【摘 要】文章概述了基坑变形的机理，以及基坑变形监测的目的、内容、所需仪器，并结合工程实例，分析了变形监测技术在建筑基坑工程中的应用。
【关键词】建筑工程；基坑；变形监测
随着我国经济的高速发展，高层、超高层建筑大量兴建，深基坑工程越来越多，而深基坑开挖和暴露期间的安全，会直接影响到周围建筑、公路、管线等的基础稳定。深基坑开挖后，由于土体平衡被打破而导致土应力发生改变，土体支护结构及本身出现变形，导致周边建筑物出现不同的沉降、位移、挠曲、倾斜和裂缝等现象，因此在基坑施工过程中，不仅要对基坑及周边建筑物进行连续的变形观测，也要对发现的问题，及时采取措施，做好预防工作，确保建（构）筑物的安全。
一、基坑变形
（一）基坑变形概述
基坑在开挖施工过程中由于受基坑土质、开挖深度及尺寸、周围荷载、支护系统及施工方法等诸多因素影响，变形将是不可避免的。尽量减少基坑开挖对周边环境的影响。加强对基坑周边建筑物、基坑土体及支护桩的位移等进行变形监测。尽可能的对它们在后续施工中的变形进行预测。了解其有无较大的不均匀沉降，以便采取有效的补救措施等，是现代建筑基坑施工中面临的必须解决的重要问题。
（二）基坑变形机理
深基坑无论是哪种形式的变形，究其原因，主要是由于基坑开挖而导致的基坑周围地层移动。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，卸载会引起土体在水平或者垂直方向上原始应力的改变。随着基坑的开挖，水平方向上由于坑内外土压力的作用而使围护结构产生位移，周边地表产生沉降。垂直方向上由于基坑内外高差所形成的加载和地面各种超载的作用而使坑底产生向上的隆起。这就是基坑变形机理
二、基坑变形监测
（一）基坑变形监测的目的
在基坑施工过程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件等复杂因素的影响，很难单纯从理论上预测施工中遇到的问题。基坑工程的设计预测和预估只能够大致描述正常施工条件下，围护结构与相邻环境的变形规律和受力范围，仅此是不够的，还必须在基坑开挖和支护施工期间开展严密的现场监测。基坑工程施工及地下结构施工期间，应对基坑支护结构受力和变形、周边建筑物等保护对象进行系统的监测，通过监测，及时掌握基坑开挖及施工过程中支护结构的实际状态及周边环境的变化情况，做到及时预报，为基坑边坡和周边环境的安全与稳定提供监控数据，防患于未然；同时通过监测资料与设计参数的对比，可以分析设计的正确性与合理性，科学合理的安排下一步工序，必要时及时修改设计，使设计更加合理，施工更加安全，相邻建筑物不受施工的危害。在实际施工中我们经常采用信息化施工的方法，实施边施工边监测，并及时反馈监测结果。通过信息化施工，监测小组与驻地监理、设计、业主及相关各方建立良性的互动关系，积极进行资料的交流和信息的反馈，进一步优化设计，调整方案，确保工程施工的顺利进行和构筑物的安全。
（二）基坑变形监测的内容
（1）水平位移监测。围护结构顶部水平位移是围护结构变形最直观的体现，是整个监测过程的重点。围护结构变形是由于水平方向上基坑内外土体的原始应力状态改变而引起的地层移动。基坑开挖时水平方向影响范围为1.5倍开挖深度，水平位移及沉降的监测控制点一般设置在基坑边2.5～3.0倍开挖距离以外的稳定区域。变形监测点的布置和观测间隔应遵循以下原则：间隔5～8m布设一个变形监测点，在基坑阳角处、距周围建筑物较近处等重要部位适当加密布点。基坑开挖初期，可每隔2～3d观测一次；开挖深度超过5m到基坑底部的过程中，可适当增加观测次数，以1d观测一次为宜。特殊情况要继续增加监测频次，甚至实时监测。
（2）垂直沉降观测。沉降监测高程控制网测量：采用独立水准系。在远离施工影响范围以外两侧各布置一组稳固水准点。沉降变形监测基准网以上述永久水准基准点作为起算点，组成水准网进行联测。
（3）沉降监测。基坑围护结构的沉降多与地下水活动有关。地下水位的升降使基底压力产生不同的变化，造成基底的突涌或下陷。通常使用精密电子水准仪按水准测量方法对围护结构的关键部位进行沉降监测。观测的周期、时间和次数，应根据工程的性质、施工进度、地基地质情况及基础荷载的变化情况而定。
（4）倾斜监测。倾斜监测应根据监测对象的现场条件，采用垂准法或外部投点法。垂准法应在下部测点上安置光学垂准仪或激光垂准仪，在顶部监测点上安置接收靶，在靶上直接读取或量取水平位移量与位移方向。外部投点法应采用经纬仪瞄准上部观测点，在底部观测点位置安置水平读数尺直接读取倾斜量，换算成倾斜度。经纬仪正、倒镜法各观测1次取平均作为最终结果。
