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摘要：深基坑施工过程中，变形监测是其中必不可少的重要环节，必须严格按照相关的规范标准完成变形监测工作，确保监测结果的准确性和实时性。基于变形监测结果可以反过来指导基坑开挖施工过程，以提升基坑开挖质量，达到预期效果，同时保障基坑开挖过程的安全。鉴于此，本文主要分析工程测量中深基坑变形观测方法。
关键词：工程测量；深基坑；变形观测
1、引言
工程测量环节当中，深基坑变形观测是一个关键环节，这一环节获取的数据，是后续设计与实际施工的重要依据。所以为了保证施工质量与效率的提升，必须要对深基坑变形观测的技术要点展开讨论。本文叙述了对于深基坑变形观测技术的应用见解，分享给同行业人员，共同探讨、共同思考未来的施工优化方向。
2、监测的目的
基坑变形监测的目的主要是为建设方提供及时、可靠的信息用以评定本基坑工程在施工期间的安全性及施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生。为最大限度地规避风险，避免人员伤亡和环境损害，降低工程经济和工期的损失，我方作为第三方将遵照委托方和相关规范的基本要求，在基坑支护过程中对边坡坡顶位移进行持续的、高精度的监测，同时向委托方、施工方提供详细的监测数据。
采用第三方监测的主要目的和作用在于：
1.在基坑施工过程中对周边环境、工程自身关键部位实施独立、公正的监测，基本掌握周边环境、维护结构的动态，验证施工方的监测数据，为建设单位、监理、设计、施工单位提供参考依据。
2.为委托方风险管理提供支持，通过安全监测，较全面地掌握施工安全控制程度，为信息管理平台提供基础数据，对施工过程实施全面监控和有效控制管理。
3.作为独立的监测方，监测数据和相关分析资料可成为处理风险事务和工程安全事故的重要参考依据。
4.积累资料和经验，为今后的同类工程设计提供类比依据。
3、工程测量中深基坑变形观测方法
3.1、水平位移的监测
3.1.1、位移监测点的布设
（1）基准点的布设
基坑水平位移监测的基准点应设在距基坑3倍开挖深度以外的稳固体上，如设在稳定的建筑物上或市政路面上。基准点设置后利用高精度全站仪多测回测量确定各基准点的相对坐标，作为基坑水平位移监测的起算数据。
（2）工作基点布设
工程基坑形状较为复杂，为确保按照《建筑物变形测量规程》的二级精度要求进行水平位移观测，视线长度应≤300m。首先在基坑周边相对稳定的区域内布设工作基点，基点布在基坑坡顶适当位置上，应便于操作。工作基点深埋应在冻土层以下0.3m，应具备对中标志。利用全站仪进行水平位移观测时，应使仪器、目标严格对中，对中精度＜±0.05mm。对中标志应明显，方便仪器对中。
（3）监测点的布设
根据相关规范要求，以在护坡桩顶（或冠梁顶）设置水平位移监测点，边坡中部必须布设，监测点的距离不宜大于20m。
3.1.2、位移监测方法
工程基坑形状不规则，监测点的观测主要采用小角法，辅助极坐标法等其他方法加以验证；工作基点的稳定性检查采用前方交会、后方交会法或导线测量法。
（1）小角度法
基坑水平位移监测点的观测还可采用小角度法。利用经纬仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度，并按下式计算偏离值：
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测小角度法，其前提是观测中基准点采用强制对中设备，即必须建立观测墩，另一方面，小角度法的测距是能够精确测定，且相对于测角而言容易得多，计算偏离值精度时可以忽略测距引起的误差。在基坑监测中，沿基坑方向的变化量很小，即S可以认为基本不变。
精度分析
（2）极坐标法
我方对监测点的观测主要采用极坐标法，拟采用日本尼康NIVO2M型2秒级全站仪进行野外数据采集。然后通过专业软件对监测原始数据进行数据改正和平差计算，生成监测报表、变形过程线图、变形速率及变形预报图。
