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基坑变形监测方案设计毕业设计论文

摘要

随高层/超高层建（构）筑物、地铁工程、大型管道工程等的出现，工程基坑的开挖深度不断加深、规模也愈来愈大，致使基坑安全问题成为我国工程建设事业当中最值得重视的方面之一。

为保证在整个基坑工程期内所有环境设施的稳定性与安全性，必须在对基坑工程制定详细的监测方案后，进行严格有效的变形监测。

本文内容共分为三章进行阐述，前两章是作为对后文的铺垫，主要是对基坑变形监测的知识要点进行一定概括简述。

第三章为本文重点，以位于青岛市城阳区水岸豪庭基坑边坡变形监测项目为实例，对其制定完整具体的基坑变形监测方案设计，设计监测项目为基坑围护结构及其周围、地下环境设施，以达到及时向设计、施工、建设、监理等单位反馈监测结果，实施信息化施工的目的。

关键词：

基坑；变形监测；沉降观测；沉降曲线图

ABSTRACT

Withmanycountlesshigh-rise,super-tallstructuresandbuildingsincontent,thesubwayengineering,largepipelineengineeringarisingatthehistoricmoment.Tothesametime,engineeringfoundationpitexcavationdepthmoreanddeep,scalearealsoincreasinglylarge.OnthesecurityproblemoffoundationpitconstructioninChinawerehasbecomeoneofthemostnotablecareer.Toensurethatthefoundationpitengineeringperiodinallthestabilityoftheenvironmentfacilitiesandsecurity,mustthedetailedworktocompletemonitoringschemeoffoundationpit,afterstrictandeffectivedeformationmonitoring.

Thearticlecontentisdividedintothreechaptersisexpounded,thefirsttwochaptersarelaterunderpreparation,whichismainlytothefoundationpitdeformationmonitoringknowledgepointsarecertainbrieflysummarized.Chapterthreeisthefocusofthispaper.hispartisfocusedonthecontentoflocatedinthecentralbusinessofQingdaoChengyangdistrictShuianhaotingBuildingdeepfoundationpitbracingengineeringcompletespecificdeformationmonitoringschemedesign.Tosettocompletetheconcretefoundationpitdeformationmonitoringsolutiondesign.Designmonitoringprojectforpitsupportingstructureanditssurrounding,undergroundenvironmentfacilities,ordertoreachtothedesign,construction,construction,andsupervisionunitfeedbackmonitoringresults,thepurposeoftheimplementationoftheinformationconstruction.

Keywords：

excavation；deformationmonitoring；Settlementobservation；Settlementcurve

1基坑变形监测概述

1.1基坑工程简介

1.1.1基坑工程概念

随着城市建设的高速发展和地下空间的开发利用，基坑工程愈来愈多。

基坑工程是指建（构）筑物基础工程或其它地下工程（如地铁车站、地下车库、地下商场和人防通道等）施工中所进行的基坑开挖、降水、支护（围护）和土体加固等综合性工程。

基坑开挖深度一般≥6m者称为深基坑工程。

基坑工程变形监测工作，对时间和空间的准确性要求很高，工作拖延或失误造成的影响往往是难以补救的。

因此，在基坑开挖前应制定详细的监测方案，主要内容包括监测目的、监测内容、测点布置、监测方法、监测项目报警值、监测结果、信息化施工，等等。

监测对象和项目的选择，关系到基坑工程的安全施工，盲目增加监测项目是对工程费用的浪费；但任意削减监测项目，可能造成严重事故的发生。

应根据基坑工程的安全等级、地质条件和围护结构的类型确定监测对象和项目。

一般包括:

1、围护结构完整性及强度监测；

2、围护结构的水平位移和变形监测；

3、围护结构应力监测；

4、支护结构内外压力监测；

5、支护结构内外孔隙水压力监测；

6、表层土体沉降、水平位移以及深层土体分层沉降和水平位移监测；

7、地下水位变化的监测；

8、邻近基坑的建筑物和管线道路等设施变形监测；

9、支撑轴力监测；

10、基坑坑底隆起的监测。

1.1.2基坑监测的意义

二十世纪八十年代以来，伴随着我国城市工程建设事业得以迅猛发展以及人口数量的不断增长，城市土地的使用价格愈来愈高。

故本着提高土地的开发利用率和为城市人口提供足够的居住空间的角度出发，众多无以计数的高层超高层建（构）筑物、地铁工程、大型管道工程等应运而生。

为了保证此类建筑的抗震抗压抗风等的结构要求、确保工程安全，基坑工程由原本的浅基坑向着深基坑逐步演变，甚至于向着超深、超大方向发展。

有关专家通过对我国大量基坑工程事故的详细统计调查发现，任何一起基坑事故无一例外地与监测不力或险情预报不准确有关。

故此，如若能够在基坑工程施工的各个阶段开展全面系统的监测，及时发现异常情况并采取相应预案措施，即可有效地避免或者降低财产安全等方面的损失。

基坑工程监测有着无可厚非的重要作用，它不仅仅是信息化施工得以实现、避免降低事故发生的有效手段，同时也是使设计理论方法得到完善发展、工程施工水平得到提升的关键途径之一。

1.1.3基坑监测的目的

基坑在开挖的过程当中，通过科学的设备仪器与测量手段对基坑围护、支护、周围环境（诸如毗邻建筑、地下地表设备、道路等）的水平位移、垂直位移、倾斜位移、基地隆起、地下水位变化等各方面进行系统全面的监测后获取相关信息资料并及时地进行数据分析处理，已能够通过监测来判断出基坑工程当前安全状态并作以预测，同时也能够为工程建设施工的顺利展开提供指导与保障，确保施工安全，带来一定的经济效益与社会效益。

1.2基坑变形监测项目、特点及其基本要求

1.2.1基坑监测项目

1、根据《建筑地基基础设计规范》GB 5007-2002按照地基基础设计等级将基坑工程划分为甲、乙两个级别，其所规定的检测项目如后表1-2-1（a）所示。

2、根据《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99按照基坑遭受损坏的后果程度将基坑工程的侧壁安全等级划分为一、二、三级，其所规定的监测项目如后表1-2-1（b）所示。

3、根据《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97所规定的基坑工程现场监测项目如后表1-2-1（c）所示。

表1-2-1（a）基坑监测项目（GB 5007-2002）

基坑监测项目基坑设计等级

地下水位

立桩变形

锚杆拉力

桩墙内力

土压力

孔隙水压力

基坑底隆起

土体侧向变形

支撑

轴力

或变

形

支撑

结构

水平

位移

土方

分层

开挖

标高

监控范围内建（构）筑物垂直位移及地下管线变形

甲级

★

☆

★

乙级

★

☆

★

☆

★

说明：

★为必测项目；☆宜测项目。

表1-2-1（b）基坑监测项目（JGJ 120-99）

基坑侧壁安全等级

基坑监测项目

地下水位

立柱变形

锚杆拉力

桩墙内力

支撑轴力

支护结构水平位移

土体分层垂直位移

支护结构界面上的侧向压力

毗邻建（构）筑物及地下管线变形

一级

○

☆

○

二级

○

☆

○

☆

√

○

三级

☆

√

○

√

☆

说明：

○为应测项目；☆宜测项目；√为可测项目。

表1-2-1（c）基坑监测项目（JGJ 120-99）

序

号

基坑工程现场监测项目

基坑工程安全等级

一

级

二

级

三

级

围护结构裂缝形变

★

☆

围护结构水平位移

★

围护结构竖向位移

★

☆

围护结构应力应变

☆

边坡土体顶部水平位移

★

边坡土体顶部竖向位移

★

☆

墙背土体侧向压力

☆

墙背土体孔隙水压力

☆

基坑底部的回弹、隆起

☆

基坑周边地表沉降形变

★

☆

基坑周边地表裂缝形变

★

☆

基坑周边地表超载情况

★

基坑周边建（构）筑物水平位移

☆

基坑周边建（构）筑物竖向位移

★

基坑周边建（构）筑物倾斜位移

★

☆

基坑周边建（构）筑物裂缝形变

★

☆

基坑周边重点设施的破损及形变

★

地下水位

★

☆

基坑漏水、渗水的情况

★

支撑及锚杆的应、轴力

★

☆

外界环境（包括温度、湿度、降水等）

★

1.2.2基坑工程监测的特点

1、时效性

由于自然环境（包括降雨降雪等）情况与工程施工进程对基坑工程监测有着严重的影响，因此明确的时间性是基坑工程监测所必须具备的，换句话也就是说基坑工程需要专业测量人员配合施工技术人员随时随地不断开展监测工作，快速、全天候采集数据资料，同时当天所获取的监测数据资料必须及时进行分析与处理，因为一旦超过一定的时间范围，所得的数据资料也就失去了应有的存在价值，这样不只会会造成不必要的人力资金浪费，更可能会带来工程安全隐患而引发更大的人身财产事故，因此绝对不能在监测工作过程中出现拖延现象。

