论文部分内容阅读
摘要：随着城市建设的高速发展，高层建筑越来越多，基坑工程施工朝着开挖深、工作面窄、周边房屋及地下管线近的特点发展。为了确保建筑工程安全稳定地进行，对于基坑变形问题的研究，尤其是基坑变形监测问题更成为建筑工程研究工作者研究的课题。本文即详细阐述了建筑基坑变形监测的方法及应注意的问题。
关键词：建筑基坑；变形监测；全站仪；监测频率；精度
中图分类号： TV551.4文献标识码： A
一、建筑基坑变形监测的意义
（一）提供实时动态信息
基坑开挖过程中，由于各种因素的影响，基坑和周边建筑物和设施一直处于不稳定状态，并且其变化和变形无规律可循，这就必须靠施工现场的监测数据来了解基坑的实时变化，为施工单位提供动态的监测数据，方便施工单位安排施工方案和进度。
（二）掌握基坑变形程度
根据监测得到的数据，可以及时了解基坑及周边建筑物和设施在施工过程中所受的影响及影响程度，发生的变形及变形程度，为施工单位提供变形系统资料，方便施工单位安排施工方案和进度。
（三）发现和预报险情
根据很多已发生的基坑安全事故的工程分析、统计可知，几乎所有事故的发生都是由于施工单位对基坑施工过程中的监测工作的不重视，从而造成较严重的工程事故，甚至造成人员伤亡事故。分析研究监测数据，可及时发现和预报险情及险情的发展程度，为设计方改进设计方案和施工方采取安全补救措施提供可靠依据。
二、建筑基坑变形监测的相关方法
（一）交会法
交会法是利用两个基准点和变形观测点，构成一个三角形，测定这个三角形的一些边角元素，从而求得变形观测点的位移变化量。这种方法适用于拱坝、曲线桥梁等非直线性建筑物位移监测，应用于基坑水平位移监测中，可以解决一些不规则形状的基坑监测问题，但是求一个变形观测点的位移变化量至少需要架设
两次仪器，增加了观测次数，同时增加了测量误差，而且这种方法计算比较繁琐。
（二）活动标牌法
活动标牌法是将活动标牌分别安置在各个观测点上，观测时使标牌中心在视线内，观测点对于基准线的偏离值可以在活动标牌的读数尺上直接测定。这种方法不需要计算，在现场可以直接得出变形结果，但是它不仅有测小角法的缺点，而且对活动标牌上的读数尺有很高的要求，成本较高。
（三）全站仪
全站仪法就是利用高精度的全站仪，架设在一个固定测站点上，选择另一固定点作为后视点，分别测定各变形观测点的平面坐标，然后将每次测量的结果与首次测量的结果相比较，可得出水平位移变化值。这种方法观测和计算都比较简便，且克服了测小角法的不足之处，应该是最好的一种方法，但是由于目前高精度全站仪的价格很贵，限制了这种方法的普及，同时由于目前最好的高精度全站仪测距精度为（1+1）ppm，所以，还不能满足一些深基坑水平位移监测的需求。
（四）测小角法
测小角法是在基坑一定距离以外建立基准点，选定一条基线，水平位移监测点尽量在基准线上，然后在一个基准点上架设精密经纬仪精确测定基线与测站点到观测点的视线之间微小角度变化，通过公式来计算水平位移的变化。这种方法观测和计算都比较简便，但是需要场地较为开阔，基准点离基坑要有一定的距离，避免基坑的变形对基准线有影响；同时要求基坑的形状比较规则，否则将大大增加测站点的个数，增加了观测成本。
三、建筑基坑变形监测的实施
（一）基坑变形监测技术的应用
1、监测工程基坑围护基本构造中水平位移情况
通常我们可以选择测小角法进行观测,具体就是基坑角度按照距离为1/5 000的精度进行观测测量一测回,其实就是使用精度较高的精密经纬装置仪器或者全站仪进行基坑基准线与置镜点距离基坑观测点视线中间夹的角度Ai(参照下图所示),之后按照以下公式进行偏移值(li)的计算:
li =Ai.Si/Q(其中,Si为基坑变形的A端点到基坑变形情况观测点Pi的距离,参数Q为206 265)
图 小角法观测基坑水平位移
2、监测基坑变形沉降大小
需要按照二级变形对一定等级标准的基坑沉降大小和所施工的建筑工程周边设施沉降大小进行测量。
3、测量建筑工程地下水位情况
按照简单常规的方法,通常我们都是依据四等水准,在基坑附近事先安排一定数量的地下水位情况测量井,之后选择购置水准仪实现建筑工程地下水位观测。
4、监测测斜即桩身水平位移情况
通常监测建筑工程基坑变形的支护结构水平位移情况是通过深层水平位移监测来实现支护桩以及建筑土体的变形情况。如果测量显示无外负荷情况下支护结构还发生了急剧增大的位移变动就证明此刻建筑工程的土体已经或即将受到轻微破坏。具体我们可以选择测斜甚至采取在建筑基坑桩身不一样标高的位置安置监测位移情况的目测监视点,但要注意这个监测要同时伴随着建筑施建基坑支护结构上部顶端的冠梁位移情况监测。