极坐标法是利用数学中的极坐标原理，以两个已知点的连线为坐标轴，以其中一个点为极点建立极坐标系。然后测定观测点到极点的距离、观测点与极点连线和坐标轴的夹角，从而计算出观测点的坐标。通过比对观测点每次观测值与初始值的坐标差值得出其位移值。如下图所示：
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图2
要测定待求点C的坐标，先计算已知点A、B的方位角
在变形监测中，对于基坑的位移关心的是垂直于基坑方向的变化量，基坑监测水平位移坐标系选择时，一般选择基坑长边为x轴，垂直基坑长边为y轴，即矩形基坑变化量关心的仅是y方向或是x方向的变化量，根据公式
ｍΔｃｃ′＝（ｍΔｘ2＋ ｍΔｙ２）1/2 →ｍΔｘ＝ｍΔｙ＝ｍΔｃｃ/21/2＝±0.65mm
由以上公式可知，两次观测基坑某方向水平位移观测变化量的中误差为±0.65mm。
（3）前方交会法
前方交会观测法尽量选择较远的稳固目标作为定向点，测站点与定向点之间的距离一般不小于交会边的长度。观测点应埋设在适于不同方向观测的位置。交会角度一般满足30°≤α≤150°，在基坑观测点的观测中不是很适用，因为部分点难以保证交会角度30°≤α≤150°的条件，若不满足该条件，则测角误差对位移量的影响将变得很大。但在基坑监测中，前方交会用于工作基点墩的稳定性检查是一种比较理想的方法。如对工作基点墩C进行稳定性检查时，可以在基坑外100～150m埋设2～3个基点，用前方交会法捡定C的稳定性。
3.2、竖向位移的监测
3.2.1、竖向位移及地面监测点的布设
（1）基准点的布设
基坑竖向位移监测的基准点应设在距基坑3倍开挖深度以外的稳固体上，可设在稳定的建筑物上、埋深1.5m以下的路灯杆上等；如有特殊要求可单独设立，如钻深孔埋设钢筋作为基准点，周围用注浆或混凝土固定。一般设置3个基准点，形成一个闭合水准路线，按一等水准施测。基准点设置后给出假定高程，作为基坑及周边建筑设施沉降测量的起算数据，以后每三个月测量一次。
（2）监测点的布设
围护结构顶部竖向位移监测点应沿基坑周边布置，周边中部、阳角处应布设监测点，监测点水平间距不宜大于20m，每边监测点数目不宜少于3个；建筑物的竖向位移监测点一般设在承重墙体上或基础结构上，周边地表竖向位移监测点直接设在地面上，应尽量避免车辆碾压。
3.2.2、竖向位移及地面监测方法
（1）基准点观测
待埋设的基准点稳定后（埋石后不少于15天），按一等水准测量观测精度要求使用美国天宝公司生产的DINI03型高精度数字水准仪配合两条码铟瓦合金高精度水准标尺进行观测。首次观测采用往返测量，其观测顺序按国家现行水准测量规范执行。观测数据经现场检查合格后，平差计算出各基准点的高程作为本沉降观测的起算数据。
基准点每三个月检测一次，以确定其稳定性。
基准网主要限差如下：
（2）竖向位移点的观测方法
1、采用高精度水准仪，利用水准控制路线依次观测周围各建筑物、道路、管线等的各沉降监测点的高程。每个监测点的高程数据经处理后与上一次的高程差即为该监测点的沉降量。对于不能通视的监测点观测时可增设支点，但支点站数不得超过2站，且支点观测必须进行2次，以保证准确性。
2、为保证高程基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并作出分析判断，以保证观测成果的可靠。为了保证观测精度，在观测过程中还要做到：
①作业中经常对水准仪的i角及水准标尺的水准器进行检查。
②采用固定的测站点和立尺点，使各次观测线路保持一致。
③在同一测站观测时，不得二次调焦。
④观测采用固定的仪器和标尺，并固定观测人员。
3、竖直位移观测点精度要求：
①观测点测站高差中误差≤±0.5mm；
②往返较差或环线闭合差≤± mm；
③视线长度≤50m；
④前后视距差≤2.0m；
⑤前后视距累积差≤3.0m。
3.3、地下水位监测
3.3.1、地下水位监测井埋设及技术要求
地下水位监测宜通过孔内设置水位管，采用水位计进行量测，水位管宜在基坑开始降水前至少1周埋设，且宜逐日连续观测并取得稳定初始值。由于本工程采用降水井进行降水，所以考虑到节约成本，在降水井能够满足水位测量要求时，优先考虑使用降水井测量水位，当降水井不能满足水位测量要求是需要另外设置水位观测孔，埋设时采用30型钻机成孔，观测管的管底埋置深度应在最低允许地下水位之下3m-5m。将PVC管打孔包滤网，并尽量垂直放置于孔内，孔隙加滤料填实，PVC管上下封口，保证管内清洁。