2、精度要求高

在基坑工程施工的各阶段当中，所要求的变形测量误差通常都是在毫米或是毫米以下小数位，因此基坑监测工作中所使用的常被规定为高精度的仪器设备。

使用这样的仪器能够确保在基坑变形监测的过程当中得到精准的数据资料，同时也在得到基坑及其周围物体环境等产生微小变量的数据报告后，能够清楚地做出正确的工程进度预测，尽早的发现可能发生的危害及影响，调整设计参数等并作出相应的应对措施，使工程施工能够顺利开展。

3、等精度重复观测

基坑施工阶段中变形监测的主要任务是观测围护结构与周围环境的稳定程度，监测时并非要求测得绝对测量值，而仅仅要求测得出相对变化值即可。

基坑施工监测正是由于具备这样的一个特点拥有了自身独特发展规律，基坑工程在监测时一定要由同一测量人员按照同一监测方案在相同的监测点上使用相同的测量仪器设备重复对基坑及其周遭环境的形变进行监测，这样才能保证在整个施工过程中达到等精度要求，以此获得正确的相对变化值。

4、数据严密处理

想要从带有偶然误差的监测值中将微小的形变数据分离出来，就要求必须使用严密的数据处理方法。

由于形变模型提前是不可预知的，因此需要专业人员细心鉴别，仔细筛选出基坑工程所需要的正确模型。

同时，在得到变形数据资料后要分析解译出产生的原因并找出变形量预期产生原因之间的关系，以更方便地为工程施工提供的参考并妥善利用管理这些资料。

5、紧密结合多种学科

一个优秀的基坑工程监测方案的设计离不开测量人员丰富的专业知识和经验，但是仅具备单方面的测量知识经验是远远不够的，还应当与其他它多种学科相互结合，例如需要掌握有关土木工程、建筑工程施工、地球物理学、工程地质学等。

一名成功的工程测量者能够将这些学科融汇贯通，只有这样才能与其他工程技术人员默契配合，提高工程施工效率与质量。

1.2.3基坑变形监测的基本要求

1、为保证基坑工程施工能够有计划、有条理的顺利开展，基坑监测工作在进行前一定要预先制定出完整精细的监测方案。

2、所监测的每一项数据资料必须是真实可靠的原始记录，任何人不得擅自填涂篡改，且当天测得的数据一定要及时分析处理，不得有任何理由延误，否则不利于及时发现工程隐患而造成财产安全事故。

