基坑变形监测范文

导语：如何才能写好一篇基坑变形监测，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：沉管灌注桩；深基坑；变形观测；监测点

1工程概况

某深基坑工程位于市区，建筑面积25767㎡，框剪结构，地下2层，地上31层，首层架空层层高为5.0m，二层以上为标准层，层高均为3.10m，外地坪标高为-0.000m，天面标高为97.5m，建筑物顶部标高为110.50m。

1.1周围环境

场地地势平坦，地质结构简单，但周边环境较复杂，北面临城市道路，东、南、北面与高层住宅楼相邻，小区有自来水、通讯管道、煤气管道等地下管线，因此也作为监测对象。

1.2工程地质

根据工程勘察报告，场地自上而下土层为：①杂填土：厚1.2～1.5m；②淤泥：厚7.5～9.0m；③粉质粘土：厚4.0～6.0m。

1.3基坑支护结构

基坑呈凸型，开挖深度8.4m，基坑开挖地层主要为软弱土、高压塑性、力学性质差，邻近有建筑物、城市道路、地下管道等，场地不具备放坡条件。设计支护结构为静压沉管灌注桩（φ600@1000mm），混凝土强度为C25，桩顶一道冠梁，桩长约15m，配2道钢管式水平支撑，间距沿基坑开挖深度等间距设置（间距为2.8m）。

2变形观测方案

根据监测的设计要求及本工程实际情况，变形观测点布置（如下图1）

2.1基准点布置

根据《建筑变形测量规程》和《城市测量规范》的要求：设3个稳固可靠的点作为基准点。基准点布置在大于3倍基坑以外平坦位置。固定基准点要做到既服务于基坑变形测量，也可服务于后期的拟建工程主体变形测量。

2.2基坑观测点布置

①支护桩桩顶沉降及位移：共布置10个点（a1～a10）；②基坑侧向变形观测：共布置9个点（b1～b9），基坑开挖期间，每隔2d监测一次，位移速率较大且呈增长趋势时，监测频率加密到1次/d；③地下水位监测：在此工程基坑开挖中，每隔3d进行一次观测；④流砂观测；⑤周边环境沉降观测：共布置12个点（c1～c12），观测频率7d/1次。

2.3观测方法及工程预警值

桩顶变形、地下管道变形采用水准仪和经纬仪观测；基坑侧向变形采用测斜仪进行观测；基坑外水位采用电测水位仪观测。

工程的预警值：①桩顶变形：水平位移30mm；煤气管道变形：10mm；自来水、通讯管道变形：30mm；②基坑外水位：水位下降1000mm，速率500mm/d；③周边建筑沉降：最大沉降值10mm，最大差异沉降Smax≤5mm；④流砂：须立即报警，必要时进行处理；⑤道路沉降：最大沉降值25mm。

2.4.深基坑的应急处理措施

深基坑支护工程既要保证基础工程的施工安全，又必须保证基坑周围建筑物、道路、地

下管线的安全。由于本工程基坑侧壁安全等级为一级，在基坑施工过程中，对于如下安全问

题提出处理措施。

①基坑边地面开裂

当此种情况不严重时，可以加密水平支撑，对基坑底面进行局部加固；情况严重的要

停止挖土，赶做基础垫层，或先行部分承台、底板的浇筑。

②基坑内漏水、冒砂

对由于基坑所在处地下水位高，而支护结构的阻水处理有缺陷，或支护的插入深度不

足的漏水冒砂现象，处理的办法是采用适当的降水措施，对漏水处进行注浆等阻水处理。

另一种是由于基坑变形导致给水管或排水管断裂破坏，大量水涌入基坑的必须立即采取措

施关闭给水阀门，改变排水路线，切断基坑的地下水来源，此时还必须处理煤气管道、电

力与电讯电缆。

③基坑支护局部破坏

产生这种破坏的原因较多，如发生此种现象时应会同设计人员提出方案并及时采取相

应的措施进行调整。

3.观测结果分析

3.1桩顶累计位移、沉降量（如图2）

从图上看，钢筋混凝土支护桩沉降量小，通过中间2道钢管式结构水平支撑，支护桩上部悬臂端的桩顶变形未超过该工程的预警值，支护桩刚度满足设计要求。

3.2基坑侧向变形

采用测斜管测量侧向变形，沿基坑深度方向设测斜管。假设测斜管底部固定，测b1～b9测斜管侧向变形最大值为8～30mm，与相应桩顶变形测量结果相比基本一致，变形最大值位于管顶。

3.3地下水位监测

水位观测孔钻孔深度达到隔水层，钻孔中安装带滤网的硬塑料管。通过现场观测，地下水位的变化对基坑支护结构的稳定性的影响不大。

3.4流砂观测

在基坑土方的开挖过程中，没有发现地面沉降过大、坑壁开裂、坍落和渗水现象，也没有出现流砂现象，因此，静压沉管灌注桩间距满足设计要求。

3.5周边环境沉降结果（如下图3）

从图显示对周边建筑物的沉降值（2.9～6.9mm）

结语

1钢筋混凝土桩支护刚度比较大，未发生脆性破坏，且采用两道水平支撑，基坑开挖后的位移变形量小且控制在预警值内；

2施工过程中未发现流砂现象，基坑外水位降

3基坑北部城市道路地面沉降超过预警值（25mm），原因是北侧基坑侧向位移量比南侧位移量大和基坑开挖边缘与道路距离短。

4严格按设计进行监测，对敏感监测点进行重点监测，随时观测其变化，当监测变形值接近或达到预警值时，要根据施工的具体情况，进行综合分析，及时准确的判断，切实可行的提出处理方法，确保基坑支护结构和周围环境的安全。

参考文献

⑴《建筑变形测量规程》JGJ/T8-2007

⑵《城市测量规范》CJJ8-99

⑶《工程测量规范》GB50026-2007

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关键词：基坑，变形监测，水平位移监测，沉降观测

随着城市的快速发展，近年来地下工程和超高层建筑物越来越多，各种深基坑开挖的深度和规模也越来越大。国内因地下工程或挖掘深基坑而造成的塌陷事件屡见不鲜。为加强对地下工程和深基坑安全监测，实现地下工程和深基坑监测工作的动态管理，保障工程施工安全，降低工程的造价，在深基坑施工中的变形监测已越来越受到人们的重视。

（一）基坑变形监测的内容：

基坑开挖施工的基本特点是先变形，后支撑。在进行基坑开挖及支护施工过程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和开挖部分的无支撑暴露时间，都与围护结构、土移等存在较强的相关性。这就是基坑开挖中经常运用的时空效应规律，做好监测工作可以可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土移的潜力，从而达到保护环境、最大限度保护相关方面利益的目的。

根据本工程的要求、周围环境、基坑本身的特点及相关工程的经验，按照安全、经济、合理的原则，测点布置主要选择在3倍基坑开挖深度范围内布点，拟设置的监测项目如下：

1、基坑顶部水平、垂直位移监测

2、支护结构水平、垂直位移监测

3、深层水平位移

4、管网变形监测

5、道路变形监测

6、建筑物沉降监测

7、锚杆拉力监测

（二）基坑变形监测方法：

1.监测点的布设

（1）基坑顶部水平和垂直位移监测点

基坑顶部竖向位移监测点和水平位移监测点可共用一个标志，也可分别布设。监测点应沿基坑周边布置，周边中部、阳角处应布置监测点；监测点水平间距不宜超过20m。测点利用长8公分带帽钢钉直接布置在新浇筑的围护墙顶部，并测得稳定的初始值。本项目拟布设垂直和水平位移监测点各16个，编号PD1～PD16。

