淺議基坑監(jiān)測(cè)方法研究及基坑變形特性

黃仁海

(中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200063)

1 基坑工程監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容

基坑工程監(jiān)測(cè)需要對(duì)變形情況和應(yīng)力等進(jìn)行全方位的監(jiān)測(cè)?；庸こ瘫O(jiān)測(cè)工作需要按照設(shè)計(jì)要求展開，基坑周圍環(huán)境以及開挖情況需要在施工方案中有明確的規(guī)定，對(duì)環(huán)境提前進(jìn)行了解。監(jiān)測(cè)方案中應(yīng)該包括監(jiān)測(cè)的目的和方法等，同時(shí)還需要對(duì)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)所使用的設(shè)備等有詳細(xì)的說明，具體如表1所示。按照基坑施工的安全性，針對(duì)性的選擇監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，分為必須選擇的項(xiàng)目和根據(jù)情況進(jìn)行選擇的項(xiàng)目[1]。

表1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及對(duì)象與方法

2 基坑監(jiān)測(cè)的主要方法

2.1 水平位移監(jiān)測(cè)

基坑水平位移監(jiān)測(cè)包括多方面的內(nèi)容，是對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系等進(jìn)行全方位的檢測(cè)[2]，可以用交會(huì)法、極坐標(biāo)法對(duì)基坑進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，如果在監(jiān)測(cè)的過程監(jiān)測(cè)體水平位移要求比較高，需要使用精密度比較高的儀器進(jìn)行兩次以上的監(jiān)測(cè)，不僅對(duì)觀測(cè)工作增加了困難，而且在測(cè)量過程中誤差累積比較多，計(jì)算過程比較繁瑣[3]。在對(duì)形狀呈線性的基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以采用小角度的方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方法沒有繁瑣的內(nèi)容，容易進(jìn)行操作，但是對(duì)于測(cè)站點(diǎn)要求比較高，需要保持通視的狀態(tài)，測(cè)站點(diǎn)如果設(shè)置得比較多，觀測(cè)的費(fèi)用也會(huì)隨之增加[4]。GPS定位法在監(jiān)測(cè)過程中精確度比較高，可以在任意時(shí)間進(jìn)行隨時(shí)的監(jiān)測(cè)，但是需要開闊的空間。水平位移監(jiān)測(cè)需要等監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)體連接牢固后，再進(jìn)行測(cè)量，以保證測(cè)量的結(jié)果能準(zhǔn)確反映監(jiān)測(cè)體的位移。

2.2 豎向位移監(jiān)測(cè)

基坑豎向位移監(jiān)測(cè)可以對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系等進(jìn)行豎向變形監(jiān)測(cè)。基坑垂直位移可以使用幾何水準(zhǔn)或液體靜力水準(zhǔn)等方法進(jìn)行測(cè)量。在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，需要建立合理的高程基準(zhǔn)控制網(wǎng)及精度，可以采用精密幾何水準(zhǔn)法，如果該方法在實(shí)際工程實(shí)施困難時(shí)，可以使用三角高程測(cè)量法進(jìn)行針對(duì)性的測(cè)量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量的次數(shù)需要保持一致。坑底反彈需要的高程監(jiān)測(cè)過程和精度等與其他方法要求相比較，這種方法在操作過程中非常容易，數(shù)據(jù)讀取也比較精準(zhǔn)，可以從根本提升工作效果，保證監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性[5]。

2.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在對(duì)基坑進(jìn)行施工時(shí)，基坑的不同壓力始終處在變化的過程中。根據(jù)基坑的力學(xué)特性，當(dāng)壓力比較大時(shí)，可以針對(duì)性地布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并對(duì)壓力進(jìn)行準(zhǔn)確讀取，使不同方向的力都可以保持垂直度的狀態(tài)，避免水壓過大問題的產(chǎn)生。在基坑支護(hù)系統(tǒng)中，需要對(duì)受力構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如應(yīng)力有異常，及時(shí)采取措施保證應(yīng)力的穩(wěn)定性，避免構(gòu)件出現(xiàn)安全問題。應(yīng)力計(jì)目前已經(jīng)在監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，在對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行確定時(shí)，需要科學(xué)的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確的計(jì)算，在對(duì)元件進(jìn)行安裝時(shí)，需要對(duì)應(yīng)力計(jì)安裝的方法、位置、溫度、防水等進(jìn)行控制，為此操作人員必須嚴(yán)格按照安裝的實(shí)際要求進(jìn)行針對(duì)性的控制，以保證傳感器的成活，及測(cè)量誤差。

