变形观测在具体项目中的应用课件

第八章变形观测在具体项目中的应用

建筑工程学院测绘教研室戴小军§1桥梁变形观测1.1概述1.2桥梁静态变形监测1.3桥梁运营期间健康诊断监测1.4基于GPS技术的大跨度斜拉桥动态变形监测1.1概述1.1.1桥梁变形监测的原因及意义定义：对桥梁整体性能的监测，是用工程测量的原理、技术和方法以及特种测量技术，对大桥主梁及索塔轴线的位移变形进行定期或实时监测，并绘制相应的位移变形影响线和影响面，以及监测各控制部位的变形状态。变形产生的原因（1）自然条件及其变化（2）与桥梁本身相联系的原因（3）勘察设计及施工运营阶段的管理不善，造成的额外变形1.1.2桥梁变形的限值（一）主梁挠度变形的限值桥梁的竖向挠度：桥梁结构形式允许挠度桥梁结构形式允许挠度简支L/800梁的悬臂端L1/600连续板桥L/600斜索桥L1/600L为桥梁的技术跨径，L1为桥梁悬臂端长度斜索桥的侧向挠度：悬索桥的应验风力作用下的侧向挠度，其在行车系的纵向平面内的允许挠度规定为跨径的千分之一。（二）墩台沉降变形监测（1）墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）（2）相邻墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）（3）墩台顶面水平位移值－L为相邻墩台间最小跨径长度1.1.3桥梁变形的分类（1）能反应结构的整体工作状况，如挠度、转角、支座位移等，（2）反应局部工作状况，如纤维变形、裂缝、钢筋的滑动等。1.2桥梁的静态变形监测一、桥梁的下部结构的监测监测内容：桥墩、桥台、桥塔和桩基础（1）监测点的布设原则：布设在最能反应结构受力的特征点、线和面上。见：黑板图（2）观测方法及周期采用DS0级精密水准仪并按国家一等水准测量的要求进行观测观测周期为三天，遇到特殊情况，比如汛期、地震及沉降变化异常时增加观测周期四基准点、工作点的布设和施测控制点和工作基点构成了控制点，处于桥梁承压范围之外，被视为稳定不动的点。观测点布设在桥梁墩台选定的位置上。1.基准点的布设基准点：选择在桥梁承压范围之外，一般离桥梁墩台1－2千米。工作基点一边选择在桥台上，以便于观测布设在桥梁墩台上的观测点。连接基点和观测点的线路：单线路双线路由绝对网和相对网组成的垂直位移检测网范例：2.观测点观测（1）观测精度（2）跨墩水准测量如图（3）跨河水准测量1.3桥梁运营期间健康诊断监测一、桥面上部观测点布设1.拱桥（1）拱脚，跨中，拱肋，还可以在四分之一、八分之一、八分之七截面的挠度观测点2.连续钢结构跨中、中跨三分之一等3.斜拉桥与悬索桥（1）主桥梁面线形测量与挠度观测点的布设（胜利大桥为例）P2021.4基于GPS技术的大跨度斜拉桥动态变形监测一、GPS动态变形系统的建立二、GPS用于桥梁结构的动态监测§2边坡工程变形监测2.1概述1.监测的对象露天矿山，山区的公路、铁路、水渠、水库中的大量边坡工程。2.产生边坡滑动的原因边坡在重力、构造力、地震力以及各种外应力的长期作用下，存在向下滑动的趋势，一旦岩体的阻抗力小于下滑力，则会发生边坡的滑动。边坡的滑动会给国家的经济建设和人民生命财产安全带来巨大的危害。3.边坡监测的目的（1）评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并做出相关预报，为业主、施工方及监理提供预报数据。（2）通过监测为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据，预测与预报今后边坡的位移、变形的发展趋势。（3）对已经发生滑动破坏的滑坡和加固处理后的滑坡进行监测，其检测结果是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡治理效果的尺度。（4）为有关位移反分析及数值模拟计算提供参数。方法1.简易观测法通过人工观测边坡工程中地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形特征及地下水位变化，地温变化等现象。