（2）支护结构水平、竖向位移监测点

支护结构竖向位移监测点和水平位移监测点可共用一个标志，也可分别布设。监测点应沿布设在支护结构中部、阳角处；监测点水平间距不宜超过20m。测点利用长8公分带帽钢钉直接布置在新浇筑的支护结构上，并测得稳定的初始值。本项目拟布设垂直和水平位移监测点各8个，编号Z1～Z8。

（3）深层水平位移监测点

根据《基坑支护方案》的要求，本工程共布设深层水平位移监测点6点，编号S1-S6。

（4） 周边建筑物沉降监测点

周边建筑物沉降监测点埋设于周边建筑物上，采用植入铸铁标志方式。本项目拟布设监测点40点，编号CJ1～CJ40。

2.监测初始值测定

测量基准点在施工前埋设，经观测确定其已稳定时方才投入使用。稳定标准为间隔一周的两次观测值不超过2倍观测点精度。基准点布设3个，并设在施工影响范围外。监测期间定期联测以检验其稳定性。并采用有效保护措施，保证其在整个监测期间的正常使用。

为取得基准数据，各观测点在施工前，随施工进度及时设置，并及时测得初始值，观测监测初始值测定次数不少于2次，直至稳定后作为动态观测的初始测值。

3.监测点垂直位移测量

按建筑变形测量规范二级水准测量规范要求，历次沉降变形监测是通过工作基点间联测一条水准闭合或附合线路，由线路的工作点来测量各监测点的高程，某监测点本次高程减前次高程的差值为本次垂直位移，本次高程减初始高程的差值为累计垂直位移。

4.监测点水平位移测量

水平位移监测方法原理如图所示。在受施工影响较小的场地处埋设工作基点A、B、O，并使OA和OB分别大致平行于基坑的两边（对于基坑外形不规则的情况，使OA和OB分别与基坑主要边长大致平行/垂直即可）。设O点自由坐标为（1000，1000），并设OA为X轴反向。在O点设工作基点，并摆设全站仪，测量B点坐标作为检核。在待测点上安装反射棱镜，使用OA作为基线，使用全站仪的坐标测量模式直接测定各变形监测点位的坐标，并与初始值对比，作为该变形监测点的水平位移量，精度为1mm。

5.深层水平位移监测

（三）基坑变形监测周期：

1.监测周期

本方案基坑监测从围护结构施工开始，至基坑侧壁回填土完工结束，预计监测工期约为4个月。

2.监测频率

本工程基坑监测等级为一级，根据《建筑基坑工程监测技术规范》要求，并结合本地区其他类似工程的经验，监测频率拟遵从如下规定：

（1）开挖深度小于5m时，1次/2d；

（2）开挖深度在5-10m时，1次/1d；

（3）开挖深度大于10m时，2次/d；

（4）当垫层、底板防水施工完成后7天内，所有测量项目均为1次/2d；

（5）当垫层、底板防水施工完成后7-14天，所有测量项目均为1次/3d；

（6）当垫层、底板防水施工完成后14-28天内，所有测量项目均为1次/5d；

（7）当垫层、底板防水施工完成28天后，所有测量项目均为1次/10d；

（8）监测值相对稳定时，可适当降低监测频率；

（9）监测数据有突变时，应增加监测频率，甚至连续观测；

（10）各监测项目的开展、监测范围的扩展，随基坑施工进度不断推进；

（11）基坑侧壁回填土完工，监测工作结束。

（四）异常情况下的监测措施

当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，并及时向委托方及相关单位报告监测结果：

1、监测数据达到报警值；

2、监测数据连续3天超过报警值的一半；

3、监测数据变化量较大或者速率加快；

4、基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏；

5、支护结构出现开裂；

6、周边地面出现突然较大沉降或严重开裂；

7、基坑底部、坡体或支护结构出现管涌、渗漏或流砂等现象；

8、基坑工程发生事故后重新组织施工；

9、出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况；

10、当有危险事故征兆时，应实时跟踪监测。

（四）监测数据处理及信息反馈

在现场设立微机数据处理系统，进行实时处理。每次观察数据经检查无误后送入微机，经过专用软件处理，自动生成报表。监测成果当天提交给业主、监理、施工单位及其它有关方面。

现场监测工程师分析当天监测数据及累计数据的变化规律，并经项目负责人审核无误后当天提交。如果监测结果超过设计的警戒值应立即向建设方、总包方、监理方发出警报，提请有关部门关注，以便及时决策并采取措施。同时根据相关单位要求提供监测阶段报告，并附带变化曲线汇总图；监测工程结束后一个月内提供监测总结报告。

参考文献：

[1]吴志连 浅谈对基坑变形监测 科技信息 2010（22）

[2]岳建平，田林亚等 变形监测技术与应用 国防工业出版社； （2010年6月1日）

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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距离量测精度为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.

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关键词：深基坑；变形监测；要求；结果分析

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号：

0 前言

深基坑变形监测，就是运用各种方法对深基坑变形及周边环境变形进行监测，同时根据实际监测结果调整设计和施工方案，以确保工程安全、保证施工质量。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有深基坑、大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。变形监测的首要目的是要掌握变形体的实际性状，科学、准确、及时的分析和预报变形体的变形状况，对工程建筑物的施工和运营管理极为重要。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。这里主要通过某工程深基坑的实际监测结果对变形监测技术进行分析和研究。

一、变形监测的目的

随着城市建设的快速发展，大中城市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，地下二、三层建筑随处可见，大部分工程采用围护桩加水平支撑的方式施工地下室。为了确保基坑安全及地下室结构的顺利施工，及时获取围护结构和周围土体的变形信息，以便掌握基坑开挖对周边环境的影响，及时调整施工进度，实现信息化施工，此时的变形监测对基坑安全和指导施工是非常重要的。基坑变形监测的目的：①为施工开展提供及时的反馈信息；②作为设计和施工的重要补充手段；③作为施工开挖方案修改的依据；④积累经验以提高基坑工程设计和施工水平。

二、深基坑监测的基本要求

(1)监测工作必须是系统的有计划的，应严格按照有关技术文件执行，这类技术文件应包括监测方法，使用的仪器，监测精度，观测周期等对于测点的布置，应满足规范的要求，根据现场的施工条件而定。

(2)监测数据必须是可靠的。数据的精确性由监测仪器的精度、可靠性以及观测人员的素质来保证。在监测中要遵循“五定”原则。所谓五定指基准点、工作基点和监测物上的观测点，点位要稳定；所用仪器，设备要稳定;观测人员要稳定；观测时的环境条件基本一致；观测路线程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所监测的变形更真实。

三、深基坑变形监测精度提升措施

要想提升深基坑变形监测的精度，可以从多个角度入手，而每一个角度又

有很多方法可供选择，这里以水平位移监测为例进行探讨：

针对基坑形状不规则的情况，要先于合适的位置选在固定的定向点与观测点，不需要对所布设水平位移监测点是否处于这条直线上进行考虑。不过需要注意的是，尽量的使水平位移监测点所在基坑边界线和水平位移监测点至固定观测点连线间的夹角尽量变小，针对具有比较大角度的水平位移监测点，如果测距工具的精度并不是很理想，则我们可以通过适当增加固定观测点数量来提升精度。此外，我们要对水平位移监测点所在基坑边界线和水平位移监测点到固定观测点连线之间夹角以及水平位移监测点到固定观测点的水平距离进行监测，并将其当做对水平位移变化量进行计算的元素。

