基坑变形监测方案

摘要

本设计主要针对某深基坑工程施工过程中基坑变形及引起周边环境变形进行监测的方法及相关数据处理方案的设计与分析。主要监测内容对基坑壁进行水平位移监测和沉降监测；内支撑格构柱进行沉降监测；周边临近基坑受基坑影响的建筑物作沉降监测；周边建筑沉降超预警值后要求进行倾斜观测。采用监测方法为精密二等水准、极坐标法、投点法，并对其可行性进行做了精度分析。

关键字：沉降观测；水平位移观测；倾斜观测；二等水准；极坐标

Abtract

This design is mainly for a deep foundation pit during the construction of foundation pit deformation and cause the deformation of the surrounding environment monitoring methods and data processing program design and analysis.The main monitoring content of the foundation pit wall for monitoring horizontal displacement and settlement monitoring;In support of lattice column for subsidence monitoring; near an excavation foundation pit surrounding by effect of buildings for subsidence monitoring;The surrounding building settlement of super early warning value requirements of the tilt observation.The monitoring method for precision two level, the polar coordinate method, points method,And its feasibility was made precision analysis.

Keyword:Horizontal displacement observation; settlement observation; tilt observation; two level; polar coordinates

目录

摘要 .................................................................................................................................................................... I Abtract .................................................................................................................................................................... I I

1 工程概况 (1)

2 监测目的 (2)

3 编制依据 (3)

4 控制点和监测点的布设 (4)

4.1 变形监测基准网的建立 (4)

4.2 监测点的建立 (4)

4.3 监测级别及频率 (5)

5 监测方法及精度论证 (6)

5.1水平位移观测方法 (6)

5.2沉降观测方法 (8)

5.3基坑周围建筑物的倾斜观测 (9)

6 成果提交 (10)

7 人员安排及施工现场注意事项 (11)

8 报警制度 (13)

9 参考文献 (13)

附录1 基准点布设示意图 (15)

附录2 水准观测线路设示意图 (16)

附录3 水平位移和沉降观测监测报表 (17)

附录4 巡视监测报表样表 (18)

附录5 二等水准测量观测记录手薄 (19)

附录6 水平位移记录表 (20)

1 工程概况

黄金广场6#楼基坑支护工程位于合肥市金寨路和黄山路交口西南角，基坑开挖深度为12.4m~13.3m，为临时性工程,为一级基坑，重要性系数1.1，基坑使用期为六个月。

由于多栋建筑物与基坑侧壁距离较近，均在基坑影响范围内。按照国家现行有关规范强制性条文，“开挖深度大于或等于5m或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。”为了及时和准确地掌握基坑在使用期间的变形情况以及基坑相邻建筑物主体结构的沉降变化，需对基坑进行水平位移(或沉降)变形监测，并对相邻建筑物进行沉降监测。为此，编制以下检测方案。

2 监测目的

在基坑施工期间，由于坑内土体开挖，会引起基坑底面的回弹；在外侧土压力的作用下，会引起围护结构内力发生变化，同时产生变形；如果围护结构强度和刚度不足，将导致支护桩倾斜，甚至坍塌等严重事故；同时由于基坑降水，水位的下降会引起坑外土体的固结，使地面发生沉降，特别是如果支护防渗系统存在缺陷，将会发生渗漏，流沙等现象，结果导致地坪开裂以及周围建筑物产生不均匀沉降。对基坑及周边环境进行监测，预警并防范过大位移、变形与工程事故的发生，并通过监测，保证整个基坑工程的安全施工。

进行基坑围护安全监测，可使基坑开挖工作顺利进行，及时了解基坑围护结构本身的受力和变化情况，同时关注基坑周围建筑物的变化情况，对基坑开挖工程进行动态监测，在预知可能出现危险的情况下及时报警，以便采取相应的应急措施，从而使基坑在施工期间确保围护结构不产生过大的位移和变形，使基坑施工最大地处于安全经济的状态下进行。

对基坑向外1～2倍开挖范围内相邻建筑及道路进行沉降监测，预警基坑开挖引起的环境问题。

3 编制依据

（1）设计方提供的设计图纸(格构柱确认及东侧支护方案20110607)（2）《工程测量规范》GB50026-2007

（3）《建筑变形测量规范》JGJ8-2007

（4）《国家三角测量规范》GB/T17942-2000

（5）《国家一、二等水准测量规范》GB12897-91

（6）《精密工程测量规范》GB/T15314-94

4 控制点和监测点的布设

4.1 变形监测基准网的建立

选择通视良好、无扰动、稳固可靠、距离基坑3倍开挖深度的位置布置三个基准点（如图4-1），组成监测基准网（见附图1），编号分别为BM1、BM2和BM3。

图4-1 混凝土普通水准标石（单位：cm）

4.2 监测点的建立

监测点应布置在边坡变形较大、坑边存在严格控制变形的建筑物以及土质相对较差处。在基坑边坡顶和内支撑上布置22个监测点，编号分别为东侧为

J-1~J-33。平面布置见附图。用膨胀螺栓植入冠梁或护坡混凝土中，用红色油漆做标记。钢筋顶部刻十字标记。在周边建筑物上布置18个沉降观测点。用Φ18螺纹钢端部磨光滑，折成90度，分别布置于每栋楼承重墙高出±0.000m约400mm~500mm区域。测点安装如图（4-2）。