简易观测装置见图2.设站观测法该方法是在充分了解了工程场区的工程地质背景的基础上，在边坡体上设立观测点（呈线性、格网状等），在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站，用测量仪器（经纬仪、水准仪、测距仪、摄影仪及全站仪、GPS接收机等）定期监测变形区内网点三维坐标变化的一种行之有效的监测方法。此法主要泛指大地测量、近景摄影测量及GPS测量于全站式电子速测仪设站观测边坡地表的三维位移方法。（1）大地测量法优点能确定边坡地表变形范围量程不受限制能观测到边坡体的绝对位移量（2）GPS测量法优点观测点间无需通视、选点方便观测不受天气限制、可全天候的观测观测点的三维坐标同时测定，对于运动的观测点还能精确测出他的速度在测程大于10KM时，相对精度可达百万分之一，优于精密光电测距仪。（3）近景摄影测量法采用近景摄影方法进行滑坡变形测量时，在观测的绝对精度方面还不如某些传统的测量方法，但在滑坡监测中，可以满足崩滑体处于速变、剧变阶段的监测要求。3.仪表观测法4.远程监测法2.3监测仪器介绍测缝计、沉降仪、测斜仪、测应压力计，地震仪等2.4观测的精度、频率和测点的布置1.监测项目的一般原则：（1）通过对工程地质背景及工况的深入了解、确定边坡的主要滑动和变形方向，可能的滑动深度与范围（2）考虑测试成果的可靠程度（3）考虑经济情况（4）不影响正常施工与使用（5）能形成统一的结论和简捷的报表2.优化监测工作的方法（1）在确定监测方法方面，充分考虑地形、地质条件及监测环境，做到土洋结合，人工和自动化相结合。（2）在监测仪器方面，做到精度低仪器和精度高仪器相结合。（3）在监测内容方面，选择关键的监测部位，合理布置监测网点，突出重点，兼顾整体，力求表部和深度结合。（4）在确定精度方面，以以往经验为借鉴，结合实地勘测，对于边坡变形机理、变形发展趋势及监测仪器设备的精度综合分析，一般应为变形量的十分之一来确定适当的精度。（5）在确定周期方面。应根据边坡体处于不同变形发展状态和不同监测手段的性质确定或灵活调整。3.测点设置步骤（1）测线布置图：十字形布设

发射形布设十字形布置方法对主滑方向和变形范围明确的边坡较为合适和经济，通常在主滑方向上布设深部位移监测孔进行监测。发射形布设更适合于边坡主滑方向和变化范围不能确定的边坡，在布设测线时可考虑不同方向的交叉布设测孔。（2）监测网布设在基点的基础上，建立检测网。2.5震后理县滑坡研究（例子）1.背景情况介绍

2008年05月12日北京时间14：28分四川省汶川县发生里氏8.0级大地震，造成特大灾害。本次地震的重灾区，主要分布在龙门山高山峡谷区和四川盆地深丘区等地，行政区划上涉及四川省的成都市、绵阳市、德阳市、广元市、阿坝藏族羌族自治州，甘肃省的陇南市，陕西省的汉中市等的山区，面积大于10×104km2。汶川地震波及范围广，危害巨大，均为历史罕见。强烈地震除直接造成众多人员伤亡和各种设施被毁外，同时还诱发了大量滑坡和泥石流等次生山地灾害，形成灾害叠加，导致灾情更加严重。根据四川省国土资源部门初步统计，在四川省灾区初步计划防治的8000余处灾害隐患点中，崩塌2264处，滑坡3412处，占69.5%。这些崩塌、滑坡阻断交通、砸毁车辆、掩埋城镇和村庄、阻断河流，危害灾区人民的生命和财产安全，如图1-1，对山区城镇、村庄、道路和水利水电工程以及通讯设施等造成严重破坏，进一步加重了地震灾害，更为严重的是毁坏道路阻碍了救援队伍和工程机械进入灾区，加大了救援难度，严重延缓了救援进度，因崩塌、滑坡使得道路不通而延误的时间，大部分超过了生命搜救的最佳时间72小时。2.内容