基坑水平位移监测的过程中，我们要于固定测站点之上架设高精度经纬仪，然后依照准定向点对水平位移监测点水平角进行测量，测量过程中可以将首次作为初值，然后对测量角度和初值的差值进行计算。实际工作中，使用这一方法是完全可行的，不仅比较简单，而且非常方便，也能够符合我们精度的要求。不过即便如此，我们还要注意一下两个小的细节，这有利于进一步提升监测精度。

首先，角度等于0的时候，如果缺少了距离方面的考虑，那么依照上文的方法进行计算所得出的水平位移变化量相对于实际变化量是要大一些的，这种情况虽然可以对基坑安全性进行提升，但导致了纳伪误差，因此要结合具体的现场情况进行具体的分析。

其次，对水平位移监测点进行布设的时候，尽量使水平位移监测点至固定观测点连线和其所在基坑边界线间夹角小于60°。如果不能够满足这一要求，而且测距工具的精度也并不是很理想，则可以增加固定观测点数量来解决这一问题。

四、某工程深基坑的实际监测结果分析

1、基坑监测方法确定

某基坑工程距周边建筑物建筑较多，基坑的施工难为会对周围的建筑产生影响，所以在基坑监测的过程中需要考虑基坑引起的地表、附近建筑物的变形等情况，在保证基坑施工安全的基础上，还要确保周围建筑物和地表地下管线等的正常使用，以及交通的正常。

基坑的检测主要是利用全站仪、测斜管、测斜仪、轴力计、水位管、水位仪、水准仪、钢筋应力计等分别对土体侧向变形、支撑轴力、建筑物沉降和倾斜、挡土维护墙、桩顶水平位移、挡土墙变形、地下水位、地表和地下管线沉降等进行监测。并且做好详细的拍照、记录和录像等工作，设置合理的位移监测点，监测得到初始数据。

2、基坑监测结果分析

基坑开挖采用分区分层的方式进行开挖，分区三分区四和分区五沿基坑纵向的长度分别为18m、12m和18m。

从图1中可以看出：

(1)C005和C006的位移较小，而C014的位移较大，这是由于C005和C006位于墙角处，而C014位于基坑中部，这说明墙角处可以有效的抵抗荷载；

(2)地连墙不同点的位移存在一个从墙边到基坑中部中间增大的过程，并且在基坑中部达到最大。

图1地连墙的位移情况

图2不同分区中地连墙的位移情况

从图2中可以看出：

(1)分区四的位移明显小于分区三和分区五，这是因为分区四的长度较小，这说明长度较小的情况下位移较小，而随着长度的增加地连墙的位移也在不断增加；

(2)由于地连墙的位移随着区段长度的增加而增加，而分区长度的和为总长度，这说明对基坑进行有效的分区可以减小地连墙的位移30mm左右，也与有限元分析结果37．6mm较为接近。

3、基坑变形控制措施

根据笔者多年现场经验以及本文的深入分析，总结基坑变形的控制要点主要有以下三点：

(1)增加支撑结构的刚度可以有效地减小围护结构的位移，但是对于支撑刚度增加的幅度必须严格的控制；

(2)增加支撑结构的预应力可以有效地减小围护结构的位移，同样预应力的增加不能过大，因为增加预应力会造成结构内力和土压力的增加；

(3)增加地连墙的刚度可以有效地减小墙后土体的沉降，在确定地连墙的刚度时应该综合考虑墙身内力和墙体变形等因素。

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关键词：深基坑；变形；观测；监测方法

基坑工程施工中对基坑监测及其周边相邻建筑物、道路、地下管线、隧道等保护对象进行沉降及水平位移监测，已越来越受到人们的重视和推广。在过去几年中，因深基坑工程开挖引起基坑变形、周边相邻建（构）筑物沉降，从而导致基坑坍塌、相邻建 （构）筑物开裂甚至倒塌的工程事故频发，造成了严重的人员伤亡事故和经济损失。深基坑的支护设计、施工及其监测已逐渐形成共识的系统施工工艺流程，且基坑监测是其中一个重要的组成部分，而施工场地变形监测作为基坑监测的一个重要内容越来越受到重视。因此，信息化施工将成为未来施工的显著特征之一。作为一个与复杂地质环境紧密相关的系统工程，及时的信息采集、分析、处理，既可以真实地反映基坑实际的运作状态，指导下一步的工作，又可以及时采取相应的措施。

一、基坑变形的概述

随着建筑行业施工的日益规范化，基坑工程开挖采用信息化施工必将成为一个发展趋势。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，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，是现代建筑基坑施工中面临的重要问题。

深基坑工程是综合性较高的一门学科，不仅涉及到测绘工程，还涉及到岩土工程、结构工程以及施工技术等多学科的相互交叉，是多种复杂因素交互影响的系统工程。

二、基坑变形的机理

基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起和基坑周围地层位移。基坑周围地层移动是基坑工程变形控制设计的首要问题。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，由于卸载而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧土压力差的作用下而产生水平位移， 因此产生基坑周围地层位移，而坑底土体隆起和围护结构的位移是引起周围地层移动的主要原因。

三、深基坑工程特点

根据建设部建质 200987 号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：深基坑一般是指开挖深度超过 5 米（含 5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过 5 米，但地质条件、周围环境及地下管线特别复杂的工程。其特点归纳起来主要有以下几个方面：

（1）基坑支护体系是临时性的结构，其安全储备较小，具有较大的风险性。基于此特点，基坑工程在施工过程中应进行监测，并制定相应的应急措施，一旦在施工过程中出现险情，必需及时进行抢救，确保工程和施工人员的安全。

（2）基坑工程具有很强的区域性。不同地基土的地质条件和水文条件不同，相应的基坑工程差异性也很大。而且，在同一城市的不同区域基坑工程也有很大差异。因此，基坑工程的支护体系设计、施工以及基坑开挖都要因地制宜，而不能照搬外地经验。

（3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计、施工和基坑开挖的相关影响因素有很多，比如，工程地质条件、水文条件、基坑周边的建筑物、道路、地下管线等。这些因素在设计及施工过程中，都应该考虑到，以免造成安全事故或者破坏周边的已有建筑物或设施。由此可见基坑工程具有很强的个性。因此，如何对基坑工程进行分类、如何规定统一的支护结构变形容许值标准对，在目前来说是比较困难的。

（4）基坑工程综合性强。基坑工程是一项综合性的岩土工程，不仅包含岩土工程知识，还包含了结构力学、水力学、计算理论、测试技术、施工机械及技术等多学科的综合知识。

（5）基坑工程具有较强的时空效应。对支护体系的变形和稳定性有大较大影响的因素主要有基坑的平面形状及基坑深度。此外，也需要对地基土体的蠕变性加以关注和研究，特别是软粘土的蠕变效应。在蠕变效应的作用下，随着时间的推移地基土体强度降低，土坡稳定性变小变得易于发生失稳破坏。所以必需重视基坑工程的时空效应带来的不良影响。

（6）基坑工程是系统工程。基坑工程由支护体系设计、施工以及基坑开挖三部分组成。基坑开挖的施工组织是否合理将对支护体系能否成功支撑住基坑边、安全稳定地运行产生重要影响。不合理的基坑开挖顺序以及过快的开挖速度都可能引起主体结构桩基变位、造成支护结构变形过大，甚至引起支护体系失稳而导致破坏，引发工程事故。同时在施工过程中，应加强对支护结构变形的监测，密切关注支护结构的工作情况，一旦出现异常情况能够及时发现和采取应急补救措施。

（7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖必然会引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变，从而导致周围地基土体产生变形，并对周围建筑物、道路和地下管线产生影响，甚至影响其正常使用或安全。此外，大量土方外运也将对城市交通、路面卫生和弃土点环境产生影响，施工过程中产生的施工噪音也会对附近居民产生影响。

四、基坑的三维变形监测

4.1 利用全站仪进行三维变形监测

4.2利用深层沉降仪进行变形监测

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关键词：基坑施工；变形监测；监测点；实施条件；管理要点；技术措施

Abstract: Deformation monitoring plays an important role in the course of the construction of foundation pit, the data can be directly reflects the change degree of support structure and the surrounding environment, so as to provide correct guidance for the foundation pit construction, easy on the security hidden danger for the timely processing. This paper focuses on the detection and monitoring points for deformation detection arrangement are discussed in detail.

