基坑变形监测技术方案
基坑变形监测技术方案
一、工程概况
本工程由一幢门字形酒店、六幢不同高度公寓和整体地下车库组成，总占地面积约30000m2，总建筑面积约23万m2，地下建筑面积约万m2。
本工程基坑总面积约29300m2，东西向长约300～400m，南北方向长约40～110m。基坑总延长线为785m，地下室为三层，基坑开挖深度为-18.2m、-18.7m，管线分布复杂。基坑北侧紧邻海河，南侧是车流量较大的公路，海河水位的变化及张自忠路面动荷载的干扰都将是某基坑监测的难点。基坑监测等级为一级，监测手段众多，监测内容、监测工作量及监测难度均较大。
二、依据及原则
1.《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）
2.《工程测量规范》（GB50026-93）
3.《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99
4.《国家一、二等水准测量规范》（GB12897-93）
5.《天津市建筑地基基础设计规范》（TBJ1-88）
依据规范和天津市建设主管部门对建筑物基坑施工相关文件的要求，以及基坑设计的相关要求；为确保建筑物地下基坑施工及周边环境的安全性和可靠性，使在基坑开挖和施工期间的变形得到有效控制，保证其不对基坑自身及周边环境造成破坏性的影响，用科学的数据指导基坑信息化施工，保证施工安全。
三、基坑监测项目
为了及时收集、反馈和分析周围环境要素在施工中的变形信息，实现信息化施工并确保施工安全，综合本工程周边环境状况及围护结构和支护体系的特点，遵照设计的相关要求，本工程共进行如下几项基坑监测工作：
1、周边环境监测
A、地下管线变形监测；
B、基坑外道路变形监测；
C、基坑外地下潜水水位监测；
D、基坑外承压水水位监测；
E、基坑外土体水平位移（测斜）监测；
F、基坑外土体表面变形监测；
G、海河堤岸变形（沉降、变形）监测；
2、围护结构监测
A、围护桩桩体水平位移（测斜）监测；
B、围护桩桩顶变形（沉降、位移）监测；
C、围护桩内、外侧水土压力监测；
D、围护桩的竖向钢筋应力监测；
3、支撑体系和立柱监测
A、支撑轴力监测；
B、钢格构柱及立柱角钢应力监测；
C、立柱位移和沉降监测；
4、其它监测
A 、基坑开挖过程中土体分层沉降监测；
四、基坑监测点位布置
1、周边环境监测
A 、地下管线、路面等的变形监测
包括基坑周边的张自忠
路、兴安路的地下管线、路
面、海河堤岸的沉降监测点
的布设。管线和路面每间隔
30米布设一个监测断面，共
约239个监测点。其中海河堤岸监测点编号为HD1～HD10，而地面沉降监测点共105个，布点数量较多，最终编号以实地布设完点位后的编号为准（详细点位见附后“地面及海河堤岸监测点位示意图）。供电管线沉降监测点编号为GD1～GD10；路灯管线沉降监测点编号为LD1～LD10；电信管线沉降监测点编号为DX1～DX25（电力管线监测点详细点位见附后“电力管线沉降监测点位示意图”）。输水管线沉降监测点编号为SS1～SS15；污水管线沉降监测点编号为WS1～WS7；雨水管线沉降监测点编号为YS1～YS15（雨污水管线监测点详细点位见附后“输排水管线沉降监测点位示意图”）。煤气管线沉降监测点编号为MQ1～MQ40（煤气管线监测点详细点位见附后“煤气管线沉降监测点位示意图”）。
沉降监测点的布设采用铆钉嵌入法布设（如图一），首先在设点剖面图图一
俯视图
处用电钻打出Φ12直径的圆孔，深度约10CM左右，再将专用圆铆钉牢固地嵌入孔中，圆帽的下边缘与地面齐平。圆铆钉的顶部圆帽适用于水准测量，顶部的强制归心孔适用于海河堤岸水平位移观测。
重要地下管线主要包括三