1)地质宏观监测：主要包括滑坡裂隙、建筑物裂缝和泉水动态等；地表隆起、位移、地面沉降、塌陷等。2)地表位移监测：主要包括滑体的三维位移量、位移方向、位移速率等绝对位移量等。3)深部位移监测：主要包括深部裂缝、滑带等点与点之间的绝对位移量和相对位移量等。4)地下水监测：主要包括钻孔、井水水位及水压力、泉水的动态变化等。5)地表水监测：主要包括与滑体有关的河、沟、渠的水位、水量、含砂量等动态变化及农田灌溉用水的水量和时间等。6)气象监测：主要包括降雨量、降雪量、融雪量、气温、蒸发量等内容。7)地声监测：地声监测主要测量危岩体变形破坏时所释放应力波的强度和信号特征。8)地应力监测：主要监测滑体内不同部位的应力变化和地表应力变化情况，分辨拉力区和应力区。这些物理量不能直接反映变形量，但能反映变形强度，可配合其他监测资料，分析变形动态。9)人类活动监测：包括人类工程活动，如开山造田、修建工程建筑物、开挖路堑、水力水电工程建设、边坡开挖等；人类生产活动，如水渠渗漏、农田灌溉、工业及农业生产废弃物的堆放等；人类生活活动，如污水排放、污水管道渗漏、废弃物的堆放等。3.纤传感滑坡监测光光纤传感技术是工程测量领域的一项高新技术，光纤传感器采用光作为信息的载体，用光纤作为传递信息的介质，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、响应快、重量轻、体积小、外形可变、传输带宽大以及可复用实现分布式测量等突出优点。我国在2004年将分布式光纤传感技术应用于滑坡监测，并取得了显著的效果。5.传感光纤裂缝监测设计为验证滑坡稳定性与地表裂缝变化的关系，传感光纤监测位置选择在滑坡周界附近及主滑线附近等变形较为明显的区域，共监测6处截面，编号为T-1，T-2，……，T-6。每处截面设置3个应变计，间隔120度方向均匀分布，分别为12点钟一处，4点钟、8点钟各一处，如图4-5所示。传感器量程2000左右，精度±5。5.地面GPS观测实施方案利用快速静态测量法对地面监测网进行每期观测：分别将两台GPS接收机安置在基准点上，另一台接收机依次在各变形观测点上流动观测，每次观测10～20分钟。每观测一个点，即产生一个同步闭合环。每期观测点设站次数为两次。经事后数据处理，解算出各监测点的三维坐标，根据各次观测解算出的三维坐标变化量来分析监测点的变形。不同周期观测时，采用相同的观测网形和观测方法，保证仪器、天线、对中器配套使用，并且在每个点上固定不变，以减少测量误差的产生。滑坡监测周期为半个月一次，下雨前后各加测一次。点位第一期第二期第三期бxбyбzбxбyбzбxбyбzD0.00.00.00.00.00.00.00.00.0D11.81.84.51.10.94.11.61.75.9D21.21.14.21.01.13.81.51.33.2D32.31.93.81.00.83.21.61.44.1D41.91.94.61.01.13.71.61.53.5D51.11.03.81.10.93.21.31.54.4D61.21.03.41.00.83.51.41.23.0D72.42.03.91.01.13.41.41.65.8D82.82.45.61.11.23.41.92.14.7点位第二期减第一期第三起减第一期第三期减第二期NEHNEHNEHD0.00.00.00.00.00.00.00.00.0D15.4-2.7-2.13.7-0.42.7-1.72.44.8D214.0-38.4-15.022.4-61.6-14.88.4-23.20.2D310.8-24.0-24.414.7-37.3-33.93.9-13.3-9.5D48.2-6.0-3.68.45.39.40.211.313.0D59.6-18.3-15.216.3-29.8-16.96.7-11.5-1.7D613.8-10.3-7.926.3-22.7-10.512.5-12.4-2.6D75.3-9.6-25.12.30.8-8.5-3.010.416.6D86.97.9-34.610.810.6-37.13.92.7-2.5

通过GPS数据与传感光纤数据的比较可以得出以下结论：该滑坡是以地震成因为主，破坏了之前的稳定状态性，在强烈的震动下，新增了许多裂缝，使土石向下滑动，产生大量的崩滑、落石，从而形成复合滑坡体。从滑坡区变形破坏的形式，裂缝的变化，地形地貌条件和水文地质条件等综合分析，以及稳定性定量计算结论，现状滑坡处于崩滑期，整体稳定性较差，局部陡坡还受地形以及集中暴雨（或长时间降雨）影响，使得局部的变形破坏更加严重。从以上分析可以看出该滑坡就目前状态而言，整体稳定性较差，局部存在强烈变形区，其进一步的变形破坏对滑坡下的公路具有较大的危险性，并且在降雨后容易形成山洪及泥石流，须采取进一步的预防措施。§3基坑施工监测1概述2监测内容及方法3监测技术设计4基坑监测实例1概述基坑工程的概念

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。基坑开挖深度有深浅之分，一般≥6m者称为深基坑工程。基坑开挖

