基坑开挖施工中的变形观测

引言

随着经济发展和城市建设的需要，城市建设规模不断扩大，地下空间开发日益受到重视。城市轻轨、高层建筑、市政工程等重大工程建设，将产生众多的较深基坑，这些基坑的开挖施工，使基坑周围的水土内部应力平衡受到破坏，土体发生微小变形，当变形达到一定程度就会对周边建构筑物造成影响，所以在基坑开挖施工过程中，要对周边建构筑物进行变形观测，以达到预警作用，确保安全生产。

一、产生变形的原因及种类

在基坑开挖施工过程中，由于周围建构筑物基础的地质构造不均匀，土壤的物理性质不同，大气温度变化，土基的塑性变形，地下水位季节性和周期性的变化，开挖的深度作用，都会导致建构筑物发生沉降、水平位移及裂缝等变形现象。为了不影响建筑物的正常使用，必须对建筑物进行变形观测。

二、变形观测方法的选择

我们知道变形观测，其目的是查明建筑物随时间变化的微小量，因此对观测方法及精度要求是相当高的，变形观测方法的确定，首先考虑的是能否满足精度要求，其次是最大限度利用本单位现有的仪器设备，最后要从经济效益的角度去考虑。

三、沉降观测

沉降变形观测一般多采用精密水准测量的方法进行，为此须先建立高精度的水准测量控制网。具体方法是：在建筑物的布设一条闭合水准环形路线。再由水准环中的固定点去测定各观测点的高程，这样每隔一定周期进行一次精密水准测量，将测量的成果用严密平差方法求出各水准点和沉降观测点的高程。

1、沉降观测水准基点的布设

①沉降观测的高程基准点数不应少于3个，高程工作基点可根据需要设置。

②高程基准点和工作基点应避开交通干道主路，地下管线，水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其它可能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地方。

③高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。也可选在基础深且稳定的建筑上。

2、高程基准点和工作基点标石、标志的选型及埋设应满足下列规定：

高程基准点的标石应埋设在基岩层或原状土层中，可根据点位所在处的不同地质条件，选埋基岩水准基点标石、混泥土基本水准标石。在基岩壁或稳固的建筑上也可埋设墙上水准标志。

3、沉降观测点的布设

沉降观测点的布设应能全面反映建筑及地基变形特征，并顾及地质情况及建筑结构特点。点位宜选设在下列位置：

①建筑物的四角、大转角处及沿外墙10―20M处或每隔2―3根柱基上；

②高低层建筑、新旧建筑、纵横等交接处的两侧；

③建筑裂缝、沉降缝两侧、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖分界处；

④对于宽度大于等于15M或小于15M而地质复杂以及膨胀土地区的建筑，应在承重内隔墙中部设内墙点，并在室内地面中心及四周设地面点；

⑤邻近堆置重物处，受振动有显著影响的部位及基础下的暗沟处；

⑥框架结构建筑的每个或部分柱基上或沿纵横轴线上；

⑦ 筏形基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置；

⑧重型设备基础和动力设备基础的四角、基础形式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧；

⑨对于电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑，应设在沿周边与基础轴线相交的对称位置上，点数不少于4个。

沉降观测点的埋设标高，一般在室外地平+0.5M较为适宜。但在布置时应根据建筑物层高，管道标高、室内走廊、平顶标高等情况来确定观测点的埋设标高，一般要求观测点以上的净空高度保证测尺直立。

4、沉降观测点标志的构造

沉降观测的标志可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标志和隐蔽式标志等形式。标志形式有垫板式、弯钩式、燕尾式、U字式。一般利用铆钉和钢筋来制作，各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂。

5、沉降观测的技术要求

①每次沉降观测前，要对水准基点（或者工作基点）进行联测检查，以保证沉降观测成果的正确性。

②每次沉降观测前，沉降观点与水准基点（或者工作基点）均需采用环形闭合方法或者往返闭合方法进行观测，每次观测的线路相同。

③每次沉降观测应使用同一台仪器和标尺，观测人员固定。

④每次观测时，应将施工进度详细记录在附注栏，以便推算开挖深度对周边建筑物的沉降影响率。

四、水平位移观测

水平位移观测的任务是测定建筑物在平面位置上随时间变化的移动量。具体做法是，根据周边建筑的形状和大小以及分布情况，布设各种形式的控制网进行水平位移观测。由于现在全站仪、GPS接收机的普及，水平位移观测多采用测边、测角及GPS测量求解坐标，按坐标法求得偏差值。