条煤气管线，分别为DN529、
DN325和DN219。其监测点的
布设首先用雷迪4000管线探
测仪（如右图）测定出地下管
线的平面位置和埋深，再用电
钻在垂直于管线的路面上打孔，嵌入圆铆钉，其它管线利用“地下综合管线探测图”结合实地位置进行布点，埋设标志方法同上。在基坑周边绿地内或未硬化路面中有重要压力管线的，采取直接布点法，将观测标志设置在监测管线的管壁上。
B、地下水位监测
地下水位观测包括基坑外的潜水
和承压水水位监测，水位观测井反映
的是基坑开挖过程中基坑外侧的水位
变化情况。共计设置15口潜水水位观
测井，编号SW01～SW15；设置9口承
压水观测井，编号CY01～CY09(观测
井的详细位置及编号见附后“基坑外
水位监测井位置图”)。根据《某岩土图三
承压水层
PVC管
工程详细勘察报告》所述，某场地潜水含水岩组埋深约16米，初见水位埋深约～4.3米，静止水位埋深约～3.2米。故水位观测井布设时首先用钻探机在设计位置钻Φ150mm的孔，孔深为15米。将专用PVC水位管（左图）下端封堵好后，底端用电钻打上一些小孔，并填入粗砂或包上土工布用来渗水并防止泥浆的灌入。往钻探孔中一边下水位管，一边用套管接头将PVC水位管一节节的连接上，同时用胶带密封。全部水位管下完后在管中灌入清水，最后用细砂及回填土填满水位管外围的孔隙。
根据《某岩土工程详细勘
察报告》所述，某场地承压含
水岩组第一承压含水层为更
新统第五组陆相冲积层上部
粉土（力学分层号为7a），位
置深约在大沽高-15～-21米之间，
实际埋深约为18～25米。为保证基
坑止水工作的安全，防止承压水头
外涌，在公寓A和公寓B附近各设
置1口⑧b层承压水观测井，埋设深
底为35米。其它7口为⑦a层承压
水观测井，埋设深度为22米。水位管的埋设方法同潜水水位监测井的
图四
基坑
测
斜
管
塑料套管
埋设，但需对管体接口进行有效的密封。
C、基坑外土体变形监测
土体变形监测包括土体表面的沉降监测以及深层土体水平位移（测斜）监测。测点与围护体的水平位移监测点有所对应，坑外土体共设置14个监测点T01～T14（详细点位见附后“支护结构监测点位示意图”）。
其埋设方法是在坑外土体中钻Φ150mm的钻探孔，考虑到测斜管的埋设深度应不会造成深层承压水与地下潜层水的连通，土体测斜管实际埋设深度为35米。首先将测斜管下端封堵好后，一边往钻探孔中下一边将测斜管用套管接头一节节的连上，同时用胶带密封并灌
入清水。全部下入后用细砂及回填土填
满管周围的孔隙。测斜管材料为PVC硬
塑，内有定向槽，管径70毫米（左图）。
测斜管顶部加套一米长的Φ80mm的硬
塑管进
行保护，并做醒目标志，防止施工过
程中的意外破坏（如图四）。
2、围护结构的监测
A、灌注桩桩身水平位移（测斜）硬
件埋设
依据设计图纸某基坑共计埋设灌
注桩桩身倾斜监测孔25处，埋设深度图一基坑
测
斜
管
塑料套管
灌注桩
30米，其监测孔的布设方法如图一所示。在测斜管安装时应注意，对接两根管子时要对好管壁内侧的导向槽，接头处用封口胶带和螺丝固定，外面缠上胶带，以防止污水或砂浆从管子接头处渗入。管顶、管底用专用封堵帽，防止异物进入管道造成堵塞。用铁丝将测斜管固定在钢筋笼背向基坑的一侧或中间部位，以防止基坑开挖后，平整围护桩内壁时损坏管道，同时应保证测斜管导槽与基坑开挖面在水平方向的垂直性。当测斜管随同钢筋笼下入挖好的槽孔中后，应及时向管内注入清水，以减轻测斜管承受的外界水压和混凝土的压力。在砼浇筑时, 测斜管最上部一米范围要加Φ150mm塑料保护套管，防止管壁在剔桩头作帽粱时被破坏。
B、灌注桩内、外侧水土压力硬件埋设
依据设计要求，在不同区域的灌注桩
内、外侧共计设置4组水土压力监测点，
每组设置5个观测断面，每个断面皆进