基坑开挖将引发以下诸多问题：坑壁土体重力下滑、坡面渗流失稳、坑底土体卸荷回弹和浸水软化、坑底土体承载力不足隆起、坑底土体下卧承压水层反压顶破“突涌”、坑底土体渗流管涌和倒渗流砂流土、支护桩墙倾覆或滑移失稳、支护桩墙强度不足断裂、坑内支撑压屈、坑外锚杆拔移失效等

1概述对基坑支护结构的应力变化与土体的变形进行监测的目的：（1）保证基坑支护结构和邻近建筑物的安全（2）验证设计所采取的各种假设和参数，并进行及时的改正和完善（3）不断积累工程经验，提高基坑工程设计和施工的水平基坑开挖分为三种施工法：

①放坡开挖；

②支护开挖；

③上段放坡下段支护开挖。在城郊地区，场地土质较硬时可采用第①种施工法，较软时用第③种施工法，在繁华市区，大都采用第②种施工法。在软土地区，尚须坑内或坑外降水，必要时坑壁或坑底加固土体。

2.1监测内容及方法序号监测对象监测内容监测仪器与仪表（一）围护结构1围护桩墙桩墙顶水平位移与沉降全站仪、水准仪桩墙深层位移测斜仪等桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪等桩墙水土压力压力盒、频率仪等2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪等3围椽、圈梁内力钢筋应力传感器、频率仪等水平位移全站仪等4立柱沉降水准仪、全站仪等5坑底土层隆起水准仪等6坑内地下水水位监测井、频率仪等序号监测对象监测内容监测仪器与仪表（二）周围环境7周围土层分层沉降分层沉降仪、频率仪水平位移全站仪等8地下管线沉降水平仪等水平位移全站仪等9周围建筑沉降水准仪等倾斜全站仪等裂缝裂缝检测仪等10坑外地下水水位监测井、频率仪、孔隙水压力探头等分层水压孔隙水压力探头、频率仪等2.2围护桩墙顶水平位移和沉降监测2.2.1水平位移监测水平位移监测的方法有：极坐标法、前方交会法、视准线法等。基坑开挖前，测点坐标至少连续观测2次，取无明显差异结果的平均值作为坐标初始值，由于位移监测一般采用独立坐标系，要避免检测点坐标的旋转变换，减少计算工作量，可以首先确定基坑的纵轴线为X轴或Y轴，通过实测纵轴线与基点的水平连接角，反推基准点的起算方位角，以后每次监测时以该方位角作为起始方位，则监测点位移的方向即为基坑的纵横轴线方向。2.2.2沉降监测基坑沉降监测的目的首先是为了保证基坑的施工安全，因此必须具有较高的监测精度。目前，精密水准测量方法广泛应用于基坑的沉降监测中。测量时，一般自工作基点经过各个监测点形成一条或多条闭合的路线，如果特殊点只能采用支水准路线进行监测，应进行往返测，往返高差之差应满足精密水准测量相应的观测要求。具体方法见《沉降观测》章节。2.2.3深层水平位移监测深层水平位移指基坑围护墙和土体在不同深度上的水平位移，通常采用测斜仪测量。（1）测斜仪的组成测斜仪由测斜管、测斜探头、连接电缆和测读仪组成。测斜管一般在基坑开挖前埋设于围护墙和土体内，根据制造材料不同一般分为：PVC和铝合金两种，管长有2米和4米，管段间由外接头管连接。（2）测斜仪的埋设测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方法绑扎埋设是将测斜管在现场组装后绑扎在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土内。钻孔埋设是预先在土层内钻孔，孔径略大于测斜管的外径，将测斜管封好底盖逐节组装逐节下方到钻孔内，同时在测斜管内注满清水，直到放到预订的标高，随后在测斜管与钻孔之间回填细沙、水泥和粘土拌合的材料固定测斜管。（3）测量原理与方法测斜管是在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内的，当土体产生位移时，测斜管随土体同步位移，测斜管的位移量就是土体的位移量。测斜仪的原理是通过摆锤受重力作用测量测斜探头轴线与铅垂线之间的倾角，进而计算垂直位置各点的水平位移。2.2.4基坑回弹监测产生基坑回弹的原因：基坑开挖后，由于卸除地基土自重，引起基坑底面及坑外一定范围内土体相对于开挖前的回弹变形。回弹监测标埋设与观测方法如下：（1）采用钻孔法，钻杆外径与标志的直径相适应。钻至基坑设计标高以下20厘米时，将回弹监测标旋入钻杆下端，沿钻孔缓慢放到孔底，并压入孔底土中40厘米到50厘米，此时回弹标尾部已压入土中，旋开钻杆使回弹标脱离钻杆，提起钻杆。（2）放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面高程。（3）测完后，将辅助测杆、保护管提出地面，用砂或素土将钻孔回填。回弹监测不少于3次，具体安排是：第一次在基坑开挖前，第二次在基坑开挖好之后，第三次在浇灌基础混凝土之前。2.2.5土体分层沉降观测土体分层沉降是指地表以下不同深度土层内点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪测量。2.2.6支档构件内力监测通过监测构件受力钢筋的应变或应力，根据钢筋混凝土的变形协调原理进行计算的方法。3监测技术设计技术设计前应做好以下几个方面的工作（1）通过个人接触和会议形式，与建设单位、设计单位、施工单位、监理单位进行沟通协调，听取他们对基坑监测的意见和要求。