5、监测建筑工程支撑轴力情况
为了进行建筑工程支撑轴力情况监测,我们可以把受环境影响小、抗干扰性能强、使用年限较长的钢弦式钢筋应力计利用工具焊接在钢支撑梁的上面,以实现远距离的频率仪监测钢筋应力计频率变化情况监测,然后通过计算换算成可以
直接使用的钢筋应力数据。
6、监测建筑工程锚杆应力情况
由于有被测载荷施用于锚索测力计上,将引起弹性圆筒的变形并传递给振弦,转变成振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振钢弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至JTM-V10B型振弦式度数仪上,即可测读出频率值,从而计算出作用在锚索测力计的载荷值。
（二）监测点的布置及仪器的埋设
监测点的布置范围为基坑降水及土体开挖的影响区域，其基准点的埋设要求为略大于两倍的基坑深度，且布设合理才能经济有效。在确定测点布设前，必须知道基坑位置的地质情况和基坑的围护设计方案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。
原则上，能预埋的监测点应在工程开工前埋设完成，并保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项静态的初始值应测取完毕。水平、垂直位移的观测点应直接安装在被监测的建构筑物上。
测斜管（测地下土体、围护结构的侧向位移）的安装，应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位（基坑周边的中部、阳角处），一般沿平行于围护结构方向按 20～30m的间距布设；围护桩体测斜管的安装一般应在围护桩浇灌时放入；而地下土体测斜管的埋设分以下四步骤进行：
1、在预定的测斜管埋设位置钻孔
根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。
2、将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放大钻孔内
安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。
3、测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的
现象。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。
4、测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。
（三）提高监测精度的要点及应急监测的措施
1、监测精度及所采取的技术措施
沉降观测及水位观测采用DINI12电子水准仪，水平位移观测采用2秒级全站仪。监测精度要求如下：
水平位移和沉降观测监测精度按《建筑变形测量规程》(JGJ 8-2007)二级变形测量等级要求执行,其精度要求为:
（1）沉降观测
①水准测量测站观测高差中误差M0=±0.5mm。
②水准闭合路线,闭合差fw=±1.0(n为测站数)。
（2）水平位移观测
①水平位移观测观测坐标中误差为±3.0 mm。
②测角中误差为±2.0"。
③距離量测精度为1/5000。
2、技术措施
（1）为了确保各项监测项目的精度，投产的仪器必须按规定内容检查标定其主要技术指标，仪器检查合格后方能使用，并做记录归档。遇特殊情况(如受震、受损)随时检查、标定。不合格仪器坚决不能投入使用。
（2）水准测量采用闭合环或往返闭合观测方法。
（3）观测数据不能随意涂改。
（4）各监测项目变形量或测量值接近报警值时，及时报警，并提醒业主及有关单位注意。
3、基坑变形应急监测办法
（1）夏天
由于夏天雨水较多，这就要求我们在施工过程中加强对建筑工程围护安全问题的定时考察与监测，甚至可以选择在建筑工程的土方上面挖取设立一些坡面边坡监测位移的观测点。
（2）工程围护结构的渗漏问题
对于建筑工程围护结构发生渗漏的问题，我们可以通过提高监测工程坑外地下水位的同时，还应加强对工程渗漏处理后围护部位的安全审查与监测。
（3）工程施建处地面开裂
由于工程强度以及地变干裂等原因引起的开裂问题，我们可以定期检测裂缝部位沉降程度，以及加强对地表开裂后裂缝周边处理后围护位置的安全监察与监测。
参考文献
[1]高永刚.深基坑工程的变形监测[J].四川建材，2012.3.
