关于基坑工程变形监测关键控制点技术分析研究

摘要：基坑工程广泛应用于各类建设工程中，其安全程度直接影响到施工人员、施工设备、建筑结构及周边环境的安全。为了保证基坑工程的安全，建设单位应委托有资质的监测单位在基坑工程施工及使用阶段按照专项设计及有关规范要求进行变形监测。

关键词：基坑工程;安全;变形监测;

基坑工程主要应用于地下建(构)筑物施工期间，以挡土、止水及保护周边环境而设计的临时性或永久性工程(作为地下结构的一部分)，它包括基坑开挖和支挡围护等部分，例如城市建设地下人防工程、地下车库工程，城市地铁站房工程等等，应用十分广泛。目前我国在土地资源十分紧缺的现实状况下，城市发展向地下拓展，地下结构越来越多，体量越来越大，造成地下结构施工期间基坑开挖尺寸也越来越大(超大深基坑)，同时所处环境也越来越复杂(地下管线、周边建筑、市政道路及通行安全等等)，所以基坑工程在施工及使用期间的安全性就尤其重要。

为了保证基坑工程在施工及使用期间的安全，建设单位除应委托有资质的设计单位进行基坑工程专项设计，按照有关规定进行专家论证外，还应委托有资质的监测单位在基坑工程施工及使用阶段按照专项设计及有关规范要求进行基坑工程变形监测，实时掌控基坑工程变形发展状况，为施工安全等提供技术保障。

基坑工程变形监测是一项高精度的测量工作，因其监测对象复杂、监测项目繁多，以及监测仪器、监测人员、监测方法等因素影响，直接导致监测费用偏高，而建设单位为控制项目成本，常常会对监测成本加以严格控制，所以要求监测单位必须合理平衡监测效果和监测费用，使监测预警作用和监测成本达到最优。

一般根据基坑安全等级不同，对应基坑监测对象及监测项目侧重点、监测精度及监测方法也会不同。所以监测项目、监测精度、监测方法在确定以及监测数据的分析直接关乎基坑工程变形监测能否起到安全预警作用，同时也与监测工作效率、监测成本息息相关，理应作为基坑工程变形监测的关键控制点。本文将根据相关规范要求，并结合实际工作中的经验总结，对基坑工程变形监测中有关监测对象及监测项目的确定、监测精度、监测方法、监测数据分析等方面应注意的关键控制点技术进行分析研究。

一、基坑工程变形监测对象及项目的确定

基坑工程变形监测首先应该确定监测对象及监测项目两部分，基坑工程结构不同、所处环境不同，变形监测的侧重点也不同。确定合理有效的监测对象、监测项目，既能起到监测预警的作用，又能提高监测效率、节省监测成本，是基坑工程变形监测的关键控制点。

基坑工程变形监测对象一般包括基坑支护结构本身，基坑周边土体、地下水、地下管线以及基坑周边建(构)筑物、重要道路等等;监测项目一般包括位移监测(水平位移和竖向位移)、土压力监测、地下水位监测、内力监测等等。监测对象和监测项目的最终确定一般应遵循如下程序:首先根据基坑工程专项设计方案中对变形监测部分的设计要求，收集本项目相关地质、勘察、周边环境等资料，结合相关规范规定，初步确定监测对象及监测项目、并编制本项目基坑工程初步变形监测方案;然后组织专业技术人员现场实地踏勘，实地检核设计及变形监测方案技术指标及条件因素，对于存在与现场条件不符、或有遗漏安全隐患部分等需进行基坑工程变形监测方案修编，做到监测方案与实际相符，真正起到基坑工程变形监测预警作用及监测成本合理有效;再将包含监测对象、监测项目在内的监测方案、监测成本预算提交建设单位，组织设计单位、专家等进行技术、成本等论证;最后根据论证意见再对包含监测对象、监测项目在内的监测方案进行修改审批，经审批的监测方案即可作为监测依据进行基坑工程监测工作。在实地监测过程中，现场施工条件、周边环境条件及监测数据等因素处以动态变化过程中，监测单位应根据变化情况、依据设计及相关规范要求对包含监测对象、监测项目在内的监测方案进行动态调整。

二、基坑工程变形监测精度

基坑工程变形监测在确定好监测对象及监测项目后，就需要确定合理的监测精度。按照《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)将变形监测位移监测的精度分为特等、一等、二等、三等、四等共五个等级，各等级监测仪器及监测方法均不同。基坑工程变形监测精度的高低，是确定监测仪器及监测方法的根本依据，也直接决定着监测结果能否起到安全预警作用、监测成本是否合理有效，监测精度过高，浪费资源、降低工作效率，监测精度过低，不能起到安全预警作用，所以监测精度的选定是决定基坑工程变形监测成败的关键控制点。