（2）收集工程地质勘测报告、基坑支护结构设计图、工程主体结构设计图、施工区地形图和平面图、综合管线图、基坑施工组织设计等。（3）现场探勘和调查，掌握开挖区周围地面建筑物和地下管线情况，根据监测内容考虑监测点的布设和确定监测技术方法。3.1监测内容的确定根据《建筑基坑支护技术规程》，确定如下监测内容安全等级一级二级三级支护结构水平位移√√√周围建筑物及地下管线变形√√○地下水位√√○桩墙内力√○※锚杆拉力√○※支撑轴力√○※立柱变形√○※土体分层沉降√○※支护结构侧向压力※※※注：一级、二级、三级别表示破坏后果很严重、一般、不严重。√应测，○宜测，※可测3.2监测点位的布设3.2.1桩墙顶部水平位移和沉降基准点：远离基坑的变形区外工作基点：基坑附近、要求基础稳定并由基准点定期检测。监测点：一般布设在围护结构混凝土圈梁上和水泥搅拌桩、放坡开挖时的上部压顶上，要求即不容易破坏，又能真实反映基坑的变形，当基坑有支撑时，监测点一般布设在两根支撑的跨中。监测点可采用柳钉枪或钻孔埋设膨胀螺丝，测点间距一般取8到15米，可以等距离布设，也可以根据场地堆载、通视情况不等距离布设，对于水平位移变化剧烈的区域应适当增加点数。3.2.2深层水平位移深层水平位移监测点的点位与数量应根据设计和工程需要确定，一般来说，基坑的短边中间部位应布设一个监测点，长边上应每隔30米左右布设一个监测点，监测深度一般与围护桩墙的深度一致，深度方向上的测点间距一般取0.5米－1米。3.2.3基坑回弹基坑回弹点根据基坑形状及地质条件布设，以最少的点数测出所需各纵横面回弹量为原则，可利用回弹变形的近似对称特性布点。基坑中央和距离坑底边缘约四分之一坑底宽度处应布设点、方形、圆形基坑可以可按单向对阵点，矩形基坑可按纵横向对称布点，复合矩形基坑可多向布点。对基坑外的监测点，应选所在坑内方向线的延长线上布点，离基坑距离约为1.5倍－2倍基坑深度。3.2.4土体分层沉降分层监测点点位根据设计和工程需要确定，一般布设在围护体系中受力有代表性的位置，应紧邻围护桩墙埋设。点的数量和深度根据分层土的分布的情况确定，原则上每一土层一点。最浅的点低于基础底面至少50厘米，最深的点应超过压缩层理论厚度处。3.2.5结构内力对于设置内支撑的基坑工程，可选择部分典型支撑进行轴力变化监测。支撑轴力的测点布设主要由平面、立面和断面三种因素确定。3.2.6坑外地下水在基坑降水期间，坑外地下水监测的目的是在于检验止水帷幕的效果，必要时采取灌水补给措施，以避免基坑降水对周围环境的影响，坑外地下水一般通过检测井监测，井内设置带孔塑料管，并用砂石充填管壁外侧。检测井管底标高一般在常年水位以下4－5米。3.2.7周围环境周围环境主要是指基坑开外3倍深度范围内的建筑物和管线，主要为沉降观测。建筑物测点主要布设在墙角、柱身等特征部位，应能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。管线上的点布设主要考虑其重要程度和变形的敏感性，如上水管承接式接头应按2节－3节布设一个监测点。有弯头和丁字形接头处应布设监测点。3.3监测期限和频率的确定基坑监测贯穿基坑开挖和地下结构施工的全过程，即从基坑开挖第一批土开始到地下结构施工至0.00标高基坑越大，施工时间越长，监测期限就越长。桩墙顶水平位移和沉降、深层水平位移的监测频率：从基坑开始开挖到浇筑完主体结构底板。1天监测1次，浇筑完主体结构底板到主体结构至0.00标高，1周监测2－3次，各道支撑拆除后的3天－一周，1天监测1次。基坑回弹、土体分层沉降的监测频率一般为：基坑每开挖其深度的四分之一到五分之一或在每道内支撑施工间隔的时间内，监测2次－3次，基坑开挖的设计深度到浇筑完主体结构底板，1周监测3－4次，浇筑完主体结构底板到全部拆除支撑，1周1次。内支撑和锚杆拉力的监测频率：从支撑和锚杆施工到全部支撑拆除实现换撑，1天监测1次。地下水的监测频率：整个降水期间，或从基坑开始开挖到浇筑完主体结构底板，1天监测1次，当围护结构出现渗漏现象时，增加监测次数。基坑周围建筑物和管线的监测频率：从围护桩墙施工到地下结构施工至0.00标高，水平位移和沉降1天监测1次，倾斜和裂缝1周监测1－2次，视具体情况适当增减。3.4预警值和报警制度的制定预警值是一个定量指标，在其允许范围内可认为工程是安全的，否则认为工程处于不稳定状态，将对工程自身及其周围环境产生有害影响。确定预警值的基本原理：（1）满足现行相关规范（2）满足工程设计的要求（3）考虑各主管部门对所辖保护对象的要求（4）考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济因素等安全等级一级二级三级破坏程度很严重严重不严重工程复杂程度基坑深度/m＞149-14＜9地下水埋深/m＜22-5＞5软土层厚度/m＞52-5＜2基坑与周围建筑边缘净距/m＜0.5h0.5h-1.0h＞1.0h监控内容监控值设计值监控值设计值墙顶位移/mm30506080宜按二级标准控制，当环境许可时可放宽墙体最大位移/mm608090120地面最大沉降/mm305060100最大差异沉降/mm6/100012/1000据实践经验，对一些项目提出以下警戒值，仅供参考：