（5）裂缝监测。地基发生不均匀沉降后，基础产生相对位移，建筑物出现倾斜。倾斜使结构上产生附加拉力和剪力，当应力大于材料的承载能力时即会出现裂缝。裂缝多出现在房屋下部沉降变化剧烈处附近的纵墙。对裂缝的观测应统一编号，每条裂缝至少布设二组（两侧各一个标志为一组）观测标志，裂缝宽度数据应精确至0.1mm，一组在裂缝最宽处，另一组设在裂缝末端。并对裂缝观测日期、部位、长度、宽度进行详细记录
（6）道路、管线变形监测。基坑开挖过程中，应同时对邻近道路、管线等设施进行水平位移和沉降观测。尽可能以仪器观测或测试为主、目测调查为辅相结合，通过目测对仪器观测进行定性补充。例如：目测调查周围地面的超载状况，周围建（构）筑物和地面的裂缝分布，周围地下管线的变位与损坏，边坡、支护结构渗漏水状况或基坑底面流土流砂现象。
（三）基坑工程监测仪器
（1）水准仪应用于基坑围护结构的沉降观测。基坑周围地表、地下管线、四周建筑物的沉降。基坑支撑结构的差异沉降。确定分层沉降管、地下水位观测孔、测斜管的管顶标高。
（2）经纬仪可以用作周围建筑物、地下管线的水平位移测量。主要用在：围护结构的顶面及各层支撑的水平位移和测斜管顶的绝对水平位移测量上。
（3）测斜仪按其工作原理有伺服加速度式、电阻应变片式、差动电容式、钢弦式等多种。比较常用的是伺服加速度式、电阻应变片式两种，伺服加速度式测斜仪精度较高，目前用得较多。
（4）钢筋计可用于测量基坑围护结构沿深度方向的应力换算为弯矩。基坑支撑结构的轴力、平面弯矩。结构底板所受弯矩。另外还有土压力计和孔隙水压计。
三、工程案例分析
某工程地下2层，用作地下停车库。基坑开挖深度（场内地面计起）平均8.25m，平面面积约5476m2，基坑周边长约329m。基坑支护结构形式为：①为防止边坡出现较大的变形，边坡支护采用刚度较好的“人工挖孔桩+预应力锚索”支护结构；②在支护桩外侧采用单排深层搅拌桩止水，防止基坑开挖引起四周地下水位下降，导致周边建筑物开裂并危及市政管线的安全；基坑侧壁安全等级为一级。
（一）水平位移监测
水平位移监测主要采用极坐标法。本项目支护结构顶部水平位移监测点沿基坑四周布设，共设20个，根据《工程测量规范》和JGJ/T897《建筑变形测量规程》中对水平位移变形测量的有关细则和二等水平位移测量精度要求进行。采用莱卡全站仪进行观测，在被测设的点位上可以安置棱镜的条件下，用极坐标法放样观测墩中心位置并检查是否稳定。在稳定的的前提下，以观测墩为基础对监测点进行变形监测，按计算的放样数据角度和距离测设点位。采取多个测回测量取其平均值减少角度误差；用多次观测法；对全站仪进行精密检定；选择在温度稳定，湿度变化不大的天气观测等，以减少测距误差。
式中a、b分别为测距仪固定误差和比例误差。可见，位移点点位误差与观测距离和测角中误差均成正比例关系。
观测结果表明，基坑南侧A02测点的最大变形速率达0.2mm/d，整个监测过程最大位移量为A13测点的1.6mm，均超出设计报警值。由于此期间业主、监理及施工单位根据实际情况及时采取基坑周边禁止堆放超重荷载、局部加固等有效措施，位移量及变形速率开始减小，变形量未再继续发展。在土方开挖过程中，根据监测反映的情况采取一系列相应措施，基坑变形幅度不大，变形速率变缓且趋于稳定，最终监测到的最大位移量为A13N点的1.6mm。由最后1个监测周期数据可计算出各监测点的变形速率均小于0.1mm/d，说明基坑水平变形微小，基坑已趋于稳定。由于作业员细心观测，点位中误差均在毫米级水平，达到了监测的要求。
（二）沉降观测
沉降观测采用工程测量方法，监测仪器使用精密电子水准仪，观测精度为0.3mm，观测时按照精密水准测量（国家二等水准测量）的技术要求进行。观测路线要固定，观测时要前后视距相等，采用后一前一前后的观测顺序，测站数尽可能为偶数，一个测站调焦一次，前后视距用钢尺丈量，往返观测形成闭合环线，闭合差限差为± （n为测站数）。
沉降监测基点为标准水准点（高程已知），监测时通过测得各监测点与水准点（基点）的高差h，可得到各监测点的标准高程Ht，然后与上次测得的高程值进行比较，其差值△H即为该测点的沉降值。
观测结束后对观测成果进行整理，待观测数据各项限差满足《规范》要求后，采用测量平差软件进行严密平差，求得各点高程并作精度评定。
参考文献：
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