3、在各结构中所埋设的监测元件应避免对基坑及周边结构的受力产生影响，且在回填土时应与该场地基坑土质尽量匹配一致。

4、应全面综合地掌握监测结果且对重点监测项目预设安全报警值，以便一旦超过预警值范围能够及时采取措施处理，减少危害的发生。

5、基坑在监测过程中应配有完整的监测数据记录表、报表、图表（包括曲线变化图等），同时在监测工作完成后将所获资料整理得出详细的监测报告。

1.3基坑变形监测常用的仪器原件

1、位移监测常用仪器元件

（1）水准仪

可测量围护墙（坡）顶与立柱的竖向位移、基坑周边设施建筑等的沉降位移以及确定分层沉降管、地下水位观测孔、支护墙测斜管的顶层标高。

（2）经纬仪（已基本不常使用）

（3）全站仪

因其全能化的测量系统，因此成为我国目前应用于基坑自动化监测中不可或缺的仪器设备。

（4）分层沉降仪

用于测量地层沉降与基坑底部回弹，目前应用较多的是电磁式沉降仪。

（5）测斜仪

能够有效精确测量因基坑开挖引起的土体水平位移、支护结构水平位移以及地下室竖直墙面的水平位移。

（6）倾斜仪

主要用于对毗邻建（构）筑物的倾斜测量。

（7）测缝仪

主要用于在监测基坑开挖过程中毗邻建（构）筑物的开裂情况。

（8）激光垂直仪

是应用最早的技术之一，其具有精度效率高、作业条件好等多项优点。

（9）其他先进仪器

如GPS、光线系统等，由于这些仪器多数出产于国外，造价十分昂贵，考虑到工程条件与资金预算等问题，目前在我国的绝大多数建筑工程中还很少见。

2、内力监测常用仪器元件

（1）钢筋计（或称“钢筋应力计” ）

适合对基坑支护结构体的轴力等问题实时测量。

（2）应变计

是一种用于监测结构物因承受荷载、温度变化而产生变形的监测传感器，现较长使用钢弦式应变计。

3、压力监测常用仪器元件

（1）土压力仪（或称“土压力盒” ）

（2）孔隙水压力计

4、水位监测常用仪器元件

（1）水位管钻有小孔的塑料管，外包细纱布挡泥土

（2）钢尺水位计或水位探测仪、钢尺

1.4基坑变形监测的基本知识

1.4.1基坑监测中的误差

误差是量测技术中最重要的内容之一，它是衡量一门技术或一门学科是否成熟的重要标志，既涵盖了一系列的理论问题，又包括了大量的实际操作问题。

对基坑进行监测时，主要有三方面的误差影响，即为：

1、来自监测仪器方法的影响。

无论是那种仪器、哪种方法，总会有自己的限制条件，当超出一定的范围或是使用操作不当，就会带来很大的影响，例如在利用全站仪按视准线法进行位移监测时会有对中误差、目标照准误差等。

2、来自测量员自身的影响。

因身体条件的不同每个测量者之间所能产生的影响大小就不同，例如视力水平的高低等。

与此同时，测量者的专业水平与实际仪器操作能力的好坏对测量结果也会产生很大的影响。

3、来自外界自然环境的影响。

天气、温度、风力、大气折光等等自然条件的好坏都会影响测量仪器的精准度、工程控制网的精度以及测量人员的身体心理状态，从而进一步引起监测数据出现误差，因此在测量时一定要避免选择外界环境条件不良的时段。

在基坑监测中，应当对所提供的各项监测数据里出现的误差有一个基本的判断，了解并掌握监测结果中在所有过程环节当中误差产生的原因、大小、规律，并能够把握各类误差积累、抵消或叠加的关系以及减少或消除方法，这样才能为基坑工程提供更为精准的监测成果。

1.4.2基坑监测的方法

1、肉眼观察：

自基坑开挖到建筑结构施工再到地面、土体回填完毕的整个监测时段内，均需要专业测量人员仅凭自身的丰富经验对自然环境、基坑及周遭建筑物体等的外部特征、渗水漏水等情况用肉眼首先进行视察并做以详细的记录，从而在第一时间判断出可能存在的问题，防患于未然。

2、有关位移问题的监测

（1）水平位移变形监测主要方法

①极坐标法

②前方交会法

③视准线法或称轴线法（适用于呈直线型的基坑边和直线型的支撑）

④小角度法（适用于不在同一条直线上且比较散乱监测点的基坑工程）

⑤全站仪三维监测法（即控制网法，适于要求得基坑整体绝对位移量的工程）

⑥后方交会法（工作量大且适用于因四周被障碍物封闭无法直接布设稳定监测点的基坑工程）

（2）竖向位移变形监测方法

①常采用几何水准的测量方法，如若施工现场不便于布设几何水准路线或者依情况需使用自动监测技术来测量时，则可采用液体静力水准测量的方法。

②基坑的回弹与坑底的隆起在监测时常使用分层沉降标或回弹监测标，将几何水准测量方法与高程传递的辅助工具（如钢尺等）相结合来完成监测工作。

③对于基坑土体分层的竖向位移常在基坑开挖之前至少7天的时间里通过埋设分层沉降磁环监测沉降管口的高程变化值，而后经过计算处理换算成侧管内每一监测点的高程数值。

（3）倾斜位移变形监测方法

依据不同的场地及外部环境条件，可采用前方交会法、激光铅直仪法、倾斜仪法、投点法、垂吊法等。

（4）深层水平位移监测方法

常通过观测活动式测斜仪测斜管倾斜度的变化值，从而进一步推算出围护墙体的深层水平位移，也可在不便使用该仪器时采用自动监测方法测量出某一监测点处倾角的连续变化值而得出最终的水平位移量。