行水土压力监测，其中3个断面还要进
行坑内水土压力监测。每个测点布置1
个测试元件，即一组监测点包括8个水
压力计和8个土压力计，4组共计64
个监测元件。本工程围护体孔隙水压力
及土压力计的硬件埋设采用挂布法，挂
布选用土工布，要求透水性能好，但不允许渗透水泥浆。预先在挂布上按设计要求深度固定好传感器，受压膜放在挂布向外直接面向土体
的方向，将挂布包裹在钢筋笼上，挂布接缝处搭边约20CM，并将接缝紧密连接固定。在吊装安放时，现场安装人员应注意避免硬件和电缆与钻孔上边缘的刮碰，以免硬件的损坏，最上部一米范围要加Φ150mm塑料保护套管保护电缆。最后利用混凝土浇捣时的外挤力，将挂布及传感器受压膜紧贴于桩体外侧土面上，完成传感器的安装。
C、灌注桩内、外侧竖向钢筋应力硬件埋设
围护体的竖向钢筋应力监测可直
接反映开挖过程中地下围护结构的受
力情况，本工程共设置6组观测点，
每组5个断面，每个断面共布置内外
侧测试元件各2个，即每组测点包括
20个，共计120个钢筋应力计。
在安装前应按待测钢筋直径选配相应规格的钢筋计，并根据下件的埋深选择适当的电缆长度。安装时将钢筋计并置在待测钢筋旁并用铁丝固定。将电缆线捆绑在钢筋内侧引出至围护桩顶外部不会被混凝土掩埋的地方并加装Φ150mm塑料保护套管，防止破坏。在捆绑完成后，随钢筋笼一起吊装即可。
3、支撑体系和立柱监测
A、支撑轴力监测
在支撑的主要受力杆件上布置轴力监测点，第一道支撑上设置测点24个（如右图），第二、三道支撑各设置42个测点，三道支撑共108个测点，实际轴力监测点位根据支撑的最终布设形式来确定。编
号方式为“支撑层数+位置+钢筋计自身编号”，例如：第二道撑，3号位置处的钢筋计编号为C2-ZL3-****。每一测点处在混凝土支撑内钢筋茏子两侧的主筋上各安置一个钢筋应力计。安置器件时左右两个钢筋计应尽量对称，监测时两侧钢筋计的数据才能够更好的进行对比和分析。
安装时根据器件的位置、埋深选
择适当的电缆长度，将钢筋计并置在
待测钢筋旁并用铁丝固定。将电缆线
捆绑在钢筋上并引出至支撑外部不
会被混凝土掩埋的地方并加装保护套管，防止破坏（详细位置见“支撑轴力测点位置示意图”）。
B、钢格构柱及立柱角钢应力监测
在支撑竖向荷载比较大和典型的位
置布设钢立柱角钢应力监测点，依据设
计要求共设置11个钢格构柱表面应变计
（如右图），测点编号为JY1～JY11（角
钢应力监测详细点位图见附后“立柱桩
及角钢应力监测点位示意图”），实际监测点位根据钢格柱及立柱桩的最终位置确定。安装时将应变计两端直接焊在或用螺钉固定在监测部位，并将读数电缆线引至安全地点并加以保护。
C、钢立柱位移和沉降监测
与钢立柱的角钢应力监测点有所对应，同时进行钢立柱的位移和
沉降监测，测点数量为38个监测点，测点编号为LZ1～LZ38（立柱桩位移和沉降监测详细点位图见附后“立柱桩及角钢应力监测点位示意图”）。由于立柱桩在基坑开挖后的状态是悬空的，所以测点处无法上人架设棱镜和水准标尺，所以位移监测采用坐标法，沉降监测采用三角高程法。为了安全起见，点位标志设置的是全站仪贴片，该贴片是仿棱镜设计，有精确的高反光性，可以代替全站仪的专用反光棱镜。在钢立柱出露并有布点条件时，将全站仪贴片用胶水沾在钢立柱表面设计位置即可。
5、其它监测
A 、基坑开挖中土体分层沉降监测
基坑开挖阶段对坑内土体进行隆
起监测，采用分层沉降标进行。依据
设计图纸共设置7个监测点，编号为
LQ1～LQ7。每个测点设置5个断面的
分层沉降标，其中基底以上2个，分
别位
于第
二道
和第三道支撑标高下1m 的位置；基底
以下3个，分别位于基底以下2m 、5m 、
