深基坑监测的基本概念
2011-12-30 来源：作者：孙立人 来源：网络
1、引言
随着城市建设的发展，上海市区的地价日趋昂贵。向空中求发展、向地下深层要土地便成了建筑商追求经济效益的常用手段。在建筑工程市场上，三层的地下室已是司空见惯，随之而来的基坑施工的开挖深度也从最初的5～7m发展到目前最深已达15m，地铁的深度更是超过了15m。从80年代以来，我国从深圳的第一座深基坑设计施工至今，已积累了丰富的理论和实践经验。当初深度达到5m的就被定义为深基坑，而今天，可被定义为深基坑的深度则应为7m以上。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案，往往含有许多不确定因素，尤其是对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。当前，基坑监测与工程的设计、施工同被列为深基坑工程质量保证的三大基本要素。
运用常规测量手段搞变形监测，在上海测绘院已有悠久的历史了，并在道路、管线、建筑物的沉降、位移监测方面积累了丰富的经验。但在今天，非表面的沉降、位移监测已发展成为深基坑监测的主要内容。再停留在用常规的测量手段搞监测，在基坑监测市场中已占不到份额了。本文就深基坑监测的技术要点作一点介绍，为我院重返监测市场作点努力。
2、深基坑监测的意义
深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境——地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。
3、深基坑监测的内容
深基坑施工，必须要有一定的围护结构用以挡土、挡水。围护设施必须安全有效。浅基坑的围护结构以前常用的是钢板桩或混凝土板桩；深基坑则大多采用现场浇灌的地下连续墙结构或排桩式灌注桩结构，并配以混凝土搅拌桩或树根桩止水。开挖时，坑内必须抽去地下水，7~15m深的基坑，中间必须配二到三道水平支撑，水平支撑采用钢管式结构或钢筋混凝土结构。围护结构必须安全可靠，并能确保施工环境稳定。从经济角度来讲，好的围护设计应把安全指标取在临界点附近，再靠现场监测提供的动态信息反馈来调整施工方案。
以下内容是监测目前能够做到的也是应该做到的项目：
（1）地下管线、地下设施、地面道路和建筑物的沉降、位移。
（2）围护桩地下桩体的侧向位移（桩体测斜）、围护桩顶的沉降和水平位移。
（3）围护桩、水平支撑的应力变化。
（4）基坑外侧的土体侧向位移（土体测斜）。
（5）坑外地下土层的分层沉降。
（6）基坑内、外的地下水位监测。
（7）地下土体中的土压力和孔隙水压力。
（8）基坑内坑底回弹监测。
4、测点的布设
测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。在确定测点的布设前，必须知道基地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，能埋的测点应在工程开工前埋设完成，并应保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项静态初始值应测取完毕。沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上，只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点，则可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点，此时的模拟桩的深度应稍大于管线深度，且地表应设井盖保护，不止于影响行人安全；如果马路上有管线设备（如管线井、阀门等）的话，则可在设备上直接设点观测。
测斜管（测地下土体、围护桩体的侧向位移）的安装：测斜管应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑围护结构以20~30m的间距布设；围护桩体测斜管应在围护桩体浇灌混凝土时放入；地下土体测斜管的埋设须用钻机钻孔，放入管子后再用黄砂填实孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或设井框保护。测斜管的埋设要注意十字槽须与基坑边垂直。
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，埋设方法与地下土体测斜管的埋设相同。
分层沉降管的埋设也与测斜管的埋设方法相同。埋设时须注意波纹管外的铜环不要被破坏；一般情况下,铜环每1m放一个比较适宜。基坑内也可用分层沉降管来监测基坑底部的回弹，当然基坑的回弹也可用精密水准测量法解决。
