基坑变形监测及预警技术分析.pdf

与建 材装 饰 2016 年 6 月 基坑变形监测及预警技术分析 林金标 （福建省地质测绘院） 摘要：基坑施工是建筑工程的基础，直接影响到建筑工程质量和安全。 基坑变形监测及预警技术，不仅是基坑工程 质量的根本保证，也是建筑工程质量的根本保证。 本文从基坑变形概述入手，分析了基坑变形监测及预警技术，以供参考。 关键词：基坑；变形监测；预警技术 中图分类号： TU753文献标识码： A 文章编号： 1673-0038 （2016） 26-0001-02 随着我国社会和经济的快速发展， 建筑工程也呈现持续增加 之势， 对基坑工程施工标准和质量提出了新的更高的要求。基坑 施工过程中， 由于支护位移、 基坑内外土体变形等原因会导致基 坑变形， 危及基坑本身及周围建筑物的安全， 容易造成重大质量 事故或安全事故， 甚至人员伤亡。基坑变形监测及预警是在基坑 施工及使用期限内， 对建筑基坑变形情况实施监测、 预警的技术 手段。通过连续、 实时的监测和预警， 可以第一时间发现基坑变 形情况， 迅速采取有效措施， 确保基坑结构及周围环境的安全。 因此， 分析和研究基坑变形监测及预警技术， 对保证基坑施工质 量和安全有着重要的现实意义。 1 基坑变形概述 基坑变形是指在基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷不平衡， 在 内外压力差的作用下围护结构产生位移，导致围护外侧土体的 变形， 造成基坑外土体或建筑物、 构筑物沉降与移动的现象。主 要包括： 1.1 墙体变形 基坑围护墙主要有重力式围护挡墙、 地下连续墙、 排桩支护 挡墙、 加筋水泥土墙等形式。墙体水平变形。无论是对于柔性 墙体还是刚性墙体形式， 在基坑较浅且支撑还未设置时， 都是墙 顶向基坑方向水平位移最大， 分布形态为三角形分布。随着基坑 下挖深度的进一步加大， 对于刚性墙体而言， 其水平位移趋势基 本不变， 而一般设置了支撑的柔性墙体， 其腹部表现为向基坑内 突出。墙体竖向变位。由于基坑开挖土体释放自重应力， 致使 土层下降、 墙体上升， 给地表沉降、 墙体及基坑的稳定性都会带 来极大的破坏，特别是对于已经饱和且非常软弱地层中的基坑 工程具有更大的危害性。因清孔不净导致围护墙底面有沉渣时， 围护墙在开挖过程中会发生下沉现象。 1.2 地表沉降 地表沉降是在基坑工程施工影响下， 由于松散地层因固结现 象而产生压缩，从而造成地表土层标高有所降低的一种局部工 程地质现象， 又称为地面下沉或地陷。实践表明， 基坑施工过程 中，当墙体的入土深度不大且地层软弱时，墙底处水平位移较 大， 墙体旁地表沉降较大。当墙体的墙底在刚性地层内或者入土 较深时， 墙体会出现与梁相似的变位现象， 地表沉降的最大值是 在距离墙体较远的位置上， 而不是在墙体旁边。 1.3 基坑底部的隆起 基坑开挖时底部往往会产生隆起现象。 正常隆起现象。 通 常情况下， 基坑的开挖卸载会造成基坑底部隆起， 这种隆起属于 正常隆起， 既有弹性部分又有塑性部分。非正常隆起现象。当 基坑围护结构插入不深时会造成坑底隆起。如坑底存在承压水 层， 当承压水水头压力超过上覆隔水层重量时， 坑底就会出现过 大隆起。这两种隆起是非正常隆起现象， 也是基坑失稳的先兆， 因此在基坑施工中应重点避免。 2 基坑变形监测及预警 2.1 基坑变形监测及预警的重要性 依据建筑相关规范和基坑施工有关规定， 以及基坑工程设计 的相关要求， 必须对基坑变形采取实时监测和预警等手段， 保障 建筑物基坑工程安全顺利， 确保其周边环境安全、 稳定。