Key words: excavation; deformation monitoring; monitoring point; implementation; management; technical measures

中图分类号： 文献标识码： 文章编号：

前言

基坑变形检测是随着经济的迅猛发展与城市的大规模建设及地下建筑的出现而逐渐的兴起的。由于基坑维护的方法多，但不管基坑的维护采用的是帷幕法、地下连续墙、土钉支护还是钢板桩都要随时的掌握基坑的结构位移，将隐患消灭于萌芽状态。同时监测管理人员要秉着认真负责的态度对工程作出准确的评价，结合现场的复杂环境以及现有的技术水平制定相应的监测方法，保证阶段性的监测频率符合施工的要求。

1、基坑变形监测项目及监测点的布置

1.1 基坑本体监测项目。实施基坑本体的监测所要关注的主要项目有：地表是否有明显的开裂状况或者周围环境是否有变形；基坑的底部是否出现了土体的隆起以及外侧的土体是否发生竖向的位移；负责支护的结构有无水平位移。

1.2 监测点的布置。首先是检测水准基点、后视点与监测基准点的设置。为了减轻基坑对以上各点的影响，上述各点应该设于基坑的影响范围之外，基准点的设置应该参考本基坑的深度以及土体的破裂角而具体的设置，并且不少于3个。

其次是监测点的设置。监测点一般的设置于滑坡的前沿区以及边坡上口滑坡周界附近，并且其布置要遵循尽量的靠近边坡中部及重要的拐角的原则，间隔距离以20―30米为宜。

最后是如何处理地表的开裂。对于地表的开裂状况要首相采用标记法对于开裂区段进行比较与观察，测量其开裂的宽度并做好相关的记录。之后要及时的进行水泥浆关注及磨平处理，最好拍照记录。

2、基坑变形监测的实施条件

2.1 变形监测项及监测方法。①水平位移。水平位移监测基准网采用导线网，基准点以该工程平面控制系统为基准建立，采用闭合导线形式，起始并闭合于同一控制点上。水平位移监测基准网由水平基准点和工作基点组成，基准点根据场地围挡条件及基坑位置合理分布，设置工作基点，同观测点一起布设成监测网。根据现场情况，在基坑周边布设5个工作基点。为减少对中误差，采用强制归心的水泥观测墩。桩顶水平监测采用极坐标法，利用基坑四周监测点进行相互验证，尽量减小误差，保证数据稳定性。根据设计要求，基坑桩顶水平位移控制值为40mm，变形速率控制值为4mm/d。

②垂直位移。垂直位移监测基准采用Ⅱ等水准测量精度要求施测，基准点以该工程高程控制点为基准，在施工影响范围以外设立4个垂直位移监测工作基点。

地表沉降和桩顶沉降监测闭合水准路线要求组织实施。在观测过程中采用同一仪器和设备，观测人员相对固定，按照相同的水准观测路线与观测方法，施测一条闭合的水准路线，确保观测误差降到最低。根据设计要求，地表沉降控制值为50mm，变形速率控制值为5mm/d。桩顶沉降控制值为20mm，变形速率控制值为2mm/d。

③深层水平位移。桩体水平位移（测斜）宜采用基康GK-603测斜仪进行观测，自上而下按0.5M等距离量测，自动存储记录，正倒向180°两次读数。测斜仪的分辨率大于0.01mm/m，精度为±0.1 mm，电缆长度大于最深的测斜孔深度。量测围护桩在不同深度处的水平位移变化。

④爆破振动监测。爆破振动监测采用TC-4850爆破测振仪进行施测，包括传感器、相应的采集设备以及处理软件。传感器固定在预埋件上，爆破引起的振动讯号由传感器检测，并转为电讯号，微弱的讯号经放大后自动存储，然后输入计算机采用配套处理软件进行分析、处理，最后输出爆破振动波形及振动的三项速度（垂直方向、水平径向、水平切向）。

2.2 监测频率。检测的频率应该视条件而定：在基坑的开挖初期由于环境较为的稳定可以使用1次/天的频率；当位移逐渐的具有发展趋势甚至接近预警值时就可以相应的增加监测频率；而在基础底板施工完毕后就可以适当的减少检测的频率，逐渐的恢复至1次/天，以至于最后土方回填后的停止监测。

2.3 监测精度。监测点的精度设置应该根据基坑等级的不同而有区别的对待。具体的监测项目有：出现相邻的变形点的高差中误差、变形的高程中误差以及点位中误差。

2.4 监测报警值的确定。监测报警值的确定首先要依据国家及当地的规范标准而设定，在确定了侧壁以及基坑的安全等级后再进行基坑变形值的设定。具体的监测指标有：坡顶的竖向位移、边坡墙体的水平位移以及坡顶的水平位移；如果坡顶的水平位移接连3天发生位移速率大于3mm/d时就要及时的预警，停止施工并继续的开展监测；如果当建筑物的周围或者底部出现可能出现剪切破坏的痕迹、地面的沉降接近预警值或者其它各种不稳定、危险征兆（陷落、隆起、涌土、流沙），就应该立即的发出报警，在险情排除之前不进行再次施工。

3、基坑变形监测的管理要点

3.1 检测过程的管理以及纪录制度。任何土方在开挖之后都不能在未经监测点观测时采取技术措施进行护坡，而且确认可以进行开展护坡施工后也要做好整个工序的管理。在实施护坡的整个过程都要随时关注变形情况，之后也要按照设定的周期急需的留意观测。而负责观测记录的人员要及时的整理及检查观测结果，填写相关的记录表，以便监测成果的汇总。一般要求监测的成果要在第二天及时的呈报有关部门，告知其监测点的有关问题。

3.2 信息反馈制度的建立。监测人员要及时的将观测结果汇总、整理、写入规定的表格，呈报不同观测点的变形情况，以供相关部门的分析及评价。与此同时还要定期的向业主、项目经理及监理工程师报告。特别是在数据发生明显的变化以及接近报警值时更要立即向相关主管部门报告。

3.3 应急措施的制定。由于基坑施工受到复杂的客观因素的影响，因此不排除可能出现的各种险情，因此为了减轻险情的危害及带来的损失，应该及早的制定与之配套的应急措施。

①组建监控小组。可以以项目经理为组长，在土方开挖的整个过程进行全程的监控，不经监控护坡的结构变化、墙体的位移，还要关注墙体及管线的变化。②当支护结构出现明显的位移时可以通过使用挖土机进行土方的回填，以阻止位移的进一步加剧。同时在位移的较大处进行超前支护，直至稳定在继续开挖。③如果施工过程遇到流沙层，必须首先进行加固后再继续开挖。④准备一定量的沙袋。此举可以在维护结构的位移超过预警值时使用沙袋阻止支护结构位移进一步恶化。

