深基坑监测技术及进展

深基坑监测技术及进展

赵国宇

赵国宇

广州市稳建工程检测有限公司510000

摘要：随着我国经济建设的推进，越来越多的高大建筑开始向纵向空间发展，而基坑工程也随之逐渐扩大。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，基坑变形将是不可避免的。为了保证基坑工程施工质量，保证工程自身稳定和周边环境的安全，必须要在施工过程中进行基坑监测来指导下一步的施工。

关键词：基坑工程；基坑变形；基坑监测

由于城市的迅猛发展，深基坑问题逐渐成了设计和施工的重要问题之一。为了确保基坑设计、施工的可靠性，除了在分析模型、计算方法、选用概率理论来尽量拟合实际情况以外，还必须进行现场监测。现场监测作为确保基坑工程施工安全可靠进行的必要和有效手段，对于验证原设计方案、局部调整施工参数以及改进和提高设计水平等具有现实的指导意义。

1.基坑施工监测的主要内容及技术

基坑支护工程的破坏形式比较多样，主要表现形式为强度和位移破坏，其中又以位移值超过预定值为重要组成部分，基坑的监测也以位移监测为主要目的。基坑支护结构的现场监测根据所测试的位置不同大致可以分为基坑内部结构测试和周围环境测试（包括周围管线等地下设施、周围建筑物以及土层。对基坑周围环境监测主要进行应变、应力检测以及地下水位监测）两大部分。文中只针对基坑内部结构测试进行综述。

1.1基坑支护位移监测

基坑支护位移控制是整个监测系统的重中之重。支护结构顶部的水平位移和垂直沉降是基坑工程中最直接、最重要的观测内容。测点一般布置在钢筋混凝土圈梁表面上，监测点水平间距不宜大于20m，每边监测点数目不宜少于3个，关键部位应加密测点。主要是为了找出基坑支护结构上任一点的水平位移和垂直位移与固定参照点的相应值之间的变化，构成变形曲线。固定参照点应选择不受深基坑工程施工影响的点，尽量设置在距离基坑2倍~3倍开挖深度的水平距离之外。

支护结构的深层挠曲变形观测，主要通过支护结构倾斜位移体现，是深基坑位移控制的主要手段：假设支护结构底端没有水平位移，支护结构任意一点与支护结构底部的相对水平位移即为支护结构的倾斜位移。测斜装置一般由测斜管、测斜仪以及测读仪组成。测斜管的长度应与支护结构长度一致，并延伸至地表。国内多采用圆形PVC测斜管。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。常用的是伺服加速度式和电阻应变片式两种。

1.2基坑支护结构体系应力监测

对支护结构体系内力进行监测，包括对支护结构以及支撑结构进行监测。支护结构内力的测量主要是通过测定构件受力钢筋的应力，再根据钢筋和混凝土共同工作以及变形协调条件反算得到。钢筋的应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋的应力传感器（钢筋计）得到。钢筋计的主要作用为：1）可用于测量基坑围护结构沿深度方向的应力并换算为弯矩；2）基坑支撑结构的轴力、平面弯矩；3）结构底板所受弯矩。目前使用较多的钢筋计有钢弦式和电阻应变式两种。钢筋计布置的间距一般为2m~4m，由结构的重要性和监测需求而定。

土压力的监测一般在围护结构迎土面处预埋土压力计。土压力计有电阻式和钢弦式两种，钢弦式最常用。如果土压力计绑扎在围护结构的钢筋上，则在浇混凝土时，难以保证混凝土不包裹土压力计。最好的安装方法还是在围护结构的外面钻孔埋设土压力计，并在孔中注入与土体性质基本一致的物质，填实空隙。

1.3孔隙水压力监测

孔隙水压力的量测在控制由支护结构引起的地表隆起、基坑开挖或沉井下沉等导致的地表沉降方面起着十分重要的作用。由于饱和粘土受荷时，首先产生的是孔隙水压力的增加或减小，随后才是固体颗粒的固结变形，所以孔隙水压力的变化是土层沉降的预兆。孔隙水压力计可量测土体中任意位置的孔隙水压力大小。目前，国内外所使用的孔隙水压力计的种类较多，振弦式、电阻片式、差动式、双管液压式及水管式等。常用的孔隙水压力探头一般分为钢弦式、电阻式和气动式三种，探头的埋设通常采用钻孔法。

1.4坑内土层监测

坑内土层监测主要指基底垂直隆起的监测，一般使用仪器为水准仪。由于基底垂直隆起相对其他并不是主要的破坏形式，因而不必要对每个工程都进行监测，只对重要性建筑以及土质较差的建筑物进行监测。

2.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。光纤传感器由于其特点，可在基坑工程中应用，可随钢筋混凝土结构埋入地下，进行实时、动态检测，但光纤传感器在某些地方也略显不足。要实现光纤传感器在基坑工程中的应用，核心的内容就是解决好光纤传感器在基坑结构中埋入（或粘贴）的问题：在结构中不能任意摆放，光纤埋入时，混凝土的捣实、固化等可能会损害光纤传感器，导致埋入光纤传感器的存活率不高。一般可以在光纤传感器外套上金属导管（在混凝土捣实还没有固结以前，将金属导管取出）、外包一条与混凝土膨胀系数较一致的金属导管（荷载通过金属导管传递到光纤传感器上）、将光纤传感器直接埋入小型预制构件中，把小型预制构件作为大型构件的一部分埋入以及采用特殊光纤如熊猫光纤、双折射光纤制作传感器等。同时在基体材料与光纤之间需要性能优良的胶结剂，以保证变形一致。由于光纤、保护层及基本材料三者之间的弹性模量有差异，因此，基体材料的应变不能由光纤的应变直接来表征。

除光纤传感器之外，还有另一种利用手持普通相机数字化近景摄影测量系统进行监测深基坑支护结构位移的新技术。该技术由图像处理、立体重建计算、位移分析和绘图系统构成。通过应用可以看出，其不受场地条件限制，工作快捷、简便，对施工干扰小，有利于提高工程进度，造价低廉，可测出支护结构的三维位移量，能满足基坑支护结构位移监测的精度要求，为基坑的稳定性判别和支护结构的优化设计提供可靠的研究资料，在保证工程质量和降低工程造价方面具有一定的实用价值和应用前景。但是，该技术也只是一种静态的技术，并不适应深基坑的动态施工。该方法拓宽了监测思维，展现了深基坑的监测前景。在现有的条件下，监测卫星的功能日益强大，以及扫描成像技术的不断进步，完全可以依靠这些工具进行深基坑实时监测，并使用计算机图像处理技术，对数据进行有效地处理。由于条件有限，此方法仅仅是一个思路，还有待继续深入研究，但相关方法在其他领域中已有应用，并取得了有效的成果。

结论

基坑监测、尤其是深基坑监测是近年来越来越被重视之测绘项目，在城市高层建筑施工及深地下施工中有着广泛之运用。针对不同类型之基坑工程，应合理选用不同形式之监测方案。这可以为优化施工方案设计、指导施工安全进行提供可靠依据。为确保基坑安全、保障施工顺利进行以及保护周边环境起着重大之作用。同时，希望此文能够对以后之深基坑监测项目提供参考与经验。

参考文献：

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