魏瑶

（1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099）

对于不同类型的基坑工程，应合理选择不同形式的监测方案，可为优化施工方案设计和指导施工安全提供可靠依据[1]，对保证基坑安全、施工顺利，保护环境具有重要作用[2]。基坑监测可及时提供施工监测信息，充分了解各方参与基坑工程的工程质量，掌握关键指标和所处的各个环节，及时并严谨的预测可能发生危机的周边安全环境问题，确保基坑和周围环境安全[3]。

20世纪初，基坑工程通常具有工程小、面积小的特征，且监测设备还没有发展完全，很少采用仪器监测基坑的开挖与运行情况[4]。随着国内外大量高楼的建造，一些基坑工作开始采用仪器进行监测，20世纪80年代初在奥斯陆和墨西哥开始全面采用仪器进行深度基坑监测，经过多年的发展，国外已出现了监测计算机数据采集系统，实现了监测自动化。我国深基坑工程综合监测始于20世纪90年代初，经过多年的研究，基坑工程监测技术取得了长足进步和发展[5]。目前，基坑监测主要采用仪器（如全站仪、水准仪等）进行测量，精度要求较高。基坑观测时应采用同一套测量仪器，不可更换仪器，且需定期检校仪器精度，减小误差[6]。

本次基坑水平位移监测采用极坐标法，选取了4个稳固可靠的工作基准点，每次监测前对基准点按一级导线精度要求进行联测，以工作基点（远点）为定向点，利用极坐标法对位移监测点进行观测，水平角观测两测回，读数至0.5″；距离观测两测回，读数至0.1 mm，同样在全站仪内部进行温度气压改正并记录温度、气压。本文以某大厦基坑为例，将现场工作情况与查阅的资料相结合，对基坑的支护桩顶水平位移与沉降、周边道路沉降、地下水位、深层水平位移等项目进行了监测，分析了基坑水平位移与沉降的变化规律，并对可能发生的变化进行了预测。

1 基坑监测

1.1 支护结构顶部沉降监测

基坑工程监测点必须布设在能反映基坑状态和基坑变化的内力和变形关键特征点上，需要满足监控要求[7]。基坑工程监测点的布设不能干扰监测对象平时的工作，还需减少对基坑的不利影响。监测标志监测点的布设应避开障碍物，方便施工人员观测[8]。

1.2 支护顶部水平位移监测

在护坡上每隔约20 m布设一个监测点，基坑各边中部、端部和阳角等相对危险的位置应为首选，监测点共计12个。监测点采用在护坡上埋设带有对中标志钢钉的形式布设，与沉降点共用监测点。在工地影响范围之外，视线没有阻碍的地方布设3个基准点，在基坑的4个角均布设一个工作基点，使基准点和工作基点组成基准网[9]。

1.3 深层水平位移监测

点位布设采用埋孔法，先在土层中预钻孔，孔的直径略大于选定的倾斜管外径，再将倾斜管的底部封闭，底部被逐段地组装到孔中。为了避免测斜管纵向旋转，连接管段时上下管段的斜槽必须严格对齐。同时，测斜管内应注满水，以防止其漂浮，直至达到预定水平。调整并保持一对与待测量位移相同方向的十字凹槽（通常在垂直于基坑边缘的方向上），以便细砂（水泥和粘土搅拌）可在倾斜仪和钻孔之间的空间中回填，固定倾斜仪。在测斜管固定或浇筑混凝土后，利用干净的水冲洗测斜管，确保导向槽内无异物并可用。铺设好测斜管后，需检查测斜管导管的方向，管口的坐标和高程，还需及时做好保护工作[10-11]。

1.4 周边建筑物、道路沉降监测

在基坑边缘外1～3倍深度范围内，对需要保护的周围环境布设沉降点。根据监测部分，基坑周围的垂直位移监测点应位于基坑中部或其他代表性部位[12]。监测部分应与基坑垂直，数量根据具体情况确定。

