广西壮族自治区建筑工程质量检测中心 广西南宁 530005
摘要：在基坑监测中，深层水平位移监测数据比较灵敏，能够很好地反映基坑的真实变化情况，但在实际工程中，针对水中钢围堰监测，有时无法按照规范要求布设深层水平位移点。基于这一矛盾，文章采取了一种新的监测方式代替传统深层水平位移监测方法，并通过对其理论精度以及现场监测数据的分析，研究了该方法的可行性和实用性，为以后基坑监测提供了一种新的思路。
关键词：基坑监测；深层水平位移；监测精度；钢板桩形变；
引言：随着城市建设的快速发展，城市道路交通网不断拓展，立体交通高架桥梁不断涌现，跨河段的墩柱建设也越来越多。跨河水中墩的建设往往伴随着钢围堰基坑的施工开挖，基坑的开挖会引起周边水体和土体应力场的变化，这对基坑的自身结构产生很大的影响，同时也影响周边建筑物的安全。为了保证周边建筑物及基坑自身的施工安全，根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120—2012）及《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497—2019）等要求，在土建施工阶段必须开展相关的变形监测工作。围护结构体水平位移监测能直接反映桩（墙体）沿深度方向上在不同深度处的水平位移变化情况，并及时掌握围护结构体在水平方向上的最大位移量及其深度，用于判断围护结构的稳定性及其变形发展趋势，分析整个基坑的稳定性及安全状态。基坑围护结构体水平位移监测往往采用埋设测斜管的方式进行，但在一些工程中往往受限于现场条件而不能埋设测斜管。基于这一矛盾，选择既适应作业场地条件又能满足监测精度的方法，高效提供监测信息，是监测人员应关注并考虑研究的问题。
1 研究方法和数据处理
1.1 Spline插值函数选用说明
桩体的水平位移主要因桩身水平方向受弯产生，而通过结构力学知识[9]我们可以了解到，均质线性材料由于受弯产生的位移，其计算公式与其杆长的三次方成正比。均质线性桩体某点处的水平位移一般计算公式可表示为：
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式中：y为桩体某点处的水平位移；k为与桩体该点位置坐标等几何特征相关的无量纲系数；F为作用于桩身某点的外作用力大小；l为桩长；E为桩体变形模量（材料均质线性时E为定值）；I为截面距。而Spline插值实际为三次方幂函数插值，并且插值通过曲线上的4个控制点实现。由于Spline插值函数与上述位移函数线性一致（均为坐标的3次函数且连续光滑），当散点间隔减小时，插值出来的数据点也越接近实际桩体水平位移分布曲线。换言之，如果桩体材料本身非均质线性，或存在非连续的非均质点或区域，则水平位移分布曲线本身会存在许多非光滑的点。此时，Spline函数便不一定能很好地插值出与真实情况一致的曲线。
1.2 新的监测方法
笔者工作中遇到一处基坑，其位置比较特殊，一半位于陆地，一半位于水中，围护结构为拉森钢板桩。开挖期间为了实时了解拉森钢板桩的受力及安全情况，需要对靠近河侧拉森钢板桩进行变形监测。由于结构及场地原因无法布设测斜管，因此从测斜管的原理出发，笔者设置了一种新的监测方法，介绍如下。
在拉森钢板桩观测断面处，从上到下依次粘贴全站仪反射片（考虑到经济性和实用性，设置间距为1m），如图1所示。在基坑施工影响区域外的某个建筑物上设置一枚小棱镜作为基准点，监测实施时，在中间陆地上架设全站仪测量基准点与拉森钢板桩之间的水平距离S水平（S水平=S水平1+S水平2），两期监测的水平距离之差ΔSi，即为钢板桩对应位置的水平位移量。后续的数据处理及统计分析与传统深层水平位移方法类似。