土压力计和孔隙水压力计，是监测地下土体应力和水压力变化的手段。对环境要求比较高的工程，都须安装。孔隙水压力计的安装，也须用到钻机钻孔，在孔中可根据需要按不同深度放入多个压力计，再用干燥粘土球填实，待粘土球吸足水后，便将钻孔封堵好了。土压力计要随基坑围护结构施工时一起安装，注意它的压力面须向外；并根据力学原理，压力计应安装在基坑的隐患处的围护桩的侧向受力点。这两种压力计的安装，都须注意引出线的编号和保护。
应力计是用于监测基坑围护桩体和水平支撑受力变化的仪器。它的安装也须在围护结构施工时请施工单位配合安装，一般选方便的部位，选几个断面，每个断面装二只压力计，以取平均值；应力计必须用电缆线引出，并编好号。编号可购置现成的号码圈，套在线头上，也可用色环来表示，色环编号的传统习惯是用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白分别代表数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。
测点布设好以后，必须绘制在地形示意图上。各测点须有编号，为使点名一目了然，各种类型的测点要冠以点名，点名可取测点的汉语拼音的第一个字母再拖数字组成，如应力计可定名为：YL一1，测斜管可定名为：CX一1，如此等等。
5、数据观测
根据经验知道，基坑施工对环境的影响范围为坑深的3~4倍，因此，沉降观测所选的后视点应选在施工的影响范围之外；后视点不应少于二点。沉降观测的仪器应选用精密水准仪，按二等精密水准观测方法测二测回，测回校差应小于±lmm。地下管线、地下设施、地面建筑都应在基坑开工前测取初始值。在开工期问，应根据需要不断测取数据，从几天观测一次到一天观测几次都可以；每次的观测值与初始值比较即为累计量，与前次的观测数据相比较即为日变量。根据公认的数据，日变量大于3mm，累计变量大于10mm即应向有关方面报警。
位移监测点的观测一般最常用的方法是偏角法．同样，测站点应选在基坑的施工影响范围之外。外方向的选用应不少于3点，每次观测都必须定向，为防止测站点被破坏，应在安全地段再设一点作为保护点，以便在必要时作恢复测站点之用。初次观测时，须同时测取测站至各测点的距离，有了距离就可算出各测点的秒差，以后各次的观测只要测出每个测点的角度变化就可推算出各测点的位移量。观测次数和报警值与沉降监测相同。当然也可用坐标法来测取位移量。
地下水位、分层沉降的观测，首次必须测取水位管管口和分层沉降管管口的标高。从而可测得地下水位和地下各土层的初始标高。在以后的工程进展中，可按需要的周期和频率，测得地下水位和地下各土层标高的每次变化量和累计变化量。地下水位和分层沉降的报警值，应由设计人员根据地质水文条件来确定。
测斜管的管口必须每次用经纬仪测取位移量，再用测斜仪测取地下土体的侧向位移量，再与管口位移量比较即可得出地下土体的绝对位移量。位移方向一般应取直接的或经换算过的垂直基坑边方向上的分量。应力、水压力、土压力的变量的报警值同样由设计人员确定。
监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都须写明：初始值、本次变化量、累计变化量。工程结束后，应对监测数据，尤其是对报警值的出现，进行分析，绘制曲线图，并编写工作报告。因此，记录好工程施工中的重大事件是监测人员必不可少的工作。
6、结束语
监测工程是一项竞争颇为激烈的项目。特别是上海，由于房产市场仍较兴旺，监测有一定的市场，尽管深基坑在我国也有十多年的施工历史，但至今并末形成一定的理论规范，设计者的依据仍然都是地质勘探资料和室内土工试验参数，再用经典力学理论来推算设计指标；其中，一方面是，复杂的地下环境被理想化和模式化了；另一方面，为了工程安全，各类设计安全指标往往取得很大，这样，就大大加大了工程的投资。所以，好的设计方案，把指标取值定位在临界点上，在施工中，再靠监测的动态信息反馈来保证施工安全；这样的方案，应该讲是最经济有效的。然而，目前的建筑市场上的投资者并不都理解这一点。他们往往拉掉监测或减少监测内容和次数来降低自己的投资支出。名符其实的抓了芝麻丢了西瓜。
由于上海的施工环境太复杂，各类基坑施工大小问题经常发生，特别是深基坑施工，保险系数定得再大，现场问题还是防不胜防。广东路“沧洲大厦”基坑的塌方给整个上海建筑市场敲响了警钟。上海市建委针对此事又一次对深、浅基坑的施工作了明确规定：深基坑的设计方案必须请市建科委组织专家评审，在基坑施工期间必须请有资质的第三方进行监测；监测数据必须由监测单位直接寄送各有关单位，日变量大于3mm，累计变量大于l0 mm时，报告上必须加盖红色报警章。
任何有监测资质的第三方，都在监测市场上进行着激烈的竟争。上海市测绘院曾在监测市场上有着几十年的常规监测的经验，但由于长期缺少参与监测技术市场的同步发展，对深基坑的监测技术基本是个空白，更缺少一定的资料结累和技术总结。本文的粗浅论述，仅旨在起点抛砖引玉的作用。