2.4 地下水位的監(jiān)測(cè)及基坑裂縫監(jiān)測(cè)

地下水位監(jiān)測(cè)在基坑工程中非常重要，需要對(duì)基坑水位進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，因?yàn)榈叵滤蛔兓瘯?huì)直接影響基坑邊坡的穩(wěn)定性，如果地下水位變化性比較大，將會(huì)使地表出現(xiàn)塌陷等問題，同時(shí)還會(huì)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。目前，在地下水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以采用電測(cè)水位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)將電測(cè)水位計(jì)置于水中時(shí)，就會(huì)發(fā)出特別的聲音開始進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)水面高度進(jìn)行讀取。裂紋基坑監(jiān)測(cè)具體來說就是對(duì)基坑周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，使用游標(biāo)卡尺對(duì)裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量，使相關(guān)人員可以對(duì)裂縫情況有及時(shí)的了解，在對(duì)裂縫深度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以使用游標(biāo)卡尺，同時(shí)相關(guān)人員可以采取正確的方法進(jìn)行處理，使裂縫問題可以得到有效的解決。

3 基坑變形特性分析

1)最大側(cè)向位移與開挖深度的關(guān)系(見圖1)。根據(jù)工程實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)移，在沒有支撐的情況下，可以對(duì)基坑開挖的深度和位置移動(dòng)情況等進(jìn)行確定，圖1對(duì)側(cè)移與基坑深度之間的關(guān)系進(jìn)行了梳理。

圖1 最大相對(duì)側(cè)移與開挖深度的關(guān)系

從圖1可以看出，側(cè)移的范圍會(huì)受到數(shù)據(jù)離散性的影響。當(dāng)開挖深度比較淺時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)可選擇的數(shù)量比較多，只有少數(shù)會(huì)使用連續(xù)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其中灌注樁的變形情況相對(duì)比較不明顯。在深度逐漸提高時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及地下連續(xù)墻，會(huì)因?yàn)樯疃鹊淖兓?，降低?cè)移的數(shù)據(jù)離散性，其數(shù)值相對(duì)也會(huì)更加穩(wěn)定。說明變形會(huì)受到深度的影響，通過采取有效的措施對(duì)變形情況進(jìn)行控制，變形情況有所改善。同時(shí)，圖1中絕大多數(shù)的基坑側(cè)移都與實(shí)際要求之間出現(xiàn)偏差，所以基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)并沒有統(tǒng)一、固定。

2)最大側(cè)向位移位置與開挖深度的關(guān)系(見圖2)。土體的性質(zhì)會(huì)直接影響圍護(hù)體的結(jié)構(gòu)，基坑開挖在不同階段圍護(hù)體位置都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，與開挖深度有緊密的聯(lián)系。從圖2中可以看出在挖到基坑底部附近時(shí)會(huì)發(fā)生圍護(hù)體的最大側(cè)向變形，與相關(guān)數(shù)據(jù)中要求的深度相符合，同時(shí)當(dāng)基坑的開挖深度比較深時(shí)，在基坑底部位置會(huì)發(fā)生最大范圍的變形。隨著開挖深度的不斷變深，發(fā)生變形的測(cè)點(diǎn)數(shù)目也會(huì)逐漸增加，主要就是因?yàn)槠涫艿酵翆有再|(zhì)的影響，當(dāng)開挖深度逐漸增大時(shí)，圍護(hù)體的最大側(cè)向變形也會(huì)更加嚴(yán)重，普遍將在挖至坑底位置發(fā)生。

圖2 最大側(cè)移埋深與開挖深度的關(guān)系

4 結(jié) 論

基坑施工的重要性日益凸顯，對(duì)基坑進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，可以對(duì)基坑變形情況有明確的了解，并以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)基坑變形情況進(jìn)行控制，提高施工的安全性，為工程開展增加更多的經(jīng)濟(jì)收益，并減少成本的投入。