（5）裂缝的监测方法

对于裂缝的长度可利用量尺等工具直接进行测量；对于其宽度则需在裂缝两侧埋设标志后直接测量或是安装千分表测量等；而对于其的深度一般不出现特殊情况是无需进行测量的，如果需要测量则可采用凿出法或超声波法等。

3、有关内力、压力问题的监测方法

可采用如前所述的各种内力、压力测量仪器对支护结构内力、锚杆与土钉内力、孔隙水压力、土压力进行直接的量测。

4、有关水位问题的监测方法

主要通过观测降水井或水位计观测孔等中的水位高度变化监测地下水位的升降。

5、周边环境的变形监测方法

通过采用一定的测量设备对基坑周边的临近物进行实时监测，防止因施工对其它建筑物体等所带来不利影响，从而及时调整基坑施工速度，修改支护保护措施。

1.4.3监测点的布设要求

1、除对重点监测部位应加密监测点数目以保证更精准的折射出监测物的变化外，其余部分应根据各方面的实际情况与最优经费要求合理的设定监测点的数目；

2、监测点的布设位置应当在避开障碍物的同时选择能够确切反应监测物的实际受力情况、形变状态及其变化趋势的关键特征点位处，且其位置不能阻碍其它建筑工程设施的正常运作并对施工作业有尽可能小的不利影响。

3、监测标志的设定应当显眼、稳定、结构安排合理，保证着整个基坑施工期间不易被损毁。

1.4.4平面控制网的技术要求

在对基坑个项目内容实时监测前，需根据施工现场情况与点位布置图布设两级平面控制网，一级网在基准点与工作基点的基础上建立，二级网或称扩展网即建立在工作基点和各项目监测点的基础上。

如若仅是对单个独立目标实时监测，只要利用基准点与监测点来布设成一级网即可。

1、水平位移监测基准网技术要求如下表1-4（a）所示。

表1-4（a）水平位移监测基准网技术要求

等

级

相邻基准点点位中误差（mm）

平均边长

L（m）

测角中误差（"）

测边相对

中误差

水平角观测测回数

一秒级仪器

两秒级仪器

一

1.5

≤300

0.7

≤1/3000,000

—

≤200

1.0

≤1/2000,000

—

二

3.0

≤400

1.0

≤1/2000,000

—

≤200

1.8

≤1/1000,000

三

6.0

≤450

1.8

≤1/1000,000

≤350

2.5

≤1/800,000

四

12.0

≤600

2.5

≤1/800,000

2、导线测量技术要求如下表1-4（b）所示。

表1-4（b）导线测量技术要求

等级

导线长度（m）

平均边长（m）

测角中误差（"）

测边中误差（mm）

导线最弱点点位中误差（mm）

导线全长相对闭合差

一

750C1

150

±1.0

±0.6C2

±1.4

1/100.000

二

1000C1

200

±2.0

±2.0C2

±4.2

1/45,000

三

1250C1

200

±5.0

±6.0C2

±14.0

1/17,000

注：

C1、C2为导线类别系数：

（1）独立单一导线：

C1=1、C2=√2；

（2）附和导线：

C1=C2=1；

（3）导线网：

C1≤0.7、C2=1。

3、测角控制网技术要求如下表1-4（c）所示。

表1-4（c）测角控制网技术要求

等级

平均边长

（m）

测角中误差

（"）

最弱边边长

中误差（mm）

最弱边边长

相对闭合差

一

200

±1.0

1/200.000

二

300

±1.5

±3.0

1/100,000

三

500

±2.5

±10.0

1/50,000

4、测边控制网技术要求如下表1-4（d）所示。

表1-4（d）测边控制网技术要求

等级

平均边长（m）

测距中误差（"）

测距相对闭合差

一

200

±1.0

1/200.000

二

300

±3.0

1/100,000

三

500

±10.0

1/50,000

5、水平角方向观测法技术要求如下表1-4（e）所示。

表1-4（e）水平角方向观测法技术要求

仪器精度

等级

半测回归零差（"）

一测回内2C互差（"）

同一方向值各测回较差（º）

光学测微器两次重合读数之差（"）

备

注

四等级以上

1"级

对基准网的水平角监测应使用此方法

2"级

以

下

2"级

—

6"级

—

1.4.5监测频率

表1-4（f

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