3.3.2、检测方法及数据采集
地下水水位监测是测量静水位埋藏深度和高程。水位监测井的起测处（井口固定点）和附近地面必须测定高程。可按四等水准测量标准施测。同一水文地质单元的水位监测井，监测日期及时间尽可能一致。采用电测水位仪进行水位监测。测量井口固定点至地下水水面竖直距离两次，当连续两次静水位测量数值之差不大于±1CM/10M时，将两次测量数值及其均值记入表《地下水采样记录表》内。水位监测结果以M为单位，记至小数点后两位。每次测水位时，应记录周边降水井是否曾抽过水，以及是否受到附近的井的抽水影响。地下水位监测精度不宜低于10mm。
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图3施工现场水位监测井
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图4 电测水位仪
3.4、预应力锚杆拉力监测
3.4.1、监测点的布置
（1）锚杆拉力监测点应针对重要部位、特定土层及锚杆设计特点进行布设。一般与建筑物、重要设施、地下管线及重载道路邻近的锚杆应布点；边坡中部锚杆应布点；不同工程性质地层的锚杆应布点；监测点还应根据锚杆自身的设计参数和设计要求的差异分别布点。同层同一类型的锚杆轴力监测点的布设间距宜为20~50m，不同层的锚杆轴力监测点应布设在同一垂直面上。
3.4.2、监测点的安装
（1）预应力锚杆的轴力通过在锚头承压板后预埋轴力计的方法进行监测。轴力计的量程应大于设计值的1.2倍，量测精度不低于5%F•S，分辨率不低于2%F•S。
（2）锚杆施工完毕并具备张拉条件后，在钢垫板与锚头之间埋设轴力计，轴力计与锚头之间也应设置钢垫板，即轴力计两侧受力面均设钢垫板，以保证受力面具有足够的刚度，防止受力面塌陷。
（3）轴力埋设后将读数电缆引到基坑坡顶的观测站，电缆统一编号，用彩色胶布绑在电缆线上作出标识。电缆应与坡面进行有效固定，并做好保护措施。
（4）轴力计安装前应测量初频，确定是否与出厂时的初频相符合（≤±20Hz），如不符合应重新标定或者另选符合要求的轴力计。
（5）轴力计安装过程中，随时观察，有异常情况时应及时处理，确保安装合格。每段工字钢梁范围的锚杆张拉时必须从中间向两侧逐步对称加载，以免轴力计偏心受力。
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图5 锚杆轴力计安装大样图
3.5、深层水平位移测斜管埋设
深层水平位移测斜管的埋设由我方提供材料，施工单位协助完成埋设。
深层水平位移监测采用测斜仪测量，分别在基坑两侧相对的围护结构中各预埋测斜管一只，作为一监控断面。测斜管的埋设采用绑扎埋设方法，将测斜管在现场组装后绑扎固定在围护结构钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑之前应封闭好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，并防止水泥浆渗入管内。
为直观了解基坑围护结构自上而下不同深度的位移量，将基坑围护设计预估值进行对比，作为判别工程是否安全的依据，采用测斜仪对围护结构的倾斜进行检测。
本工程测斜管埋设拟采用绑扎埋设。测斜管通过直接绑扎固定在围护结构钢筋笼上，钢筋笼入槽（孔）后，浇筑混凝土。
4、结束语
工程测量下的基坑变形观测技术是有效观测基坑变形的重要工具，我国目前应用的监测技术正处于不断完善中。由于建筑建设中对深基坑稳定性、沉降能力的要求越来越高，需要技术人员不断研究与创新基坑变形观测技术，从而在保证深基坑检测质量与监测准确度的同时，能够促进工程测量行业的稳定、快速地向前发展。
参考文献：
[1]张国全，高擎，王颖玉.工程测量中深基坑变形观测要点[J].居舍，2019（23）：31.
[2]包锦春.工程测量中深基坑变形观测方法研究[J].中国金属通报，2018（10）：187-188.