4、基坑变形监测技术措施与提交报告

监测技术措施的制定是为了确保监测项目的精度对监测使用到的设备、方法以及数据进行的规定。例如使用的仪器必须在检查合格后方可使用、水准测量要尽量的采用附和路线的方法、测量中要定仪器定人，且记录的数据不得随意的涂改等。

监测报告一般的分为两个阶段：检测过程中根据具体的施工进度所提交的阶段性的检测报告以及工程完结时所提交的完整监测报告。监测报告应该全面的记录工程的概况、检测的项目、所用的设备、监测点的平面图或者立面图、检测方法以及记录的数据和监测结果、评价等内容。

5、结论及建议

5.1 变形监测在基坑施工过程中，有着重要的作用，是验证基坑支护体系对基坑自身及周边环境保护程度的重要手段；

5.2 合理的布设各监测项的监测点位，正确的进行各监测项数据的比对分析，能对监测数据的准确性和客观性提供有利的保障；

5.3 准确的监测数据对基坑施工有着重要的指导意义，是设计和施工各项参数调整的有力支持条件。

参考文献：

[1] 夏才初，潘国荣，土木工程监测技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

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关键词：深基坑；变形监测；基坑支护

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：

基坑支护变形

支护与地层发生变形的原出是多方面的，主要是由于开挖造成的土体应力释放与重新调整。基坑开挖造成卸载并使土体向坑内移动。一般情况下，水平方向的应力释放与调整是构成地层位移的主要原因，所以基坑的侧壁必须加以支护。但在饱和深层软弱土中，基坑隆起同样不容忽视，坑底隆起原因：一方面是由于竖向卸荷；另一方面是由于坑壁外侧的土体在自重和地表超载的作用下从底部向坑内方向移动。对于深基坑，地表沉降的大小与抗隆起稳定性验算的安全程度直接相关。基坑开挖前期的地下连续墙或灌注桩施工，也会造成地层位移，并相应造成地表沉降。国内有关资料介绍地下连续墙施工引起的变形,可占基坑施工总变形的30％，至于墙体成槽或桩体挖孔不当引起地面严重坍陷的事例也不少见。

支护结构变形特点

桩、墙围护结构以及撑、锚等支承构件都会发生变形，增加这些构件的刚度有利于降低地层位移，但对其作用也不宜估计过高。通过研究表明，采用有限元方法分析围护结构和支承件的刚度对基坑最大水平位移的影响。算例为中等密实黏土中的基坑，挖深9.2m，土体抗剪强度随深度增加从顶部的24kPa到13.7m深处的67kPa，采用四道锚杆)，比较了两种墙体，刚度EI分别为400 kN·m和50 kN·m，相当于60cm厚地下连续墙和PZ27钢板桩；计算结果表明墙体刚度相差8倍，而二者最大水平位移之比例为1:0.6。另外，又比较了两种锚杆，其刚度半相差10倍，此时，同一墙体最大位移之比也为1:0.6。我们也曾用P1axis有限元程序计算80 cm和45cm厚两种地下连续墙，二者抗弯刚度之比为5.6:1，而墙体最大位移之比则为1.37:1，又计算了直径ø600和ø800两种护壁桩，其抗弯刚度之比为2.4:1，面墙体最大位移之比则为1.32:1。所以，采用其他措施来减少支护变形，要比增加墙厚更为经济和有效。

基坑侧墙位移与附近地表沉降的变形特征与不同的土体类别和支护形式有关，而其大小更受多种因素影响，如支承(横撑或锚杆等)的间距与刚度，第一道支承点的位置，横撑或锚杆的预加应力值，墙体的刚度和整体性，基坑的形状与深度，下卧层坚硬土层的埋深，地下水位置及其变化，特别是施工开挖与支护的工序、进程及施工质量。所以，单纯依靠力学分析的计算不可能准确估计变形大小。

对于深基坑中所采用内支撑桩、墙支护的变形特征如下，在开挖设置第一道支撑以前，墙体犹如插入土中的竖向悬臂受弯构件，最大的水平位移发生在顶部。在设置第一道支撑并施加预应力后，顶部位移部分恢复或当顶应力值较大时反向往坑外移动。在继续往下开挖并支撑的过程中，顶部位移仍会有所变化，但最大水平位移一般并不发生在顶部而是在下部。对于一般的柱列式灌注桩挡墙或地下连续墙，墙体的截面较大而且插入基底较深，在正确设计的条件下不易下沉，因此，墙顶处地面的沉降也很小，地表最大沉降发生在离基坑壁一定距离远处。

支护变形监测

从各种基坑工程事故的分析中．我们可以得出这样一个结论，那就是任何一起基坑工程事故，无一例外地与监测工作不力直接有关。如果基坑工程的环境监测与险情预报及时而准确，就可以防止基坑重大事故的发生，或者说，可以将事故所造成的损失减少到最小，因此，深基坑施工过程中的现场监测与信息化施工是基坑工程中不可缺少的组成部分。监测的内容除检查基坑渗漏、周围地表超载、地表开裂以及观察气温、降雨等气象变化并及时采取相应对策外，主要是指对下列项目的连续量测。 （1）基坑周围的地层位移（地面沉降、水平位移与坑底隆起等）；（2）支护结构（包括支撑立柱）的水平垂直位移。（3）地下水位变化，以及周围已有建筑物和地面、地下工程设施的变形（水平位移与沉降、倾斜）及其工作状态变化。为了做好真实的现场观测，在施工以前，必须设置好观测点和水准基点及变形观察点，并对这些周边建筑物和设施的现状作仔细的勘查和记录。

3.1监测点设置

精密水准仪和精密经纬仪是必备的观测仪器，可用来测量基坑围护结构的竖向和水平位移并据此算出地表或建筑物的倾斜度。地面沉降或基坑侧墙的水平变位也可用设置钻孔的方法将深处的孔底作为不动点。然后将测杆或钢筋同定在不动点上，与一般收敛计的用法相同；不动点的位置必须足够深，否则测得的就不只是位移的全部。

用经纬仪一般只能测出坑壁顶部的水平位移，对于多道支承的基坑同护结构来说，顶部水平位移值往往较小而且变化不大，而墙体的最大水平位移发生在下部，所以，重要的工程应该采用测斜仪来量测支护的水平位移，测斜管一般置于墙体背侧，有时就置于墙体混凝土之中，但后者不能获得墙体施工（挖孔或成槽）过程中引起的位移。利用固定经纬仪的办法可以测量墙体顶部与下部之间的位移差，并据此估计下部墙体的水平位移，问题在于开挖到下部墙体时，该处墙身已经发生了变形，所以只能获得位移的发展信息而得不到其绝对值。基坑围护墙体顶部的竖向沉降也往往很小，地表最大沉降的位置要离开墙顶一段距离，对多道撑锚的基坑来说，单纯依靠坑壁顶部位移的测量很有可能发现不了什么问题。

为获得可靠数据，必须牢固设置测点，正确选定测点和基准点的位置以及注意温度变化等环境影响。根据工程的重要性和被保护的周边建筑设施的安全要求，应事先对量测的项目提出警戒值与控制值。

实例分析

某大酒店宾馆部分设三层地下室，基坑开挖深度约14．3m，地下空平面尺寸最大边长约162m，最小边长达98m，其形状接近梯形，基坑平面面积约17700 m2。工程开挖影响范围的土层以粉土和淤泥质土为主，施工过程中对地下连续墙的侧向位移、墙身应力、墙背水土压力及基坑周围地表沉降等进行监测。