①基坑围护墙测斜：对于只存在基坑本身安全的测试，最大位移一般取80mm，每天发展不超过10mm。对于周围有需严格保护构筑物的基坑，应根据保护对象的需要来确定。例如上海市地铁一号线隧道，周围施工对其影响所造成的位移不得超过20mm。

②煤气管道变位：沉降或水平位移均不得超过10mm，每天发展不得超过2mm。

③自来水管道变位：沉降或水平位移均不得超过30mm，每天发展不得超过5mm。

④基坑外水位：坑内降水或基坑开挖引起坑外水位下降不得超过1000mm，每天发展不得超过500mm。

⑤立柱桩差异隆沉：基坑开挖中引起的立柱桩隆起或沉降不得超过10mm，每天发展不超过2mm。

⑥弯矩及轴力：根据设计计算书确定，一般将警戒值定在80％的设计允许最大值内。

⑦另外，对于测斜、围护结构纵深弯矩等光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应作出报警处理。

4.工程实例实例一1）概述

水平位移观测的传统方法有很多，诸如视准线法、引张线法、导线法以及前方交会法等。结合到施工工地的特点，对支护工程的水平位移观测大多采用视准线法，即建立一条基线，利用精密经纬仪测小角从而计算出水平位移。参看图10-20，P点的水平位移值ΔP为：

ΔP＝

式中：ρ″＝206265″，D是测站点A到观测点P之间的平距。这种方法方便易行，在工地中被广泛采用。但这种方法也有缺点：对于一般的长方形基坑，需要布设四条基线进行观测，经纬仪安置次数多会大大降低工作效率；现在城市工地施工空间很小，要想实现四条基线的愿望肯定是困难重重。而且目前基坑形状大多不是长方形，而是多边形。因此，视准线法已经很难适应当前的工程需要。近十几年来，笔者承接了南京市几十个基坑支护工程的变形观测任务，并尝试采用全站仪来观测，在工程实践中，得到了一些经验和体会。