8米的位置。考虑到不动点的深度应不会造成深层承压水与地下潜层水的连通，不动点（基准点）设置在基底以下15m 的位置（如图六）。图六
基 坑分层沉降围护桩 围护桩
分层沉降标安装时首先用Φ150mm钻头打孔，钻孔深度约为35米。将磁力环按设计深度套在导管上，将弹簧片用包装纸绳捆扎在导管外，防止下管时弹簧片卡在土中使位置改变及阻碍导管入孔。但纸绳不应缠绕过多，应保证导管下入钻孔后，经过短时间的水浸后，纸绳会散开，弹簧片弹出来并嵌入土中使磁环与土体结合为一体。将导管一端用帽封住后插入钻孔，用外接头连接另一根管子，依次插入。为减轻浮力可在管中灌入清水，直到连接并安装完所有的磁环和导管后，用干细土或中粗砂缓慢地回填钻孔，完成全部安装工作（土体分层沉降详细测点位置见附后“基底隆起监测点位示意图”）。
五、综合监测方法
1、水平位移监测
水平位移监测包括围护桩顶部、坑外土
体、海河堤岸及立柱桩等部位的水平位移监
测，它是基坑开挖施工监测的一项基本内
容，通过水平位移监测可以掌握各个结构部
位在基坑开挖施工过程中的水平变形情况。
依据规范的规定及设计要求，我们在进行水
平位移监测时利用尼康DTM-352C高精度的
全站仪（如上图）。施测时采用极坐标法进
行观测，因为它受现场环境条件的限制较小，施测较容易，精度较高，利用起算点坐标和实测的边长夹角，解算出每个待测点的绝对坐标进而求出每个点的变化矢量来。观测时基准点的选择及坐标起算数据的
设置尤为重要，由于水平位移的形变监测是绝对位移量的观测，所以基准点应尽量选在远离基坑、有稳固的基础、并且不容易被外界因素干扰破坏的地方。坐标设置上采用假定坐标系，应尽可能将待测点坐标均设置在坐标系第一象限内，这样有利于位移变化量在矢量方向和符号上的统一，便于数据的分析和理解。
根据起算点的已知数据计算待测点的坐标的计算方法如下：
如下图所示，Ａ为起算点，Ｂ为待测点，Ａ点的假定坐标ＸA 、
ＹA 及坐标方位角AB 为已知，边长ＤAB 实测，则可求得Ｂ点的坐标ＸB 、
ＹB 。由图可知：
???+=+=AB A B AB A B Y Y Y X X X ?? 其中，坐标增量的计算公式为：
?
???=?=AB AB AB AB AB AB sin cos α?α?D Y D X 式中X AB , Y AB 的正负号应根据cos AB α、sin AB α的正负号决定，故可得到： ?
???+=?+=AB AB A B AB AB A B sin cos ααD Y Y D X X
2、 基坑外地下水位监测：
地下水位监测包括基坑外
承压水水位观测及潜水水位
观测。如果围护结构的截水帷
幕质量没有完全达到止水要
求，则在基坑内部降水和基坑
挖土施工时，有可能使坑外的
地下水渗漏到基坑内。渗水的后果会带走土层的颗粒，造成坑外水、土流失，对周围环境，特别是地下管线的沉降危害较大。因此进行地下水位监测就是为了预报由于地下水位不正常下降引起的地层沉陷。观测时采用钢尺水位计（如上图），将仪器探头沿水位管下放，当探头接触到水时，接收机会发出蜂鸣声，此时读出钢尺电缆在管口处的深度读数，再结合精密水准连测的管口高程，就可以求出地下水位的绝对高程，将每天的观测数据进行比对，就可以直观地反映出基坑外地下水位的变化。
3、应力、应变及轴力监测
应力、应变及轴力监测包括围
护桩竖筋应力监测、基坑内外水土
压力监测、钢立柱角钢应力及支撑
轴力监测等。表面应变及轴力监测部位的选
择应该设置在受力较大、较敏感的部位。
按设计指定位置安置的应力应变器件其
连线应保证安全外露并设置保护装置。开挖
前用频率仪（如右图）测得初始频率值，按一定的周期进行人工巡检监测，获得应力分布状态。振弦式钢筋应力计的工作原理是利用一根张拉并固定在应力计变形段两端中心位置的钢弦，在其受力变形后自振频率发生改变，求出钢弦内应力的大小，进而推导出被测钢筋受力的变化的。它的计算公式如下：