实测最大侧向变形约15cm，逆作施工从正负0.000标高至地下一层楼板施工结束后，实测地下连续墙的最大侧向变形约8cm，其位置在桩顶；地下二层楼板施工结束后，实测地下连续墙的最大侧向变形约10.6cm；全部地下室施工结束后，地下连续墙的最大侧向变形发展到15cm，其最大变形处的竖向位置在地表以下12.5m处。从实测水压力的变化情况表明，随着基坑开挖深度的不断增加，作用于地下连续墙全深度的水压力不断减小，且均小于静止水压力。由此可见，在按水土分其原则计算土压力时，水压力计算必须考虑基坑渗流作用的影响，如果在主动土压力计算时不考虑渗流作用而直接采用静水压力，则计算结果则大大超过实测值。从实测地下连续墙墙身弯矩分布及发展表明，地下一层施工结束后，作用于地下连续墙上的弯矩基本为负值，墙身以迎土面受拉为主；随着开挖的进行，墙身中间部位的弯矩由负转正并不断发展，最大弯矩位于相应工况的坑底附近，基础底板基本施工结束后，墙身最大弯矩达到2300 kN·m／m左右，迎坑面的钢筋拉应力达到245MPa。

以上结果与地下连续墙的侧向变形分布及发展是一致的，结合变形曲线发现，地下一层施工结束后，内于悬臂开挖阶段产生了较大的变形，因而变形曲线形状仍由悬臂阶段控制，顶部大下部小，相应墙身应力也基本为墙背受拉；随着深层变形的发展，墙背拉应力逐渐减小、迎坑面一侧拉应力不断增加，这表明作用于墙身的正弯矩不断发展。

结语

基坑支护变形监测是及时指导正确施工、避免事故发展的必要措施。通过采用各类仪器设备对土体和支护结构的位移、倾斜、沉降、基底隆起等进行综合监测，可对施工过程中可能出现的险情进行及时地预报和超前排除。所以说，现场监测与信息化施工是深基坑施工的必要手段。

参考文献：

郑皆连. 深基坑支护变形机理及实例分析 [J]. 岩土工程界. 2007(05)：95-182.

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关键词：基坑 监测 安全

随着我国经济高速发展,高层建筑大量涌现,深基坑工程越来越多,深基坑在开挖和暴露期间的安全,对确保整个工程顺利施工和邻近建(构)筑物及市政设施(道路、各种管线等)的正常使用和安全至关重要。基坑变形监测已成为工程建设必不可少的重要环节，

一 基坑变形监测的重要性和必要性

理论、经验和监测相结合是指导基坑工程的设计和施工的正确途经，对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以前的经验中得到借鉴，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。开展基坑变形监测的重要性主要体现在几个方面。

(1)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。

(2)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。

(3)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 基坑变形监测措施实施的过程和具体的方案

基坑监测的项目主要包括基坑的围护结构、相关的自然环境、施工工况、地下水情况、基坑底部及周围土体、周围的建（构）筑物、周边的地下管线及地下设施等。但监测的重点主要是基坑开挖空期间基坑围护结构的稳定性，基坑周边的地面及建筑物的沉降、地下管线变形程度等，在监测工作内容的安排和实际监测过程中，根据工程的不同，应抓住重点，紧紧围绕确保基坑和周边建筑物的安全这一目的展开。

1 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，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。沉降、位移的观测点应直接安装在被监测的物体上。

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。

基坑在开挖前其基坑所在位置必须降水，而基坑所在位置地下水位降低以后，势必引起周围地下水向基坑所在位置汇流，地下水的流动是引起塌方的主要因素，所以地下水的观测是保证基坑安全的重要内容，水位观测管的埋设应根据水文地质资料，在含水量大和渗水性强的部位，在紧靠基坑的外边，按 20～30m 的间距沿基坑边埋设，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地下土体测斜管的埋设相同。埋设时须注意波纹管的铜环不要被破坏；在一般情况下，铜环每一米放一个比较适宜，基坑内也可以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比较精密的水准测量法解决。

2 监测频率的确定与调整

基坑工程监测频率应以能反映监测项目的重要变化过程，而以不遗漏其变化时刻为原则。基坑水平位移观测，基坑开挖前必须测取其初始值。基坑开挖过程中的观测，可根据不同工程机动调整，做出监测方案。开挖过程中监测间隔时间要短，开挖后放开间隔时间，中间遇到外界条件变化时可增加监测。

基坑垂直位移、基坑土移、地下水位监测周期可与水平位移监测同步进行。

基坑周边建筑物的沉降监测周期可根据基坑开挖的位置与进度进行观测，如果出现水平位移和沉降异常时应增加监测次数，开挖完成后逐渐延长观测周期。

基坑冠梁如果出现裂缝时，根据具体情况对裂缝进行观测，首先对裂缝出现的时间进行编号，在每条裂缝的最宽处和未端布设两组观测标志，采用收敛计观测，裂缝观测的周期视其变化速度而定。

3 施工期间的巡查

基坑施工期间，每天应有监测经验的专人巡查，同时还应该与施工单位沟通，加强对监测点的保护，万一破坏，应及时采取补救措施，确保监测工作正常进行。

三 基坑监测数据获取方法

基坑施工对周围环境的影响范围为坑深的3～4 倍，因此，沉降监测所选的后视点应选在施工的影响范围之外，且后视点不应少于 2 点。沉降监测的仪器应选用精密的水准仪，按二等精密水准观测方法施测，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。在开工期间，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，与前次的观测数据比较即为每次变量。

位移观测的方法一般最常用的方法准直线法或小三角法观测。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点之用。初次观测时应同时测取测站到各点的距离，有了距离就可以算出各测点的秒差，以后各次的观测只要测出每个测点的角度变化就可以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。

地下水位、分层沉降的观测，首次必须测取水位管口和分层沉管管口的标高，从而可测得地下水位和各土层的初始标高。在以后的工程进展中，可按需要的周期和频率，测得地下水位和每层土层的标高的每次变化量。地下水位和各土层沉降的报警值，应由设计人员根据地质水文条件来确定。

测斜管管口必须每次用经纬仪器测取位移量，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由设计人员确定。

监测数据必须写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都必须写明：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。因此记录好基坑工程中的重大事件是监测人员必不可少的工作。

四 监控报警值勤的确定原则

1 满足设计计算的要求，不能大于设计值；

2满足监测对象的安全要求，达到保护的目的；

3对于相同条件的保护对象，应该结合周围环境的要求和具体的施工情况综合确定；

4满足现行的相关规范、规程的要求

5在保证安全的前提下综合考虑工程质量和经济等因素，减少不必要的资金投入。

五 基坑监测报告内容

1工程概况；

2监测依据和监测项目及各测点的平面和立面布置图；

3采用的仪器设备和监测方法；

4监测频率和监测报报警值；

5监测数据处理方法和监测结果过程曲线；

6监测结果结论与建议。

六 基坑监测中应注意的问题

1在观测过程中，观测自始至终要遵循“五定”原则，所谓“五定”原则，即通常所说的点位要稳定；所用仪器设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本要一致；观测路线和方法要固定，以上措施在客观上尽量减少观测误差的不稳定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测结果有可比性，使所观测的数据客观真实。

2从观测人员上讲，仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。在首次观测前要对所用的仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位预以鉴定。连续使用 3～6个月重新对所用仪器、设备进行校检。在观测过程中操作人员要互相配合，工作协调一致，认真细致，做到步步有校核。