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1.3 光纤线缆整理
从最底部一根测斜管开始梳理光纤线缆，在每根线缆端头涂上不同颜色，标识区分其位置，并在管头设置2个标记（如表1所示），用热缩管进行保护。然后，将各测斜管的光纤线缆沿着测斜管方向，紧贴管壁拉伸到最上一根测斜管的管口，用透明胶带将光纤线缆缠绕到测斜管上。
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1.4 曲线处理结果对比
不同形状的测斜曲线在应用Spline插值方法补全数据的同时，可能存在不同程度的偏离情况。因此，对不同形状的测斜数据分别以不同间隔点进行插值处理，以便于分类讨论。插值得到的测斜曲线对比图按不同形状分类别给出如图1～图5所示。
通过观察上述不同类型测斜曲线的不同间距数据插值结果可以发现，1.5 m和2.0 m两种测点间距无论何种测斜曲线形，利用Spline插值后的曲线数据与0.5 m间距曲线数据对比偏差都过大，因此，以上两种测试间距在实际工程中都不具备实现的可能性。只有测点间距设置为1.0 m时，利用Spline插值得到的完整曲线与0.5 m间距测得数据的Spline插值曲线相符度较高。尤其是开口形和抛物线型两种，1.0 m间距和0.5 m间距的Spline插值曲线几乎看不出偏差，如图3a和图4a所示。然而，在其他的包括蝶形、S形和激凸形曲线中，即使是1.0 m与0.5 m的曲线对比中也能发现较明显的偏差点，如图1a、图2a和图5a所示。因此，为更全面地考察扩大间距监测的合理性，需要对蝶形、S形和激凸形这3种线形的数据进行进一步的偏差分析。
结论：为了在深基坑工程深层水平位移监测中适当增加监测间距，以达到降低时间成本、人工成本及劳动强度的目的。本文利用Spline插值的方法分别对1.0m、1.5 m、2.0 m测试间距的多种测斜数据进行插值处理，然后将Spline插值完成的数据分别与0.5 m测试间距的实测水平位移数据进行对比。在数据对比过程中发现，只有开口形和抛物线形的1.0 m间距Spline插值曲线与其对应的0.5 m测试间距水平位移实测曲线相符性较高，另外的蝶形、反S形和激凸形3种线形的插值曲线与0.5 m测试间距的数据偏差较大。
⑴当测斜曲线不存在明显激凸点时，以1.0 m间距的监测数据进行有限元应力反分析找出的桩身最危险点所在位置，与0.5 m间距监测数据进行反分析得到的最危险点位置吻合度较高。因此，以1.0 m为间距替代0.5 m间距进行监测以控制工程的安全是具有一定可行性的。
⑵若扩大间距测得的测斜结果显示的位移变化曲线存在明显的激凸形状，即明显区别于三次幂函数线形的凸起点，则说明桩体可能存在明显的初始缺陷，应增加测点补充监测以全面监控桩体变形。
⑶利用扩大间距测得的测斜结果进行Spline插值补充后，再进行有限元应力反分析得到的应力偏小于0.5 m间距数据的计算结果，应考虑乘以一定的扩大系数后再进行分析和设计计算，以保证工程安全。
⑷本文所用最短桩的测点长度为21.5 m，而1.0 m的测试间距大于最短桩总测试长度的4.5%，可见本文所用分析数据均为桩身较长的情况。因此，本文所得结论适用于测点深度在21.5 m以上的长桩分析，在测点深度21.5 m范围以内的水平位移监测数据应用本文方法进行处理的适用性仍待考察。
参考文献：
[1]程胜一，褚伟洪，陈杰，等.深层水平位移监测技术分析[J].城市勘测，2011（6）：167-170.
[2]杨健达，杨青，黄杏.基坑深层水平位移曲线分析研究[J].北京测绘，2020，34（5）：696-699.
[3]黄声亨，尹辉，蒋征.变形监测数据处理[M].武汉：武汉大学出版社，2003.