通过连 续、 实时的监测和预警， 可以第一时间发现基坑变形情况， 如果 监测结果超过设计的预警值， 要及时向建设方、 施工方、 监理方 发出预警， 提请有关部门关注， 以便迅速决策并采取有效措施控 制基坑变形， 保证不对基坑自身及周边环境造成严重影响。实践 证明， 现代化基坑变形及预警技术的成功应用， 为以科学数据指 导基坑信息化施工，保证施工质量、进度和安全创造了有利条 件。 2.2 基坑变形监测及预警的项目范围 根据建筑工程相关规定， 将基坑根据其结构性破坏后果的严 重程度划分为三级： 一级为破坏后果 “很严重” ， 二级为破坏后果 “严重” ， 三级为破坏后果 “不严重” 。一、 二级基坑的施工中必须 实施基坑变形监测与预警，通常包括：围护结构变形及内力量 测、 基坑周边土体变位监测、 土压力量测、 支撑结构轴力量测、 地 下水位及孔隙水压力量测、 相邻建筑物及地下管线、 隧道等保护 对象的变形量测等。 2.3 基坑变形监测及预警技术和手段 人工巡视检查。 即安排专人负责基坑工程本身及周边的巡 视与检查。这种方法一般应用于三级基坑施工或者作为一、 二级 基坑施工的辅助监测手段， 其不足之处是效率低、 预警不及时。 使用设备进行人工检测。 比如， 表面位移监测可以用 GPS 或静 力水准仪， 深部位移监测可以用固定式测斜仪或多点位移计， 地 下水位监测可以用渗压计， 周边建筑物变形监测可用 GPS、 固定 式测斜盒、 静力水准仪、 裂缝计等， 采集设备有便携式读数仪、 自 动采集仪等。智能自动监测与预警。建立基坑监测预警系统， 可对监测数据自动采集、 实时传输、 存储分析与共享， 通过数据 分析， 形成各类变化曲线和图形， 并建立信息管理平台。同时， 运 用信息化、 自动化、 智能化、 数据库等先进技术， 基坑安全状态直 观可视化、 预警等级化、 报警自动化、 监管闭环化等功能， 实现有 施工技术 1 与建 材装 饰 2016 年 6 月 效的数据自动分析。系统可设定预警值和报警值， 当监测数据指 标达到阀值时， 就可触动报警， 从而实现自动预警和报警。远 程监测与预警。随着信息技术、网络技术和智能技术的快速发 展， 监测和预警技术也有了较大提升。物联网应用技术的运用， 可有效提高基坑变形监测与预警监控效能，使基坑施工监管人 员能实施远程监测， 以便实时掌握基坑变形趋势， 为调整基坑施 工方案、 防止质量和安全事故发生提供有效支撑作用。1 3 基坑变形监测及预警技术应用 3.1 基坑工程变形监测项目 合理地确定基坑变形监测项目， 可有效降低监测成本， 提高 监测效率。 要绘制基坑工程环境关系图。 基坑工程环境关系图 是对基坑施工周边环境最直观的体现形式，既反应施工环境各 要素之间的位置空间关系，又为基坑变形监测作业提供了极其 重要的监测依据， 因此， 基坑工程环境关系图在基坑开挖之前， 就必须对基坑工程环境进行深入调查和精准测绘。基坑工程的 平面位置和高程受到周边环境条件的限制，必须绘制出平面关 系图和剖面关系图。 要制定基坑变形监测及预警方案。 在调查 和测量的基础上，应将基坑变形监测及预警手段和措施纳入基 坑工程总体方案之中， 明确基坑变形监测项目、 内容、 手段、 预警 措施等， 确保基坑变形监测及预警安全、 可靠、 有效。 3.2 基坑变形监测及预警指标 基坑变形监测及预警方案制定时， 必须确定预警指标。 目前， 预警值没有全国统一的确定标准和准则。