f=ρ
σL 21 f ：钢弦的自振频率； L ：钢弦的长度； σ钢弦的内应力； ρ：钢弦材料的密度；
P =()220f f K + P ：被测钢筋的受力； K ：标定系数；
f0：空载时钢筋自振频率；f ：某一荷载下的自振频率；
4、 位移（测斜）监测
位移（测斜）监测包括基坑外土体测斜及围护桩桩体的倾斜变
形测量，由于测斜管的埋设深度大于基坑开挖的深度，因此将最底部的初始监测点视为不动点。测斜基本原理是以桩体的底部为参照点，开槽前测得初始值，每一设定间隔（一米）测得一个数据，用测斜仪在施工不同阶段每次测得的观测值与
初始值进行对比，以获得在施工不同阶
段不同深度的位移，进而得出围护桩体
自身的倾斜变形。
测斜仪的工作原理是基于测头传
感器中的加速度计，测量重力矢量g 在
测头轴线垂直面上的分量大小，来确定
测头轴线相对于水平面的倾斜，再利用导轮的标准间距L 求导出水平
位移矢量值的。
实测时首先把电缆接入测斜仪，并将电缆
与测头连接，用扳手将压紧螺帽拧紧以防止渗
水。将测头导轮高轮向基坑内侧方向卡置在预
埋测斜管的导向滑槽内，将它轻轻划至管底起
测位置处，该位置最好高出管底0.5米为宜，
以防止掉入异物时测头无法到达起测位置而
影响数据的连续观测。利用测读仪记录完第一
个读数后，将电缆提起1米至下一处深度标记，
待测读仪读数稳定后采集数据，再将电缆提起1米直至管顶为止。拿出测头后水平转动180度，使高轮指向基坑外侧重新放入测斜管中，重复上述观测步骤在相同的深度标记上采集数据，完成全部观测工作。测头导轮的正反向读数可以抵消或减少传感器的偏值所造成的误差，以保证测量精度。
5、管线、地面、围护桩顶部沉降监测
沉降监测包括道路、地下管线、围护桩顶、海
河堤岸（基坑开挖前进行堤岸裂缝拍照存档）、坑
外地表、钢立柱等部位的沉降观测。受基坑挖土等
施工的影响，基坑周围的地层会发生不同程度的变
形，尤其是工程处在软弱复杂的地层时，因基坑挖
土和地下结构施工而引起的地层变形，会对周围道
路、各种地下管线及基坑本身结构产生不利影响。
因此在进行基坑支护结构监测的同时，还必须对上述内容进行沉降监测。在远离基坑影响，相对稳定处埋设基点，用于每次观测时的高程起算点，沉降观测采用精密水准仪（如上图），按国家二等水准测量要求进行施测，求出每次各点的高程，其差值就是施测部位的沉降变化量。建筑工程沉降监测基准点是整个监测工程的起算点，是反映建构筑物变形的基点，所以它的稳定性和可靠性关系到整个沉降监测工程的真实性。故《建筑变形测量规程》中明确规定，基准点应选设在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置。同时，应布设2个距离较近而又稳定的参考点，以检核基准点的可靠性，即使基准点被破坏还可以利用其给予恢复。
由于受环境的影响，部分钢立柱的沉降监测可能无法利用上述方法施测，因此，对于该情况可采用前文所述全站仪利用三角高程的方法进行监测。
6、分层沉降观测
基坑的挖土过程，实际对基坑底
下的土体是一个卸载过程。随着基坑
内土体的开挖，坑底下层的土压力随
之减少，引起坑内土体反弹。另外，
由于基坑内土体的开挖，使坑内外土
体形成一个土压力差，坑外土体通过
围护桩底往内涌入，严重时会产生坑底隆起现象，使坑外的土体大量涌入基坑，造成涌土现象，特别是在砂性土地区，在动力水头作用下
会出现涌砂，对基坑的安全危害较大。这种变形可以采用钢尺沉降仪（如上图）配合专用的PVC导管和磁力环来进行监测，当钢尺沉降仪沿沉降管接触到磁力环的磁性时，会产生蜂鸣声或瞬时电流，此时钢尺的读数就是磁力环所处的地层土体的深度，重复观测后对比出现的数值变化即是基坑内土体的回弹量。