图4-2沉降点（单位：mm）

4.3 监测级别及频率

根据设计图纸及国家相关规范要求，基坑的检测级别为二级。预计基坑有效使用期为六个月，如无异常变形，每开挖一层土方监测一次，雨后须加测一次，基坑开挖到底后3天监测一次，如有异常，每天监测一次，直至变形收敛至正常。具体监测频率视现场施工情况而定。

5 监测方法及精度论证

5.1水平位移观测方法

根据设计图纸及相关规范要求，在黄金广场6#楼基坑支护工程施工过程中需对场区内及周围环境进行日常的基坑壁坡顶的水平及沉降和周边建筑物沉降及倾斜的常规监测。

变形监测采用平面导线测量，通过测量距离与方位角，按极坐标计算公式可准确求出每周期各变形点的三维坐标：

Xp=Dp.coSHzp + Xo

Yp=Dp.SinHzp + Yo

Hp=hp+ Zo

式中Hzp-----监测点至变形点的方位角；

Xo、Yo、Zo------监测站的坐标值

求出各监测点坐标，平差后与初始值对比推算得到桩顶水平位移值。

5.1.1 水平位移精度论证

由基坑监测平面图知，以BM1为测站点，BM2为后视点时，Ｃ10点为最弱点。

图5-1 极坐标法观测原理

全站仪测量坐标的计算公式为：

x

p

= s ·cosHap + x

A

（1） y

p

= s ·sinHap +

y

A

（2）

利用误差传播定律，可以导出坐标测量的中误差计算公式为：

m x

2=m s

2?cosHap 2+s 2?sinHap 2?(ρ

m a )2－m s

·s ·sin2Hap ·(ρ

m a )

m y

2=m s 2?sinHap 2+s 2?cosHap 2?(ρ

m a )2＋m s ·s ·sin2Hap ·(ρ

m a )

m

p

2=m x 2+m y 2=m s 2+ s 2?(ρ

m a )2

式中ms 、ma 按全站仪的标称精度计算。

采用测距精度（2mm+2ppm ×D ）、测角精度ma 的全站仪观测距离工作基点120m 处的监测点C23，则监测点的点位中误差计算：

m

p

2 =m s 2+ s 2?(ρ

m a )2

由二级观测点坐标中误差为3mm ， 即mp 不应大于3mm 。

m s

=2mm+2×0.12mm=2.24mm

s=120m

m

p

2=2.242+0.3384 m a 2≤9 m

a

≤3.4

即可采用标称测距精度为（2mm+2ppm ×D ），测角精度不大于3.4″的任一

全站仪。本次采用GTS-332W 型全站仪，其标称测距精度为（2mm+2ppm ×D ），测角精度为2″。

5.2沉降观测方法

沉降观测采用严格的二等水准线路测量，测出个监测点的高程，平差后与初始值对比推算得到桩顶沉降值。测量路线如图（见附录1），分3条路线，第一条以BM1为基准点C1~C10、J14~J17、J22和J1闭合到BM1。第二条以BM3为基准点C11~C18、J13和J33闭合到BM3。基坑内支撑和其他基坑壁的观测点作为第三条观测路线。

5.2.1沉降监测精度论证

由水准路线略图知线路测站最多的为17站。C7为最弱点。 设最弱点精度为σ，BM1至C7的中误σ1，权为P ； 则：σ1 2=σ站2+σ站2+…+σ站2=N ·

σ

站

2

σ

1

=N ·σ站

由于从BM1至C7两端的站数均为9站 所以σ1=

9·σ站

DS1级水准仪每公里往返测平均高差中误差为1mm 。 本次观测最远距离为50m 。则每站高差中误差最大值为

σ

站

=σk m 1·

20

1=0.32mm

取1站的高差中误差作为单位权中误差，则：

P=91

带入公式σ=

2

12

211p p p p +?+?σσ

得 =0.78mm

而允许的变形值10mm,取其101

作为高差中误差，由于：

0.78mm ＜1mm

因此本次采用DS1级水准仪按二等水准测量施测符合精度要求。

5.3基坑周围建筑物的倾斜观测

当建筑物累积沉降达到预警值10mm ，就要对该建筑物进行倾斜观测。在建筑物顶部和底部安装观测点，在合适的地方架设全站仪，采集两点的坐标差，计算建筑物的倾斜度。

对需要进行倾斜观测的一般建筑物，要在几个侧面观测。在观测之前，要用全站仪在建筑物同一个竖直墙面的上、下部位，各设置一个观测点。M 为上观测点、N 为下观测点。如果建筑物发生倾斜，则MN 连线随之倾斜。观测时，在距离大于建筑物高度1.5倍距离的地方安置全站仪，照准上观测点M ，用盘左、盘右分中法将其向下投测得N1点，如N1与N 点不重合，则说明建筑物产生倾斜, N1与N 点之间的水平距离d 即为建筑物的倾斜值。若建筑物高度为H ，则建筑物的倾斜度为