1.5 地下水位观测

地下水位观测是指监测基坑开挖过程中的水位控制监测[13]。电子水位计由钢尺、测头、读数和听力报警装置组成。慢慢降低已埋设的水位管中的水位表头，当探头接触到水位时，启动发声器并读取钢尺的读数，读数是从地下水位到管口的深度。基坑开挖降水前，在天气晴朗时连续测量2～3 d的水位，取其平均值为水位初始值。规定本次水位测试值与上次水位测试值之差为本次水位变化量，与初始值之差为水位累计变化量。

1.6 钢绞线锚索轴力监测

锚杆的内力监测点应选在具有代表性的位置，监测点应布设在坑两侧中部、太阳拐角处和面积复杂的地质条件处[14]。钢绞线锚索轴力监测，即每层选取8根锚杆（分为上下3层锚索支撑），计8组，每组每层各1只，共24只，编号为Li；其中基坑北侧1组、东侧3组、西侧两组、南侧两组。锚索轴力监测点埋设，即根据结构设计要求，安装前先检查锚索测力计是否正常，锚索测力计安装在锚垫座与工作锚之间，安装时钢铰线从锚索测力计中心孔穿过，安装过程中应随时对锚索测力计4个传感器逐一进行监测，4个传感器受力是否均匀，从锚索开始向周围锚索逐步加载以防偏心受力或过载。当测得结果达到承载能力的70%时，应及时报警。

当测量的载荷作用在锚索测力计上时，将引起弹性圆柱体的变形并传递给振弦，进而转变为振弦的振动，改变振弦频率。电磁线圈激励钢丝绳并测量其振动频率。频率信号通过电缆传输到振弦读取器，并可测量读数频率值，以计算作用在锚索测力计上的载荷值。

2 监测成果与分析

2.1 基坑监测数据预测模型

2.1.1 时间序列分析模型

建筑结算是一个时间变量，其特点可看作是趋势项和随机项的组合。建模和分析这两种类型的变化，并将二者组合在一起可能会更好，显示其变化特征，并最终预测和分析它。

2.1.2 GM（1，1）灰色理论预测模型

灰色理论预测模型以GM(m，n)模型为主，m为模型微分方程的阶数，n为预测变量的个数。GM(m，n)模型是有且只有一个单一变量的一阶微分方程模型，只要一个数列即可建模[15]。

2.1.3 预测模型

无论是单一模型还是组合模型，都有其预测适用的特定范围，因此本文只选取了一种模型进行预测。

1）工程原始数据。工程位于某市某区永兴大道南、幸福大道东，南侧为市政道路，其余均为现状地表。整个项目由一幢办公楼和一幢立体车库组成，其中办公楼地下1层、地上16层。根据甲方委托，对地下室基坑进行变形监测，对办公楼进行建筑物沉降观测。工程±0.000相当于1985国家高程4.65 m，地下开挖深度为6.15 m，基坑东西长约100 m，南北宽约50 m，四周均采用放坡围护。综合周边环境，该基坑侧壁安全等级为二级。本文观测数据只选取监测的一组数据（5号点），利用组合模型进行预报模型分析。5号点的原始数据如表1所示，共16期数据。

表1 5号监测点沉降观测数据

2）灰色预测模型。GM（1，1）模型一般要求参与预测的原始数据不少于4个，这样才可得到较好的预测效果。通过研究灰色模型的步长与预测效果之间的关系以及对比不同步长的预测结果发现，步长太长反而会影响预测精度，因此本文选择7～12期的观测数据作为原始数据来建立灰色模型，预测13～16期的沉降值。