[2]张荣富，苗志同.深基坑变形和受力监测技术的应用[J].山西建筑，2013.39.
[3]赵立中，黄强，房华乐，等.高层建筑物基坑变形的综合监测与预报[J].山东农业大学学报:自然科学版，2012.4.
关键词：建筑基坑；变形监测；全站仪；监测频率；精度
中图分类号： TV551.4文献标识码： A
一、建筑基坑变形监测的意义
（一）提供实时动态信息
基坑开挖过程中，由于各种因素的影响，基坑和周边建筑物和设施一直处于不稳定状态，并且其变化和变形无规律可循，这就必须靠施工现场的监测数据来了解基坑的实时变化，为施工单位提供动态的监测数据，方便施工单位安排施工方案和进度。
（二）掌握基坑变形程度
根据监测得到的数据，可以及时了解基坑及周边建筑物和设施在施工过程中所受的影响及影响程度，发生的变形及变形程度，为施工单位提供变形系统资料，方便施工单位安排施工方案和进度。
（三）发现和预报险情
根据很多已发生的基坑安全事故的工程分析、统计可知，几乎所有事故的发生都是由于施工单位对基坑施工过程中的监测工作的不重视，从而造成较严重的工程事故，甚至造成人员伤亡事故。分析研究监测数据，可及时发现和预报险情及险情的发展程度，为设计方改进设计方案和施工方采取安全补救措施提供可靠依据。
二、建筑基坑变形监测的相关方法
（一）交会法
交会法是利用两个基准点和变形观测点，构成一个三角形，测定这个三角形的一些边角元素，从而求得变形观测点的位移变化量。这种方法适用于拱坝、曲线桥梁等非直线性建筑物位移监测，应用于基坑水平位移监测中，可以解决一些不规则形状的基坑监测问题，但是求一个变形观测点的位移变化量至少需要架设
两次仪器，增加了观测次数，同时增加了测量误差，而且这种方法计算比较繁琐。
（二）活动标牌法
活动标牌法是将活动标牌分别安置在各个观测点上，观测时使标牌中心在视线内，观测点对于基准线的偏离值可以在活动标牌的读数尺上直接测定。这种方法不需要计算，在现场可以直接得出变形结果，但是它不仅有测小角法的缺点，而且对活动标牌上的读数尺有很高的要求，成本较高。
（三）全站仪
全站仪法就是利用高精度的全站仪，架设在一个固定测站点上，选择另一固定点作为后视点，分别测定各变形观测点的平面坐标，然后将每次测量的结果与首次测量的结果相比较，可得出水平位移变化值。这种方法观测和计算都比较简便，且克服了测小角法的不足之处，应该是最好的一种方法，但是由于目前高精度全站仪的价格很贵，限制了这种方法的普及，同时由于目前最好的高精度全站仪测距精度为（1+1）ppm，所以，还不能满足一些深基坑水平位移监测的需求。
（四）测小角法
测小角法是在基坑一定距离以外建立基准点，选定一条基线，水平位移监测点尽量在基准线上，然后在一个基准点上架设精密经纬仪精确测定基线与测站点到观测点的视线之间微小角度变化，通过公式来计算水平位移的变化。这种方法观测和计算都比较简便，但是需要场地较为开阔，基准点离基坑要有一定的距离，避免基坑的变形对基准线有影响；同时要求基坑的形状比较规则，否则将大大增加测站点的个数，增加了观测成本。
三、建筑基坑变形监测的实施
（一）基坑变形监测技术的应用
1、监测工程基坑围护基本构造中水平位移情况
通常我们可以选择测小角法进行观测,具体就是基坑角度按照距离为1/5 000的精度进行观测测量一测回,其实就是使用精度较高的精密经纬装置仪器或者全站仪进行基坑基准线与置镜点距离基坑观测点视线中间夹的角度Ai(参照下图所示),之后按照以下公式进行偏移值(li)的计算:
li =Ai.Si/Q(其中,Si为基坑变形的A端点到基坑变形情况观测点Pi的距离,参数Q为206 265)
图 小角法观测基坑水平位移
2、监测基坑变形沉降大小
需要按照二级变形对一定等级标准的基坑沉降大小和所施工的建筑工程周边设施沉降大小进行测量。
3、测量建筑工程地下水位情况
按照简单常规的方法,通常我们都是依据四等水准,在基坑附近事先安排一定数量的地下水位情况测量井,之后选择购置水准仪实现建筑工程地下水位观测。
4、监测测斜即桩身水平位移情况
通常监测建筑工程基坑变形的支护结构水平位移情况是通过深层水平位移监测来实现支护桩以及建筑土体的变形情况。如果测量显示无外负荷情况下支护结构还发生了急剧增大的位移变动就证明此刻建筑工程的土体已经或即将受到轻微破坏。具体我们可以选择测斜甚至采取在建筑基坑桩身不一样标高的位置安置监测位移情况的目测监视点,但要注意这个监测要同时伴随着建筑施建基坑支护结构上部顶端的冠梁位移情况监测。
5、监测建筑工程支撑轴力情况