七 结束语

当前，基坑监测与基坑设计、施工同被列为基坑工程质量保证的三大基本要素，并且《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497-2009）强制规定：开挖深度大于 5m 或小于 5m 但现场地质情况和周边环境较复杂基坑工程以及需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。基坑工程发生重大事故前都会有相应的预兆，笔者认为准确有效的监测及报警，完全能将这些基坑事故消灭在萌芽阶段，达到确保人民生命财产安全的目的。

参考文献

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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深、工作面窄、周边房屋及地下管线近的特点发展。当前，基坑变形监测与设计、施工同被列为深基坑工程质量安全保证的三大基本要素。一方面， 基坑监测提供动态信息来指导施工全过程，并可通过基坑监测数据来验证基坑设计的科学性，为今后降低工程成本、提高基坑安全性提供设计依据。另一方面，基坑监测可及时预报和发现险情的发生以及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施提供有力技术依据。所以说，基坑变形监测已成了工程建设必不可少的重要环节，同时也是指导正确施工，避免安全事故发生的必要措施，对保证人们生命财产安全具有重要意义。

1 卡尔曼滤波模型介绍

基坑监测工程是一个数据长期积累的过程，影响观测量的因素有很多。为了提取主要的影响因素，人们采用各种方法来研究这些变量之间的关联程度，然后根据相关性的强弱，利用最小二乘回归得到一个大体反映该段时间内变量之间相互关系的统计模型。这种模型只能从静态状况做数学上的描述，不能体现监测体的动态特征如速率、加速率等。卡尔曼滤波就是利用相关因子及因子的变率作为状态因子，利用初始时刻附近的观测量，构建动态平差模型，进而解出初始状态值，然后利用状态转移矩阵及观测方程构建卡尔曼滤波模型，它的滤波过程反映的是最新时刻与下一时刻之间状态的转换关系。因此一旦滤波模型构成，它就不再依赖用过的数据。

1.1 卡尔曼滤波模型构建所依赖的基础方程

（1）状态方程

X■=？椎■X■+Г■？赘■

观测方程

Lk=Bk，k-1Xk+Δk

式中Xk、Lk、Δk分别为时刻tk的状态向量、观测向量和观测噪声；？椎■、？赘■分别为tk-1至tk时刻的状态转移矩阵和动态噪声；Г■、Bk，k-1分别为状态方程和观测方程在tk时刻的系数矩阵。

离散线性系统的卡尔曼随机模型为：

E（？赘■）=0，E（Δk）=0，cov（？赘■，？赘■）=D？赘（？赘■）？啄kj，cov（Δk，Δj）=D（Δk）？啄kj， cov（？赘■，Δj）=0，E（X0）=？滋（0）=X（0/0），Var（X0）=Dx（0），cov（X0，？赘■）=0， cov（X0，Δk ）=0

其中，当k=j时，？啄kj=1；当k≠j时，？啄kj=0。

所谓离散线性系统的卡尔曼滤波，就是利用观测向量L1，L2，…，Lk由相应的状态方程及随机模型求tj时刻状态向量Xj的最佳估值。通常把Xj的最佳估值记为■■。

（2）状态预报方程

■（k，k-1）=？椎■■■

■（k，k-1）为由时刻tk-1到tk时刻的状态预报值，■■为tk-1时刻的滤波值。

（3）预报误差协方差

Dx（k/k-1）=？椎■Dx（k/k-1）？椎Tk，k-1+Г■D？赘（k-1）Г■

（4）增益矩阵

Jk=Dx（k/k-1）BTkB■Dx（k/k-1）BTk+DΔ（k）-1

其中，DΔ（k）为观测噪声方差阵，一般假定观测噪声的方差是一定的，取DΔ（k）为动态平差中的观测值的中误差协方差阵。

（5）状态滤波方程

■■=■（k/k-1）+Jk（Lk-■（k/k-1））

（6）滤波误差协方差阵

Dx（k/k）=（I-JkBk）Dx（k/k-1）

1.2 卡尔曼滤波法的实现步骤

（1）首先确定滤波的初值X0，包括：状态向量的初值及其相应的协方差阵Dx（0）、观测噪声的协方差阵和动态噪声的协方差阵D？赘（k）；

（2）建立卡尔曼滤波模型，确定系统状态转移矩阵？椎■、动态噪声矩阵Г■和观测矩阵Bk，k-1；

（3）在以上准备工作完成后就可以开始计算了，得出预测值■（k/k-1）、预报协方差阵Dx（k/k-1）、增益矩阵Jk；

（4）输入一组观测数据，进行卡尔曼滤波，得出该组观测值的最佳预测值■■和方差阵Dx（k/k）；

（5）再回到（3），进行递推计算。

1.3 卡尔曼滤波初值的确定

从卡尔曼滤波递推公式能够发现，要想确定系统在tk时刻的状态，首先需要知道系统的初始状态，即系统的初始值。对于实际问题而言，滤波前系统的初始状态是不能够精确得到的，一般只能近似的给定。

滤波的初值包括：初始状态向量X0及其相应的方差阵Dx（0），动态噪声的方差阵D？赘（k）和观测噪声的方差阵DΔ（k）。

对于变形监测的初值问题，可参考文献[4]确定，在此不再详述。

2 实例分析

2.1 基坑工程概况

为了满足XX市环境监控中心的工程施工要求，XX单位于XX年XX月开始对该工程的基坑开挖进行了建筑基坑工程监测，包括沉降观测和位移观测。它的四周布设了10个变形监测点，基坑北部已经挖到-5米，南部已经挖到-3米，基坑西边紧邻科技馆大楼，科技馆大楼层高4层。东边紧邻乡村道路。由于观测数据过多，现将其观测点中的第10期原始观测值列见表1。

表1 第10期原始观测值（仅列出部分数据）

基准点、工作基点及监测点的分布为图1。

2.2 数据处理

该基坑边坡监测点共有10个，分别为J1，J2，...，J10，每个点观测了20期，观测周期视开挖状况确定。通过采用卡尔曼滤波对完整采集的数据J3监测点进行滤波，运用建立好的模型依次对以后各期数据进行滤波并进行预测，通过对滤波后的数据进行对比，分析观测值与滤波值和预报值的区别。

各监测点观测20期经整理后的数据见表2和表3。

对于基坑的变形监测来说，影响变形的因素比较多，比如基坑所在地的工程地质、水文地质和气候条件以及基坑自身的内部结构，喷灌的混凝土应力、及温度、降水等。所以在进行沉降数据处理和分析的时候，为了使结果和实际情况更符合，也应该考虑这些影响因子，把它们当成状态参数的一部分。但是因为上述影响因子的数据难以获取，所以状态参数只考虑水平量和速率。由于这个变形体的动态系统是2维的，观测系统是1维的，所以观测点的状态向量就是Xk=（X0，■）。对J3点观测数据进行滤波处理，由前两期的观测数据通过初值确定方法可知X0=170.36053 0.00005■，Dx（0）=0.25 00 0.25，动态噪声矩阵D？赘（k）=0.25 00 1，观测噪声矩阵DΔ（k）=0.012，时间间隔Δt，状态转移矩阵？椎=1 Δt0 1，观测矩阵B=1 0。使用的方法为用Excel进行矩阵计算，其结果如下表3。

2.3 精度分析

从表2至表4，图2至图3中可以看出，卡尔曼滤波值、卡尔曼预报值与原始观测值数据曲线的变化逐渐趋向接近，卡尔曼滤波值与原始观测值的最大差值： J3点为0.17mm；单位权方差？滓2的估值最大值为0.21，平均为0.13；卡尔曼预报值与原始观测值的最大差值： J3点为0.26mm。相比滤波值其预报值有一定的误差，因为其观测时序较短，影响变形的因子没有一定的变化规律，所以其预报值精度有所降低。