六、监测频率
正常情况下，针对当前施工部位：
基坑开挖阶段：监测频率为1次/天；
底板浇铸完成后：监测频率为1次/2天；
地下结构施工结束后一个月内：监测频率为1次/周；
特殊情况下如基坑监测数据变化超警戒值且变化无减缓迹象、开挖期间天气十分恶劣等，经协商可适当加密观测次数。
七、监测报警值
依据工程类比、结构计算及周边状况、材质，结合有关规范、规程，及工程设计单位的具体要求，监测方根据以往的基坑监测经验，将各项手段的监测报警值暂定如下：
1、基坑外地表沉降报警值为基坑挖深的2‰，即36mm；
2、煤气管线沉降报警值为10mm；其它管线沉降报警值为20mm；
3、结构体沉降监测报警值为1‰，即18mm；
4、水平位移及倾斜报警值为基坑挖深的‰，即25mm；
5、地下水位监测报警值为500mm；
6、应力及应变监测报警值为设计极限值的80%（根据实际设计
值分别进行确定）；
7、基底反弹监测报警值为基坑挖深的2‰，即36mm；
当观测值临近此极限值时提出预警，当观测值超出此极限值时提出报警，并即时与甲方及监理进行沟通。
八、使用仪器和设备
1、Ni007水准仪：
水准器格值：8′/2mm
测微器分划值：0.05mm
自动安平补偿性能：<″
标尺刻划间隔：5mm
2、DTM-352C全站仪：
测角精度：2″
放大倍率：30倍
测距精度：2mm+2ppm
补偿范围：±3′
水准器灵敏度：30″/2mm
3、SG-92型钢尺水位计
测量深度：50m
最小读数：1mm
重复性误差：± 2mm
4、CY-82钢尺沉降仪
测量深度：50m
最小读数：1mm
重复性误差：± 2mm
5、RQBF-698A数字测斜仪
分辩率：2″
抗渗：180m
抗震：100g
观测精度为0.1mm/0.5m
测程0.5m
6、雷迪4000管线探测仪
T10大功率发射机
输出功率高达10W，探测距离和深度更大
两种感应频率：8kHz、33kHz （65kHz可选）
标准故障定位（FF）频率：8kHz+8Hz
电流方向（CD）频率：640Hz+320Hz
九、生产质量保证措施
1.依据质量管理体系的人员分工，各伺其职、逐级管理、全面
合作，保证监测工作顺利开展。
2.实行全面质量管理，强化质量保证体系，严格执行各种规范、
规程及技术要求，确保监测工作质量。
3.监测工作开始前对参与人员与作业的人员进行技术交底，学
习规范，保证作业人员高质量地完成各项监测任务。
4.加强安全教育，严格执行工程的各项安全制度，作业期间要
有安全措施保证，确保人员、仪器及设备的安全，真正做到
安全生产、文明施工。
5.积极与设计和监理各方作好协调和配合工作。
6.监测工作进入冬、雨季时监测方密切注意数据变化，并保证
监测工作不误时、不缺项，同时保证仪器及人员设备的安全。
7.对成果质量进行全面检查。
8.观测人员、监测仪器及监测时间相对固定，当日监测结果，
当日计算，以便及时发现情况，及时处理。
9.基坑监测重点部位出现异常或危害情况，及时与甲方及监理
进行磋商，可适当加密监测点或加密监测周期。
10.监测点安装埋设完成后，观测前绘制测点位置竣工图并进行
测点的保护。
11.正式开挖前的预降水开始，即进行周边环境和围护体的监测，
监测频率与监理协商后再定，由于没有正式开挖，所以监测
频率原则上不超过每周一次。
12.开挖前巡检海河堤岸是否有裂缝，如有裂缝应进行拍照取证。
正式开挖后，应进行定期巡检，必要时进行裂缝观测。
十、监测计划
依据总包的施工计划，制订如下监测计划：
1．围护桩监测硬件埋设
2007年7月——2007年9月：完成全部围护桩监测硬件（钢筋计六处共120个、水压力计四处共32个、土压力计四处共32个、