关于深基坑监测研究

关于深基坑监测研究

赵书明

韶关市地质工程公司

摘要：本文主要探讨深基坑监测工作的重要性、监测项目和监测方法、深基坑施工过程主要问题以及深基坑结构监测的新技术，本文旨在与同行相互学习，共同进步，希望对日后的相关工作提供一定的借鉴作用。

关键词：深基坑；安全监测；监测技术

随着我国城市建设的发展，各类用途的地下空间已在我国各大中城市中得到开发利用，尤其是80年代以来，是我国城市基坑工程发展最为迅速的时期，针对城市地区用地紧张和地价昂贵的状况，如何提高土地的空间利用效益成为开发商建设时最希望解决的问题，由于向上伸展受到容积率的限制，因而加大对地下空间的利用率则成为解决土地问题有效的措施之一，深基坑开挖与支护技术得到了前所未有的发展和推进。

一、深基坑监测工作的重要性

基坑监测是指在施工及其使用期限内，对建筑基坑以及周边的环境实施的安全检查和监控工作。由于地下土体性质、荷载条件等等因素都存在诸多的不确定性，在施工之前必须做好系统、精确的监测工作，才能正确指导施工，为施工合理规划提出可靠的供参考的意见。

首先，依靠现场监测提供动态信息来对施工项目做出反馈性指导，并且通过所得到的监测数据实时反映基坑的施工强度，为合理安排施工成本提供可靠依据。其次，通过深基坑的监测系统，可以确切掌握施工的地下环境，以帮助施工人员了解施工过程中的地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑等所受的影响及其程度。最后，通过必要的深基坑监测技术，可以及时发现可能产生危险的施工内容，并为及时采取应急措施做好准备工作。

二、监测项目和监测方法

（一）位移监测

位移监测包括水平位移监测和侧向位移监测两种。其位移速率的观测在拟定监测计划时把观测位移的时间间隔作为一参量即可。位移监测是保证基坑安全最主要的安全监测项目。

1、水平位移监测

水平位移监测可提供基坑边壁的水平变形量、变形速率和变形分布信息，进而可分析基坑边壁的稳定性。水平位移监测可采用精密经纬仪或全站仪进行测量。由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法，称为视准线法。视准线法分为距离变化法和角度变化法，利用全站仪测定观测点的坐标称为坐标变化法。对于某些工程周边拐角过多使用前两种方法观测显然较为繁琐，此时采用全站仪观测各点的坐标就具有极大的优越性。相对于人工三角网观测而言，采用全站仪具有精度高、测量和数据处理快的优点。

2、侧向位移监测

侧向水平位移监测可提供不同深度土体内倾斜位移的分布情况，对掌握基坑的安全状况十分重要。侧向水平位移监测采用石英挠性加速度计为敏感元件的滑动式测斜仪，可将倾角以电压形式输出，进而测定被测物体变形量的大小。测斜仪常用的是伺服加速度计式和电阻应变式两种，据对比试验，伺服加速度计式测斜仪的精度较高、且稳定性好；但是该种测斜仪价格较贵。

（二）压力监测

压力监测包括基坑内外土压力和孔隙水压力的监测。通过监测可以掌握基坑开挖过程中压力的变化规律，及时发现影响基坑稳定的因素，以采取相应的保证稳定措施。基坑开挖支护工程现场土压力和孔隙水压力观测在我国已进行多年，积累了丰富的经验，也促进了各类传感器的发展。目前国内常用的压力传感器根据其工作原理分为钢弦式、差动电阻式、电阻应变片式和电感调频式等等。其中钢弦式压力传感器长期稳定性高，对绝缘性要求较低，较适用于作土压力和孔隙水压力的长期监测。但无论是哪种型号的压力传感器，在埋设前必须进行稳定性、防水密封性、压力标定、温度标定等检验工作。

（三）基坑支护结构内力监测

1、支护结构主受力钢筋的应力监测

在基坑支护结构中有代表性位置的钢筋混凝土支护桩和地下连续墙的主受力钢筋上，宜布设钢筋应力计，以监测支护结构在基坑开挖过程中的应力变化。测点的布置应考虑如下几个因素：计算的最大弯矩所在位置和反弯点的位置，各土层的分界面，结构变截面或配筋率改变截面位置，结构内支撑或拉锚所在位置等等。