首先确定原始数据列，代入7～12期的原始数据，则有：

再对原始数据列进行一次累加，即

然后构造矩阵B和矩阵Y，则有：

将原始观测数据代入，则有：

通过Matlab计算得到的参数为：

其中P为对角矩阵，即

最后建立GM（1，1）模型，求得5号点的预测方程式为：

沉降拟合结果如表2、图1所示，可以看出，灰色模型对5号点的预测较理想，预测点位趋势基本符合实测的变形趋势。

表2 GM（1，1）模型沉降拟合检测表

图1 GM（1，1）模型沉降拟合对比图/mm

通过GM（1，1）模型对13～16期的沉降数据进行预测，结果如表3、图2所示，可以看出，结果并不理想，说明灰色模型在步长的选择上非常关键，步长过长将影响预测精度。通过计算对比发现，本工程中的灰色模型适合短期预测。

表3 GM（1，1）模型沉降预测检测表

图2 GM（1，1）模型沉降预测对比图/mm

2.2 基坑监测频率与成果

2.2.1 基坑监测频率

根据基坑开挖深度、基坑面积以及现场土方开挖工期要求，结合设计确定的监测频率，本文将监测次数设置为10次（其中道路监测4次，首次、中间两次、末次），具体间隔日期可根据现场基坑的施工工期进行调整，遇特殊情况加密监测。基坑监测点设置和观测频次如表4所示。

表4基坑监测点设置与观测频次明细表

根据不同的天气和人为情况，对观测次数进行调整，当基坑或周围环境位移变形较大以及基坑出现险情时，随时监测；若连续6 d变形不大，可适当减少监测频率。

2.2.2 报警值

当出现下列情况时，必须立即对基坑进行报警；若情况较严重，应立即通知施工单位停止施工，并对基坑支护结构和周边的保护对象采取应急措施：①监测数据达到报警值；②基坑支护结构或周边土体位移出现异常情况；③基坑围护桩体系出现过大变形、压屈、断裂、松弛或拔出等迹象；④周边地面出现可能发展的变形裂缝或较严重的突发裂缝；⑤根据项目负责人经验判断，出现其他必须报警的情况。

报警报告由达到报警值的相应监测点的具体监测数据、监测点点位图以及情况说明构成。各项目报警值如表5所示。

表5 各项目报警值统计

2.2.3 监测统计表

某大厦基坑变形监测数据统计如表6所示，某大厦基坑变形监测最大变形量统计如表7所示，其中水平位移变化量的正值表示测点向基坑内偏移，负值表示向基坑外偏移；垂直位移和周边道路的负值表示下沉，正值表示上升；地下水位的正值表示水位上升，负值表示水位下降。

表6 某大厦基坑变形监测数据统计表

表7 某大厦基坑变形监测最大变形量统计表

由该项目监测数据统计表和各测项曲线图可知，基坑监测期间某大厦基坑内部曲线缓和，施工期间围护体顶部水平与垂直位移、周边道路各期监测成果稳定，日变化量和累计变化量均未超过报警值，基坑处于可控状态；地下水位井共观测两次，由于现场不合理降水，S2点和S7点的累计变化量报警，经及时提醒和施工控制，未对基坑安全造成影响。

3 结语

本文以某大厦基坑监测工程为研究对象，对基坑监测技术进行了初步研究，得到以下结论：

1）对基坑监测方案设计中的监测目的、监测方法与仪器、监测数据处理、监测成果分析等进行了较详细的论述，并采用多种数学方法对监测数据进行分析与评价，指出在基坑监测中应根据实际情况多方面考虑后选取合适的监测项目。

2）基坑监测为基坑安全施工提供了可靠保障。实践证明，该基坑监测设计方案和分析过程合理可靠。

随着高层建筑的不断涌现，一般的监测内容和方法已不能满足建设的需求，在基坑开挖和支护的过程中，为保证支护结构和建筑物的安全应进行全面监测。基坑深度在不断加深，基坑的设计和施工技术已取得很大进步。一方面，应对不同的基坑进行不同的设计，优化其设计结构；另一方面，应加强基坑监测，为改进建筑设计和研究提供有效数据。