南京市某基坑支护工程平面示意图

上图为南京市某建筑物基坑工程全站仪观测平面示意图。该工程基坑开挖面积近2000m2，基坑支护采用深搅施工，支护结构采用φ700双轴深层搅拌桩，重力墙的墙宽度为3.2m，水泥掺入比为15%，基坑开挖深度为5m。下面简单介绍该基坑工程变形监测的实践。

2）用全站仪监测水平位移

（1）测量原理

在各类工程测量中，全站仪已被广泛采用。如图14-1中的基坑现场，用全站仪来监测只需建立一条基准线PA，其测量原理也比较简单：对某测点i，利用全站仪同时测定水平角βi和水平距离Di，则可利用观测值（βi，Di）来计算出该点的平面直角坐标（xi，yi），

式中：（xp，yp）是工作基点P的坐标，αPA是基准线PA的方位角，两期观测结果之差（Δxi，Δyi）即i点的水平位移。其中Δxi为南北方向位移值，Δyi为东西方向位移值。下面简要分析用这种方法能否满足基坑支护变形监测的要求。

（2）边角后方交会监测工作基点（测站点）的稳定性

基坑支护工程变形监测的难点之一就是工作基点位置的选定。为不受基坑变形影响，工作基点应尽可能离基坑远一些，但城市工地施工场地比较狭小，工作基点要想离基坑远一些很难做到。不过，工作基点离基坑近一些也有优点，在一个工作基点P上可以观测到全部观测点。当然，不管工作基点离基坑是近还是远，都必须对工作基点P的稳定性进行监测。为提高工作效率，尽可能使仪器不换站，因此，采用边角后方交会法来监测工作基点稳定性比较方便。图中的A、B、C三点是固定点，一般可选在离基坑60～150m的建筑物屋顶上，埋设固定标志。仪器架在P点，每次观测2个角度β01和β02，观测3条边长（平距）DPA、DPB、DPC。利用间接平差法求取P点的本期坐标，再用公式（14－2）计算观测点的坐标。因此，所有观测点的计算坐标值都克服了P点（测站点）位移的影响。如在实测中，我们对β01和β02用2″级全站仪各测2测回，平距DPA、DPB和DPC只测1测回（读数4次），经间接平差精度估算可得：P点坐标精度为mXP＝mYP＝±0.72mm，PA边的方向中误差为：＝±2.2″。（3）观测点精度估算

对公式（14-2）进行全微分，再根据误差传播定律可得：

（14-3a）

（14-3b）

式中：ρ＝206265″，mXP、mYP、mαPA是工作基点P的起始数据误差，由边角后方交会精度预估有：mXP＝mYP＝±0.72mm，mαPA＝±2.2″；现场监测采用日本索佳公司生产的Powerset2000全站仪，该仪器为2″级全站仪，观测2测回，其测角中误差为：mβ＝±2＝±2″；测距标称精度为：mD＝±（2mm+2ppm·D），根据江苏省测绘局质检站的鉴定结果，其测距精度为：mD＝±（1.2mm+1.5ppm·D），根据现场实际情况，取Di＝60m，则有：mD＝±1.3mm；另外，经笔者反复试验，（αPA+βi）＝45°为最不利条件，不妨取（αPA+βi）＝45°。将上述数据代入式（14-3），则预估出观测点坐标的精度：

mxi＝±1.32mm，myi＝±1.32mm

（14-4a）

mi＝±＝±1.86mm

（14-4b）

一般基坑支护工程变形观测要求：点位测量中误差应≤2mm，因此，用基于边角后方交会的全站仪直接观测法是可以满足工程需要的。

（4）计算软件

对于基坑支护变形观测，建设单位总是希望在观测之后立即提供变形数据。因此，为了满足工程需要，我们用VisualBasic5.0开发了相应的计算软件。该软件的主要功能包括边角后方交会平差计算；观测点坐标计算、水平位移值计算；在Office软件支持下，水平位移成果可以用电子表格形式输出。有此软件支持，在观测结束后，我们可以立即提交变形监测成果，为建设单位及时解决施工中出现的问题提供了方便。