基坑的大小、基坑的深度不是确定监测精度的唯一因素;基坑工程根据支护结构及周边环境对变形的适应能力和基坑工程对结构本身及周边环境可能造成的危害程度的轻重划分为三个安全等级，安全等级越高、工程重要性系数越大，对应监测精度等级应越高，最终监测等级应依据基坑工程专项设计方案和相关规范，并结合现场实际情况等条件来确定。

一般在基坑工程专项设计方案中对基坑变形监测项目，监测点的布置，监测项目的预警值(累计值、变化速率等)均有明确要求，而对监测精度到底是几等却无具体描述。所以监测单位要根据监测项目的预警值(累计值、变化速率等)，结合《建筑基坑工程监测技术标准》(GB 50497-2019)确定监测点中误差精度指标，再根据监测点中误差精度指标结合《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)确定变形监测精度等级。以水平位移和竖向位移监测为例，首先根据基坑工程专项设计方案中水平位移和竖向位移监测项目的预警值，按照“水平位移监测精度要求表”和“竖向位移监测精度要求表”确定出“监测点坐标中误差”和“监测点测站高差中误差”，同时应满足规范中“对位移观测，应取变形允许值得作为位移量测定中误差”条目要求;然后按照“建筑变形测量的等级、精度指标要求表”确定出水平位移和竖向位移监测精度等级，结合相关技术资料、场地情况等制定出监测方案提交建设单位组织设计单位、专家等论证审核后实施。

注:1.当根据累计值和变化速率选择的精度要求不一致时，水平位移监测精度优先按变化速率预警值的要求确定。2.以中误差作为衡量精度的标准。

注:竖向位移监测点测站高差中误差:对水准测量，为其测站高差中误差;对静力水准测量、三角高程测量，为相邻竖向位移监测点间等价的高差中误差。

注:(1)水平位移监测点坐标中误差:指的是监测点相对于测站点(基准点或工作基点)的坐标中误差、监测点相对于基准线的偏差中误差、建筑上某点相对于其底部对应点的水平位移分量中误差等。坐标中误差为其点位中误差的1槡2倍[3] 陈以双.位移测量技术在建筑基坑监测工程中的应用研究[J].产业科技创新，2019,1(10):57-58." href="http://182.150.59.104:8888/https/77726476706e69737468656265737421fbf952d2243e635930068cb8/KXReader/Detail?invoice=vr4xyUfKf5F0xf%2FCsVrSUO%2FFUJF6JD1OctPSuntohrecyJ9drdKYjRjMw9F01pXcBLmVEXMd%2Bp4ul5viaXkHYAwOxEuHm6AD6CCJNIa5lUtaQvxdOhllRksNdn4kNMlcz8zB8VUPEJ2qld2jA5hUOX1LYHyOLtRuwLncsojJexA%3D&DBCODE=CJFD&FileName=KJFT202125042&TABLEName=cjfdauto&nonce=6F03364100F24BBC818C1D1C2095E2EA&uid=&TIMESTAMP=1633244559484">[3]。(2)竖向位移监测点测站高差中误差:对水准测量，为其测站高差中误差;对静力水准测量、三角高程测量，为相邻竖向位移监测点间等价的高差中误差。

三、基坑工程变形监测方法

基坑工程变形监测方法是一个系统工程，同一基坑工程变形监测有多种监测项目，同一监测项目有多种监测方法。如水平位移监测常采用视准线法、全站仪极坐标法、小角度法等;竖向位移监测常采用几何水准法、三角高程法等;各种内力监测常采用安装应力计、应变计进行量测;各种土压力监测常采用土压力计量测;地下水位监测常采用水位计量测等等。监测单位如何选定适合本项目监测精度、监测条件等要求，并符合本单位实际情况(现有仪器设备情况、人员技术水平情况等)，且具有一定合理性、经济性的监测方法尤为关键。结合实际变形监测工作经验，对目前常用的水平位移监测方法适用条件分析总结如下:

视准线法、小角度法用来测定变形体某一特定方向(譬如垂直于基坑维护体方向)的位移，优点是原理简单、方法实用、实施简便、投资较少，缺点是不易实现自动观测，受外界条件影响较大。这两种方法监测点与工作基点尽量要布设在一条直线上(视准线法监测点偏离视准线的距离不宜大于20mm，小角度法监测点偏离视准线的角度不应超30')，这就对场地要求较严，具有一定的局限性。

前方交会法分测角交会、测边交会、测边角交会三种，它是利用在两个(测边角)或三个工作基点(仅测角或测边)上对各监测点进行角度、边长或组合测量，计算出监测点的平面坐标。其最大优点是工作基点布置有较大灵活性，同时观测2个方向的位移;缺点是观测工作量较大，计算过程较复杂。