i = d/H

6 成果提交

根据图形和数据资料进行分析，建筑物是否进入稳定阶段，一般情况，若沉降速率满足《建筑变形测量规程》中对日沉降速率（-0.02～-0.04mm/日）的要求,可以认为已进入稳定阶段，若最后三个周期沉降速率大于其要求,应建议继续观测。

1. 每次的监测结果，以文字或表格形式提供。（见附录3、4）

2. 如监测期间发现变形量达到或超出预警值，首先电话通知，并于第二天以文字形式提供预警通知。

7 人员安排及施工现场注意事项

作业人员必须严格按规范要求监测并进行自检，做到记录清晰、齐全，计算准确无误。检查员应及时对测量成果进行检查，发现问题及时处理。审核员负责报告的审核，把好质量的最后一道关，并在监测工作过程中注意以下事项：

(1)采用相同的观测路线和观测方法。

(2)观测时应选择同一晴朗天气时进行观测。

(3)使用同一仪器和设备。

(4)固定观测人员，减少人为误差。

(5)每次观测前，对所使用的仪器和设备进行检验校正，并作出详细记录。

(6)应保证观测数据的真实性，并保留原始观测数据，以备查核。

(7)按国家有关测量规范进行观测。

(8)全站仪在进行坐标测量时要尽量减少仪器的对中误差和调焦误差的影响，尽量减少测点架设棱镜的对中误差，测量时仪器不能受太阳直射，气泡应严格居中，并在通视良好、成像清晰的有利时刻进行。

(9)观测时每次观测均要对基准点进行边长、角度检测检核，验证其点位稳定可用后才对水平位移观测点进行观测。

(10)每次观测前按技术要求对仪器进行检查和校正，观测应遵守“五固定”原则，沉降观测依据的基准点及沉降观测点，点位要固定；所用仪器、设备要固定；固定测量人员；固定测量仪器和固定路线；观测环境和条件基本相同，以保证观测结果精密。

(11)水准仪ｉ角是一个变化值，每次作业前，对ｉ角进行检查，若发现ｉ角大于15秒，应及时进行检验校正。布设观测路线时，前后视距不超过50ｍ，前后视距差不超过2.0ｍ，以控制ｉ角的误差影响，同时提高观测时的成像清晰度。

(12)在观测过程中，也要做到步步有校核。前后视距≤30m，前后视距差≤

1.0m；同一观测点的两次观测之差不大于1毫米。

(13)每测段往返测的测站数均应为偶数，否则应加入标尺零点差改正。由往测转返测时，两标尺记得互换位置，并重新整平。

(14)在同一测站上观测时，不得两次调焦，转动一起的倾斜螺旋和测微鼓时，最后旋转方向是旋进。

(15)观测时间及环境：不在日出前后1小时、中午时分进行观测，更不能在大风或有雾的情况下进行观测。

(16)为保证水准尺气泡稳定居中，自制一些简单的水准尺辅助标杆，以使扶尺员快速稳定地竖直标尺，提高观测效率。

8 报警制度

将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，将警告值和允许值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，说明需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限，警告值和基准值之间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明基坑是稳定的。

根据本工程土质条件以及业主方对基坑的变形要求，本基坑的变形预警值如表9-1 。

根据本工程土质条件以及业主方对基坑的变形要求，本基坑的变形预警值如表9-1 。

表9-1 基坑变形要求

注：立柱桩的差异沉降：基坑开挖所引起的立柱桩隆起或沉降不得超过10mm，变化速率不得超过2mm/天。

在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断监测对象的稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。

9 参考文献

[1]伊晓东，李保平，变形监测技术及应用，黄河水利出版社

[2]潘正风，杨正尧，程效军，成枢，王腾军，数字测图原理与方法，武汉大学出版社

[3]武汉大学测绘学院测量平差学科组，误差理论与测量平差基础，武汉大学出版社

[4]孔祥元，郭际明，控制测量学，武汉大学出版社

[5]张正禄，等，工程测量学，武汉大学出版社

[6]顾孝列，鲍峰，程效军，测量学（第四版），同济大学出版社

[7]张祖勋，刘经南，李德仁，陈俊勇，宁津生，测绘学概论，武汉大学出版社

附录1 基准点布设示意图

附录2 水准观测线路设示意图