基坑周边建筑物特别密集，对工作基点墩稳定性检查用前方交会法和后方交会法都难以实现的情况，此时在基坑外面布设导线，通过导线测定工作基点的稳定性。

通过以上方法，可以检测出基坑维护墙顶的水平位移，之后对监测成果进行处理。

处理方法一般是先对监测外业数据进行检核，然后再来进行数据分析和预
测。

虽然目前绝大多数深基坑工程都进行了施工期监测，通过设定监测项目的控制值，监测和保障基坑施工和周边环境的安全。

但是，目前能够真正成功实施信息化施工的城市基坑项目并不多见。

大多数的基坑监测工作只是起到了一些简单的反馈作用，并不能最终使监测成果的反馈达到更深的层次。

因此，监测单位和监测人员不能仅满足于提供监测数据，还应加强对基坑水文地质的了解与分析、基坑与周边相邻建筑物关系的分析研究，能够在提供及时有效数据的同时，提供正确可靠的结论和相应的基坑或周边相邻建筑物加固方案，从而提高服务质量和水平。

参考文献：
[1] 秦长利. 城市轨道交通工程测量[M].北京:中国建筑出版社，2008.7.
[2] 朱建军，贺跃光等变形测量的理论与方法[M]，长沙：中南大学出版社，2004.2.
[3] 高俊强，严伟标.工程监测技术及其应用[M].北京：国防工业出版社，2005.12.
[4] 吴子安.工程建筑物变形观测及数据处理[M].北京:测绘出版社，1989.
[5] 黄声享，尹晖，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003.1.
[6] 伊晓东，李保平.变形监测技术及应用[M].郑州：黄河水利出版社，2007.2.
[7] 中华人民共和国国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》[S](GB50497-2009).
[8] 中华人民共和国行业标准《建筑变形测量规范》[S] (JGJ7-2008).
2.秦立朝（1978-01），男，河北石家庄人，讲师，在读硕士，研究方向：铁道工程。