全站仪极坐标法属于边角测量，它除具有前方交会法测量的优点外，观测工作量和计算过程都相对简单，也是目前常用的水平位移监测方法。

全站仪自由设站法，只是在全站仪极坐标法的基础上在测站设置环节进行了改进，每次监测可根据当时现场环境情况选择合适位置自由设站，不直接设站在工作基点或基准点上，但它必须联测3个以上基准点才可保障监测精度要求，也是目前常用的水平位移监测方法。

以上几种水平位移监测方法的基础原理都是通过测角、测距或角度距离同测，计算出变形量;用到的主要仪器有经纬仪、测距仪或全站仪，仪器的测角、测距精度直接影响监测精度及工作量的大小。监测单位在选择监测方法时，应首先必须满足设计及监测精度要求，其次通过现场场地情况调查，分析对比各种监测方法特点及对本项目的适应性，最后结合本单位的技术力量、仪器设备组成、以往监测经验，选定出一种或两种合理易行的监测方法。其他像竖向位移监测、土压力监测、内力监测、地下水位监测等均可参考以上水平位移监测方法确定的原理进行优化组合，达到事半功倍的效果。

四、基坑工程变形监测数据分析

基坑工程变形监测数据分析是监测项目的结论性环节，前期所有的监测工作都反映在该环节，客观理性的数据分析可以为整个项目安全、顺利进行提供理论支撑，监测单位必须作为关键控制点进行组织工作。一般对监测数据首先进行基准点稳定性分析，如果基准点发生位移或成果有误，则监测点数据必然出现错误，监测工作也就失去作用。

(一)基准点稳定性分析

基准点的稳定性直接关系到监测结果的有效性，基准点、工作基点应严格按照设计及规范要求的位置、数量、布设方法、并结合场地情况进行布设。一般基准点应埋设于变形影响范围以外且位置稳定、易于长期保存、施测条件良好的地方，工作基点应埋设于相对稳定且便于进行监测作业的地方，二者最根本的区别是在监测期内基准点理论上不允许有任何变形且监测期间不被遮挡或破坏;工作基点为了便于进行监测作业而埋设于监测区附近，在监测期内有可能发生变形。每次变形监测时，首先对工作基点与基准点进行联测，根据联测数据修正工作基点数据，然后在工作基点上对各个监测点进行观测，这样就可以消除工作基点位移引起的监测点数据错误。

判断基准点是否稳定，除了按以上要求进行选点外，基准点标志必须按照规范要求进行制作:是深埋标就不能浅埋，是观测墩就不能选普通标石，是强制对中标就不能选普通十字标等，这些要求都是根据监测精度、监测方法等的不同进行确定的。同时基准点的观测以及监测期间的定期复测都必须按照规范要求的方法、频次进行，根据复测数据才能够进行基准点稳定性分析、判定基准点是否稳定。

基准点复测后，对各个基准点平差计算出本期数据，与上期或首期数据进行比较，之间的差值δ，如果有δ>δ允，应通过分析判断找出不稳定的点，分析原因，及时进行改正补救，并对基准点、监测点立即进行补测、加密观测频次。

μ:对应精度等级的坐标中误差或测站高差中误差(mm);

n:两个基准点之间的观测测站数。

(二)监测点变形分析

监测点变形分析是反映监测对象是否稳定、安全的直接体现，通过计算可以判定同一监测点两期变形量是否安全或需向建设单位进行预警。这里重点分析监测数据出现微小变形或反向变形时应该如何进行分析处理。

在进行监测点数据分析时必须考虑测量误差因素，如果同一监测点相邻两次变形量小于测量误差要求时，则可认为该监测点在这两期之间没有变形或变形不明显;但当出现相邻两期变形量虽小、而多期变形量表现出明显变化这一趋势时，则应认为该监测点存在变形。

监测单位应正确对待变形量正向位移与反向位移的问题，正向位移是指理论上监测点应向基坑内位移或向下位移(与荷载作用方向一致)、反向位移则是反作用力方向位移，不能认为反向变形安全、而不查找原因。对于反向变形应分析基准点、工作基点、监测点稳定性，核查监测方法、监测数据、人员仪器设备等有效性，分析施工现场条件变化等各方面影响因素、查找原因;确认发生有反向变形也应按要求通知有关各方。

五、结语

基坑工程变形监测属于精密测量范畴，要获得准确、有效的监测数据，监测精度及监测方法的确定至关重要;要最大意义地发挥监测本身的作用、严谨的数据分析、客观真实的监测结论是关键。随着监测仪器、监测方法向自动化、信息化方向发展，监测效率和监测精度都得到长足的进步，但监测原理及监测关键控制点仍然不变。

参考文献

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