综上说明所建立的卡尔曼滤波模型是合理的、可靠的，较好地模拟了动态目标系统的变化规律。从图表中还可以看到，随着观测点数的增加，观测值与滤波值、预报值的残差越来越趋近于零，也说明模型随着点数的增加不断的进行自身的修正，模型越来越逼近监测系统。

3 总结

本文通过对卡尔曼滤波技术理论的研以及对基坑监测数据进行处理和数据分析，可得出如下几点结论：

（1）卡尔曼滤波是一种对动态系统进行数据处理的有效方法，可以较好地用来处理变形监测数据，也可实时地获得监测系统的当前状态。由于卡尔曼滤波除了可掌握系统的当前状态外，还可以较好的预测系统的未来，因此，对于基坑变形监测来说，卡尔曼滤波是一个重要的研究方法。

（2）在基坑变形监测中，由于滤波方程是一组递推计算公式，计算过程是一个不断预测、修正的过程；在求解时，具有能够求解出速度参数，修正干扰引起的突变；并且当得到新的观测数据时，可随时计算新的滤波值，便于实时处理观测成果，把参数估计和预报有机地结合来。因此，Kalman滤波特别适合基坑变形监测动态数据的处理。

（3）通过文中的分析可以看出，Kalman滤波采用了用残差反求动态噪声的协方差，代入滤波方程改正滤波过程中的原动态噪声协方差，能够较准确的描述变形体的变形状况。

【参考文献】

[1]陆如华.卡尔曼滤波方法在天气预报中的应用[J].气象，1994，2：13-216.

[2]于剑飞.某深基坑工程的监测与分析[J].山西建筑，2001，1：22-23.

[3]黄立人.深基坑施工中的变形监测[J].测绘工程，1997，3：7-13.

[4]陆如华，徐传玉，张玲，毛卫星.卡尔曼滤波的初值计算方法及其应用[J]，应用气象学报，1997，2：1-8.

[5]王永，等.基于分形的线要素综合数据处理方法[J].矿山测量，2009，10.

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关键词：建筑基坑；信息化施工；灰色神经网络模型

1 引言

随着我国经济的快速发展，城市高层建筑和地下结构越来越多，从而导致基坑工程数量的急剧增长。在设计和施工经验不断积累和丰富的同时，不断出现基坑事故，对国民经济和人民生命财产安全都造成了重大损失。这些事故都与基坑变形的监测不利和险情预报不准有直接和间接的关系，因此建筑深基坑工程开挖过程中采用信息化施工对深基坑进行有效的监测，同时对监测数据进行科学的处理和及时的预报对于控制基坑事故的发生是非常有必要的。由于灰色神经网络模型的趋势性和非线性分析能力，本文将其作为基坑工程信息化施工中的变形数据处理工具。实例应用结果显示该模型具有较高的预测精度，能反映基坑位移的非线性发展规律，具有较高的工程应用价值。

2 建筑基坑变形分析模型

选择一个优秀的数据分析和变形趋势预测模型对于信息化施工的成败非常关键。由于灰色神经网络模型的趋势性和非线性分析能力，本文将其作为基坑工程信息化施工中的变形数据处理工具。

2.1 灰色系统模型

取 为GM(1,1)建模序列 ， 为 的AGO序列， 为 的均值序列，GM(1,1)模型的定义型，即其灰微分方程模型为

其中a为发展系数，b为灰作用量，是微分方程的参数。

灰微分方程白化型为

由最小二乘法，可得参数

其中

，

GM(1,1)模型的白化型响应式为

，

2.2 BP人工神经网络模型

人工神经网络是由大量称为神经元或节点的简单信息处理元件组成。多层节点模型与误差反向传播（error back propagation，BP）算法是目前一种比较成熟而又应用最广泛的人工神经网络模型和算法。人工神经网络拟合序列有几个潜在的优点：首先，人工神经网络具有模仿多种函数的能力，包括非线性函数、分段函数等；其次，不像传统的数据序列辨识方法必须事先假设数据间存在某种类型的函数关系，人工神经网络能利用所提供的数据变量自身属性或内涵建立相关的函数关系式，而且不需要预先假设基本的参数分布；再次，该方法信息利用率高，而且避免了系统数据辨识方法在序列累加时因正负抵消而产生信息失真的现象。因此，人工神经网络模型特别适合于对灰色预测模型进行残差修正[1]。本文利用的是一个三层BP网络，由一个输入层、一个隐含层和一个输出层构成。整个训练过程由正向和反向传播过程组成。

2.3 灰色神经网络模型

设有原始基坑变形数据 利用灰色预测模型建立模型可得模拟值 ，原始数据 与灰色预测模型模拟值 之差称为残差，记为 。

1）建立残差序列的BP神经网络模型

基坑位移残差神经网络模型输入层对应灰色预测模型基坑变形模拟值，输出层对应于残差值。采用上述BP算法，通过沉降模拟序列，残差序列训练这个网络，使不同的输出向量得到相应的输出量值（经实践检验值）。训练好的BP网络模型可以作为残差预测的有效工具。

2）确定残差的新预测值

对灰色预测模型沉降预测值进行BP神经网络预测得出残差补偿值 ，在此基础上构造新的预测值 ，

则 便是灰色神经网络模型的预测值。

3 实例分析

南京市中医院全国肛肠中心楼位于金陵路1号。该工程基坑支护采用钻孔灌注桩加单层钢筋混凝土支撑、深搅桩止水的支护形式。在开挖过程中要对基坑的变形进行监测，所以在不同地段设置了支护结构（压顶圈梁）的水平位移、基坑周边建筑物的沉降变形、基坑内支撑立柱桩的沉降、深层水平位移（测斜）、支撑轴力、结构围护桩身应力等监测点。现选择7号点水平位移资料进行预测，7号点的监测数据为压顶圈梁水平位移量，每次监测间隔时间为2天[2]。

首先在这里需要指出的是文献[2]中在建立灰色预测模型时，对原始数据进行了累加，而实际上原始位移数据就是一种累加性质的数据，并且其具有递增的特点，因此无需对其进行累加，即建立直接灰色预测模型，其精度通常高于普通GM(1,1)模型。此时前面建立模型所指的原始数据便是建模数据的一次累减序列。

其次文献[2]中也指出了灰色预测模型并不适合于长期预测，因此需要建立动态递补模型或新陈代谢模型，即随着预测的进行，去掉最老的信息，增加最新的信息，因此本文也以此建立动态灰色神经网络模型，每级模型建模数据为6个，预测数据为未来1级数据，预测结果见图1。

图1 灰色神经网络预测结果

从图1可以看出灰色神经网络模型预测效果很好，平均相对误差为0.918%，这说明灰色神经网络能够在一定程度上描述基坑变形的非线性发展，利用优灰色神经网络模型可以作为建筑基坑工程信息化施工数据分析的有力工具。

4 结束语

信息化施工是确保建筑深基坑工程安全顺利进行的有效手段，其中以数据的分析预报尤为重要，是信息化施工中的重要环节。本文根据基坑工程系统的复杂性、非线性，提出利用灰色神经网络作为基坑信息化施工中的数据分析预报工具，并通过实例应用验证了该方法具有良好的预测能力，可以有效地指导施工。

参考文献：

[1] 刘思峰，谢乃明等.灰色系统理论及其应用（第四版）[M].北京：科学出版社，2008.

[2] 胡冬，张小平. 基于灰色系统理论的基坑变形预测研究[J]. 地下空间与工程学报，2009，5(1)：74-77.