1、平面基准点的布设

①平面基准点不应少于3个，工作基点可根据需要设置。

②基准点、工作基点应便于检核校验；

③基准点组成的控制网宜布设为近似等边三角形网，其三角形内角不宜小于30°；当受地形或其他条件限制时，个别边角可放宽，但不应小于25°。

④当使用GPS测量方法时，基准点位置还应满足下列要求

1）应便于安置接收设备和操作；

2）视场内障碍物高度角不宜超过15°；

3）离电视台、电台、微波站等大功率无线电发射源的距离不应小于200M；离高压输电线和微波无线电信号传输通道的距离不应小于50M；附近不应有强烈反射卫星信号的大面积水域、大型建筑以及热源等；

2、平面基准点的埋设

对于基坑深度大于7M的，应建造具有强制对中装置的观测墩，强制对中装置的对中误差不应超过土0.1MM。对于基坑深度小于7M的，可埋设专门观测标石。

3、水平位移观测点的布设与构造

①水平位移观测点的位置应选在墙角、柱基及裂缝两边等处。标志可采用墙上标志，具体形式及其埋设应根据点位条件和观测要求确定。

②照准标志应具有明显的几何中心或轴线，并应符合图像反差大、图案对称、相位差小和本身不变形等要求。根据点位不同情况，可选用重力平衡式标、旋入式杆状标、直插式觇牌、屋顶标和墙上标等形式的标志。

在实际生产中，多采用反射棱镜片镶嵌于墙体内。

4、水平位移观测的方案

①对于变形观测点布设在墙角、基柱上的，多采用全站仪观测。在基准点（或工作点）上设站，根据现场作业条件采用测角交会法，或边长交会及极坐标的方法，测量观测点的坐标。

②对于水平位移观测点都布设在房顶上时，可采用GPS方法测量各变形观测点的坐标。

五、裂缝观测

1、基坑在爆破施工后，应组织专人对周边建筑物进行巡查，发现建筑物有裂缝应及时标注，并统一进行编号。

2、根据建筑物的结构，以及建筑物下的地质构造情况分别选取具体代表性的裂缝进行观测。每条裂缝应至少布设两组观测标志，其中一组应在裂缝的最宽处，另一组应在裂缝的末端。每组应使用两个对应的标志，分别设在裂缝的两侧。

3、裂缝观测标志应具有可供量测的明晰端面或中心，可采用镶嵌或埋入墙面的金属标志、金属杆标志或契行板标志。

4、根据标志形似的不同可采用钢尺或游标尺等工具定期量出标志间距离求得裂缝变化值。

5、裂缝观测中，裂缝宽度数据应量至0.1MM，每次观测应绘出裂缝的位置、形态和尺度、注明日期，并拍摄裂缝照片。

六、变形观测的注意事项

1、在施工前，应对变形观测点连续进行两次独立观测，并取观测结果的中数作为变形测量初始值。

2、一个周期的观测应在较短的时间内完成。并使用同一测量仪器和设备，固定观测人员，选择最佳观测时段，在相同的环境和条件下观测。

3、观测频率根据施工的情况具体规定。一般情况一周观测一次。如遇爆破施工后，需加测一次，三天后再测一次。在雨季，降水造成基坑积水较多时，要增加观测次数；当基坑排水时，也要增加观测次数。

4、当变形量逐渐缩小，说明建筑物趋于稳定，观测周期可放长些。

5、当建筑物变形观测过程中发生下列情况之一时，必须立即报告委托方，同时应及时增加观测次数或改变变形测量方案。

①变形量或变形值出现异常变化；

②变形量或达到或超出预测警值；

③开挖面出现塌陷、滑坡；

④由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其它变形异常情况。

七、结语

在深大基坑工程中，开挖施工引起周边建筑物产生沉降、位移、裂缝等变形，是今后高层建筑施工必须研究的重要课题之一。除了用常规的测量方法来监测外，还可以用物理仪器进行变形观测。如可用液体静力水准仪、电子倾斜仪等来测定建筑物的变形。