3）实测数据分析

“全站仪观测法”测量的部分成果见表14-1和表14-2。表14-1为工作基点P的坐标变化值，表14-2为考虑了P点变形之后的部分观测点的位移值。

表14-1

工作基点P的坐标变化值表（单位：mm）时间第1天第4天第9天第17天第37天ΔX0.05.911.215.818.6ΔY0.01.72.63.25.3表14-2

考虑了P点变形之后的部分观测点的位移值时间观测点点号、位移方向、位移值（单位：mm）E1

西移E3

西移E5

西移S2

北移W1

东移W2

东移W3

东移W4

东移W5

东移W6

东移N2

南移第1天0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0第2天2.55.90.65.86.312.522.918.112.44.93.0第3天6.98.83.012.616.641.150.036.721.81.78.7第4天7.219.95.016.829.066.080.556.633.46.311.2第5天7.222.96.019.835.677.589.465.038.14.312.2第6天7.223.15.422.235.980.991.566.640.46.812.4第8天7.326.75.632.943.583.297.675.744.28.113.6第9天7.726.54.936.547.291.098.878.945.09.813.5第11天4.527.25.043.250.696.9106.8破坏46.79.813.2第13天7.230.07.050.154.5104.9116.2—52.39.715.8第15天8.029.86.555.256.2111.3122.0—58.19.714.9第17天8.930.38.860.256.9111.8128.3—59.39.815.5第26天9.933.39.874.757.8115.7134.6—66.39.917.5第31天11.634.18.979.860.5117.9137.7—68.99.817.3第37天12.337.211.983.160.8121.4139.7—71.010.020.8从表14-1可以看出，位于西南角的工作基点P

(注：现场P点离S2点仅3m。)在基坑开挖过程中向北移动值多达18.6mm，向东移动值稍小一些，与现场情况相吻合。由于考虑了P点变形的影响，表14-2中的数据规律很明显（只有个别数据异常）。前几天的测量结果表明：西侧W2、W3和W4三点的水平位移值较大，且发展速度较快，如W3点的第3天的日位移量达27mm，已严重影响基坑支护结构的稳定性，而且周围的建筑物也出现了裂缝。我们及时将监测成果通报建设单位，建议他们对西侧支护工程及时加固。基坑东侧由于支护桩埋入土层相对较深，故东侧各点的水平位移值较小。

目前，尚无固定的变形值标准来衡量基坑开挖是否可以继续进行。我们根据对基坑工程的稳定性分析，结合本工程的具体情况，与建设单位一起，在岩土专家的指导和建议下，商议基坑开挖时水平位移的报警速率为10mm/d（即每天的水平位移变化值应小于10mm）。从表14-2中的数据可以看出，西侧W2、W3和W4三点在前5天的观测中，水平位移速率均大于报警值，我们及时向建设单位报警。在第5天基坑西侧有部分土层坍塌之后，当晚，建设单位立即讨论了基坑支护工程应急方案：(1)在西北角处加斜撑；(2)基坑西侧北段在承台外边线与深层搅拌桩之间浇筑C25砼，间隔1.5米插入长4.0米钢管（φ48），钢管底插入坑底2.0米；(3)基坑西侧南段增设一排钻孔灌注桩。由于建设单位果断采取了加固措施，消除了安全隐患，之后，西侧各点水平位移内倾速度明显减缓，所有各点水平位移内倾速率均小于报警值，因此，基坑工程顺利进行到±0。

4）结论和建议

（1）工作基点P宜埋设有强制对中装置的固定观测墩，这样可以消除对中误差，提高观测精度，同时也可提高工作效率，而且在繁杂的工地上也易于受到保护；

（2）一般情况下，工作基点P离基坑较近，因此，对工作基点的稳定性进行监测是非常必要的。本节介绍的边角后方交会法是比较实用的，仪器无须换站，P点定位精度较高，并克服因P点位移带来的影响，但测量工作稍费时间；

（3）观测点应做在支护桩圈梁上，与圈梁连成一体。具体做法是：用水泥或通过电焊把钢筋埋在圈梁上，并在钢筋顶部划上“+”字标志；最好再在点旁边做醒目标志，以便找点；

（4）由公式（14－3）的精度分析可知，mβi和mDi对观测点坐标结果的精度影响都比较大，因此，在现场观测中，要尽可能提高水平角和平距的测量精度，具体经验是：①观测角度βi时，用细钢钎插在观测点的“+”字标志上，仪器直接瞄准细钢钎根部；②观测平距Di时，用对中杆架设棱镜方便、迅速，且精度高，但对中杆上的气泡要经常检校；也可用小型对中杆架设棱镜或反射片；③为避免出现粗差，每个点的βi和Di各观测2次，确保Δβi≤2″和ΔDi≤1mm；

（5）监测成果应及