为了进行建筑工程支撑轴力情况监测,我们可以把受环境影响小、抗干扰性能强、使用年限较长的钢弦式钢筋应力计利用工具焊接在钢支撑梁的上面,以实现远距离的频率仪监测钢筋应力计频率变化情况监测,然后通过计算换算成可以
直接使用的钢筋应力数据。
6、监测建筑工程锚杆应力情况
由于有被测载荷施用于锚索测力计上,将引起弹性圆筒的变形并传递给振弦,转变成振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振钢弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至JTM-V10B型振弦式度数仪上,即可测读出频率值,从而计算出作用在锚索测力计的载荷值。
（二）监测点的布置及仪器的埋设
监测点的布置范围为基坑降水及土体开挖的影响区域，其基准点的埋设要求为略大于两倍的基坑深度，且布设合理才能经济有效。在确定测点布设前，必须知道基坑位置的地质情况和基坑的围护设计方案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。
原则上，能预埋的监测点应在工程开工前埋设完成，并保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项静态的初始值应测取完毕。水平、垂直位移的观测点应直接安装在被监测的建构筑物上。
测斜管（测地下土体、围护结构的侧向位移）的安装，应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位（基坑周边的中部、阳角处），一般沿平行于围护结构方向按 20～30m的间距布设；围护桩体测斜管的安装一般应在围护桩浇灌时放入；而地下土体测斜管的埋设分以下四步骤进行：
1、在预定的测斜管埋设位置钻孔
根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。
2、将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放大钻孔内
安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。
3、测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的
现象。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。
4、测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。
（三）提高监测精度的要点及应急监测的措施
1、监测精度及所采取的技术措施
沉降观测及水位观测采用DINI12电子水准仪，水平位移观测采用2秒级全站仪。监测精度要求如下：
水平位移和沉降观测监测精度按《建筑变形测量规程》(JGJ 8-2007)二级变形测量等级要求执行,其精度要求为:
（1）沉降观测
①水准测量测站观测高差中误差M0=±0.5mm。
②水准闭合路线,闭合差fw=±1.0(n为测站数)。
（2）水平位移观测
①水平位移观测观测坐标中误差为±3.0 mm。
②测角中误差为±2.0"。
③距離量测精度为1/5000。
2、技术措施
（1）为了确保各项监测项目的精度，投产的仪器必须按规定内容检查标定其主要技术指标，仪器检查合格后方能使用，并做记录归档。遇特殊情况(如受震、受损)随时检查、标定。不合格仪器坚决不能投入使用。
（2）水准测量采用闭合环或往返闭合观测方法。
（3）观测数据不能随意涂改。
（4）各监测项目变形量或测量值接近报警值时，及时报警，并提醒业主及有关单位注意。
3、基坑变形应急监测办法
（1）夏天
由于夏天雨水较多，这就要求我们在施工过程中加强对建筑工程围护安全问题的定时考察与监测，甚至可以选择在建筑工程的土方上面挖取设立一些坡面边坡监测位移的观测点。
（2）工程围护结构的渗漏问题
对于建筑工程围护结构发生渗漏的问题，我们可以通过提高监测工程坑外地下水位的同时，还应加强对工程渗漏处理后围护部位的安全审查与监测。
（3）工程施建处地面开裂
由于工程强度以及地变干裂等原因引起的开裂问题，我们可以定期检测裂缝部位沉降程度，以及加强对地表开裂后裂缝周边处理后围护位置的安全监察与监测。
参考文献
[1]高永刚.深基坑工程的变形监测[J].四川建材，2012.3.
[2]张荣富，苗志同.深基坑变形和受力监测技术的应用[J].山西建筑，2013.39.
[3]赵立中，黄强，房华乐，等.高层建筑物基坑变形的综合监测与预报[J].山东农业大学学报:自然科学版，2012.4.