预警指标过高会提高 监测成本， 预警指标过低又容易触发误报。因此， 制定科学的预 警指标尤为重要， 应根据工程地质勘察报告中的岩性指标、 施工 区域的基坑施工经验、基坑设计的技术参数等综合因素来科学 制定。预警值应包括累计变形值及其变化速率， 一旦超出标准范 围就自动报警。基坑工程确定的预警指标一般包括： 自来水管 道沉降和水平位移累计不超过 30mm、发展速率不超过 5mm/d、 差异沉降不超过 1/800。天然气管道的沉降和水平位移累计不 超过 10mm、 发展速率不超 2mm/d、 差异沉降不超过 1/1200。基 坑内降水或基坑开挖引起的基坑外水位下降累计不超过 1000mm、 发展速率不超过 500mm/d。支护结构水平位移： 土钉 支护体系累计水平位移不超过开挖深度的 4%、连续 3d 水平位 移速率不超过 3mm/d； 对于排桩-锚杆支护体系累计水平位移不 超过开挖深度的 4%、 连续 3d 水平位移速率不超过 4mm/d。邻 域内建筑物沉降累计不超过建筑物宽度的 2%，连续 3d 沉降速 率不超过 2mm/d， 差异沉降不超过 1/1300。邻域内地面或路面 沉降累计不超过开挖深度的 6%，连续 3d 沉降速率不得超过 3mm/d。2 3.3 基坑变形监测及预警技术应用 本文以基坑变形监测预警系统为例。 基坑变形监测预警系统 可完成自动扫描、 自动采集数据、 自动保存数据到数据库中、 自 动数据分析等功能。 （1） 系统构成。监测器和分析器是基坑变形监测预警系统的 重要组成部分。其中， 监测器主要是对事先确定的基准点和监测 点进行监测， 在获取相关的监测数据后， 再经过系统软件计算出 所监测点的坐标，通过分析这些点的坐标变化量来判断监测点 的变形量。分析器主要是实时从系统数据库中调取监测数据， 通 过小波分析和降噪处理， 生成累计变量曲线图， 并根据预先设定 的预警值实施安全报警。 （2） 系统功能模块。系统主要包括项目管理、 系统设置、 初始 学习、 数据分析、 预警系统和报表输出等功能模块。项目管理模 块， 主要包括新建、 打开、 删除、 退出系统等； 系统设置模块， 主要 是完成监测参数、 预警限差设置等； 初始采集模块， 主要完成初 始坐标信息的采集； 自动监测模块， 主要是根据预先设定的测量 方式， 通过监测器进行重复周期的自动观测； 适时监测模块， 主 要是在监测器采集数据时动态的显示点位略图、监测数据和累 积变量曲线图等； 数据分析模块， 主要是通过小波变换对变形数 据进行预处理， 以消除存在误差， 并分析变形特征及规律； 预警 系统模块， 根据预先设置的预警值和报警值， 适时报警； 报表输 出模块， 系统采用日、 周、 月报表和总数据报表模式， 自动生成报 表。3 （3） 系统应用。 根据基坑工程的不同性质， 设置不同的基准点 和监测点。比如， 在施工区外相对稳定的地点设置三个基准点， 在基坑挡墙和周边设置六个监测点， 并对系统进行参数设置。然 后， 以连续测量方式进行数据采集、 数据降噪处理、 绘制曲线图， 最后生成报表输出，为基坑变形量的确定和决策措施提供科学 依据。 综上所述， 基坑变形监测与预警在控制基坑变形上起着十分 重要的作用， 对提高基坑工程和建筑工程安全至关重要。合理选 择基坑变形监测和预警技术，能有效提高监测的时效性、可靠 性。随着科技的进步， 必将推动基坑变形监测及预警技术向着系 统化、 自动化、 信息化方向发展。 参考文献 1王洪德， 秦玉宾， 崔铁军， 等.深基坑围护结构变形远程监测预警系统 J.辽宁工程技