2、锚杆应力监测

在基坑开挖工程中，锚杆要在受力状态下工作数月以上，为了检查锚杆在整个施工期间是否按设计预定的方式起作用，有必要选择特殊的试验锚杆进行长期的监测，确定锚杆荷载的变化量和锚杆的蠕变量，从而了解挡墙后锚固钢筋的受力状况，以便校验和改进锚固的设计。由于长时间测量微小的位移变化非常困难，所以锚杆的长期监测一般仅测量荷载的变化量。

（四）土体内深层位移观测

对于基坑边坡土体内的深层位移，涉及到的是基坑四周及其底部的垂直位移和水平位移。一般水平位移监测采用测斜仪，垂直位移监测采用沉降仪，深层垂直位移也可采用地表基准带点用二等水准校验的多点位移计量测。土体内深层位移也是为查明基坑边坡周围的位移分布情况，校验和改进设计计算。同样由于是临时性的施工期监测，可以选择比较简单的仪器测量。

（五）地下水监测

基坑开挖中地下水的监测是指对地下水的水位、水量、水质、水温及流速流向等在人为降低地下水位，疏干基坑涌水以及采取的基坑支护、回灌等工程措施影响下，随时间的变化规律的监测。通过对地下水的监测，可以及时掌握降水疏干工程现状及发展趋势，调整降水疏干工程系统。预测可能出现的不良地质影响，及时建议、指导采取相应防护措施。保障基坑开挖施工顺利进行和保护周围环境不受影响。

三、深基坑施工过程主要问题

（一）超挖和欠挖问题

由于边坡修理达不到设计、规范要求，超挖和欠挖现象普遍存在在深基坑施工工程中。在实际开挖时，由于有些时候施工管理人员的技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，以及挖机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，当这些问题存在时，极易出现挡土支付后出现超挖和欠挖现象。

（二）水泥掺量问题。在深基坑施工过程，但设计与实际情况差异太大，深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。在这样情况制作的支护，由于强度不足，发生水泥土裂缝的现象。

（三）成孔注浆问题

由于钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够。

（四）土压力计算问题

深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同，在目前没有完善的土压力理论指导下，通常仍沿用传统理论计算，因此有误差是正常的，许多工程师对此进行了许多研究，在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求。

（五）混凝土厚度问题

目前深基坑支护喷射混凝土常用的是干拌法喷射混凝土设备，干喷法设备操作简单方便，但当操作手的水平不同，操作方法和检查等手段不完善的时候，容易造成混凝土严重的回弹，再加上原材料质量控制不严、配料不准等其他因素，往往造成喷后混凝土的厚度不够、混凝土强度达不到设计要求。

四、深基坑结构监测的新技术

目前所采用的监测方法不能准确、及时地反映实际工程所处的状态，对于基坑各个危险部位不能实时监测。要想真正地解决基坑工程中的诸多问题，必须改进现有的监测技术，以达到实时监测的目的，从而减少基坑事故的发生率。基坑工程是建筑工程的分支，其发展与建筑工程的发展密不可分。目前，土木工程监测中提倡智能结构系统的概念，即在传统的土木工程结构中埋入光纤作为传感元件进行结构强度、变形、损伤、振动和施工质量的监测，形成具有智能功能的土木工程结构，可自动对结构进行信息采集、分析及处理。基坑工程监测也可在重要建筑物的基坑工程中设置智能结构监测体系，实现对基坑工程进行动态、实时、系统地监测。

1989年美国Mendez等人首次提出将光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测，随之开始应用于土木工程的研究，并取得了很好的成果。光纤传感技术之所以适用于土木工程，主要是它具有一些优越性：耐腐蚀、耐久性好；体积小对基体材料几乎没有影响；能避免电磁场的干扰；灵敏度与精度高；信号可多路传输，易于实现分布式测量，易于组成工程自动化监测网络，适于对大型工程和危险工程的大范围监控和遥测。目前，光纤传感器在基坑工程中开始了尝试。

五、结论

深基坑工程的发展要以设计理论的完善和施工技术的进步作为有力支撑，而现场监测是连接它们的重要纽带，其作用不容忽视。在今后的信息化施工过程中，设计、施工、现场监测将成为三个并行的基本要素，都将为深基坑工程总体水平的提高起到促进作用。同时，深基坑工程监测技术也将在工程实践中得到自身的完善和发展。

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