测斜仪在郑州深基坑监测中的应用（何建锋,于新政,张畅）

［摘要］ 深层土体水平位移监测是基坑监测中的一个重要监测内容。在简要介绍测斜仪的基本原理、埋设与测试技术及数据处理方法的基础上，通过工程实例说明测斜仪在基坑监测中的应用。监测结果说明测斜仪可及时准确的量测不同工况时深层土体的变化，通过对监测数据的分析可评价基坑工程的安全，指导施工。

［关键词］ 基坑监测 测斜仪 土体水平位移

1 引言

随着我国城市建设的发展，基坑规模和开挖深度不断增加，深基坑的安全问题成为工程界十分关注的问题。由于基坑工程本身的复杂性和当前设计理论的不成熟，基坑开挖引起周围土体和建筑物、埋设物的变形无法准确预测，因此，在深基坑开挖过程中，必须对基坑进行监测，通过对监测信息的分析，评价基坑的安全，制定进一步的施工策略，实现信息化施工，避免事故的发生。

基坑开挖时，土体向坑内移动，土体位移的大小既影响围护结构上土压力的大小又危及周围建筑物的安全。深层土体位移监测能够综合反映基坑性状而逐渐受到重视。通过测斜仪可对深层土体水平位移进行监测，收集到的信息可以间接反映支护结构位移和应力变化以及周围建筑物的安全状况，测斜仪的应用范围逐渐从边坡工程、路基工程扩展到基坑工程。在深基坑工程中测斜仪可以测量打桩或基坑开挖所引起的土体水平位移；挡土结构（墙、桩）的水平位移；地下室竖向墙面的水平位移。

与其它监测方法相比，测斜仪具有适应性强、作业空间小、不受现场施工作业影响、无通视条件限制、测量数据独立、精确度高等优点，更适用于复杂基坑，在基坑监测领域必将得到越来越多的应用。

2 测斜仪的工作原理

按使用方式的不同，测斜仪可分为滑动式测斜仪和固定式测斜仪，基坑工程采用的大多是滑动式测斜仪。滑动式测斜仪主要由测头、测读仪、电缆和测斜管4部分组成。应用时先在土体中预埋测斜管，土体发生变形后，整个测斜管随之产生相应变形，通过测斜仪逐段测量倾斜角度，就可得到测斜管每段的水平位移增量，测斜仪工作原理见图1：

Δi=Lsinθi

式中：L 为探头轮距，一般为0.5m；θi为某一深度倾斜角。

当测斜管埋设进入相对稳定土层或非变形土层时，则可认为管底是位移不动点，管口的水平位移值Sn即为各分段位移增量的总和：

测量的结果整理成各种曲线，可反映土体不同时期的水平位移情况。

3 工作步骤

（1）确定测斜管长度。埋设于基坑边缘土体中测斜管长度可为2.5～3倍基坑开挖探度，埋设于支护结构中的长度可为2倍基坑开挖深度。

（2）围护桩内的测斜管在吊放钢筋笼之前，就绑扎在钢筋上，随钢筋笼浇筑在混凝土中，浇筑混凝土前应在测斜管内注满清水，土体内的测斜管就在预定的测斜管埋设位置钻孔，钻孔直径应比测斜管直径略大，倾斜度小于1°，钻孔深度应比预计测斜管长度多0.5~1.5m。

（3）安装测斜管时，测斜管底部要装上盖子，注满清水，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行，避免测斜管发生扭转。

（4）测斜管下入钻孔内预定深度后，即向测斜管与孔壁之间的间隙由下而上逐段灌浆或用砂填实，固定测斜管，测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的现象。

（5）测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。

4 观测要点

（1）测斜仪探头必须经过率定，数据采集仪、电缆等应预先检查合格。

（2）侧向位移的初始值应取基坑开挖和降水之前，连续3次测量无明显差异之读数的平均值。

（3）应同一个人，同一仪器观测同一测斜孔，且应将电缆放置在同一槽口处观测。

（4）每次观测时，应先将探头放入孔中一段时间（约5min），以消除温差影响（特别是在夏天和冬天）。应从管道自下而上进行，一般每隔50cm 为一个测点，同一方向的观测应正反测试，两次测量同一测点的读数绝对值之差应小于10% ，且符号相反，否则应重测本组数据。保证每次提拉时严格对准电缆标尺或标记。

（5）观测时及时做好记录或储存好数据，检查合格后方可收线，否则要分析原因并及时纠正。

5 数据处理与误差分析

外业测量完成后，可将测量数据导入计算机中进行处理，绘制变形速率－深度曲线和位移－深度曲线，使我们从不同角度了解到基坑发生侧向变形的性状和发展趋势。

测斜仪在量测过程中产生的误差主要有：仪器轴线零点偏移误差；传感器角度定位旋转误差；深度测量误差；测斜管导向槽扭转误差。仪器轴线零点偏移误差可通过正、反两次测量消除；深度测量误差可以通过精确测量管口高程的方法来控制；测斜管导向槽扭转误差一般影响较小，要求精确测量时可用扭曲测定仪测量测斜管导槽的扭曲度来进行修正；传感器角度定位旋转误差在测斜管埋置较深，可认为测斜管底部不动时，可通过底部位移量测值计算修正转角来消除。

6 工程实例

6.1 工程概况

工程位于郑州市黄河东路与太行二路交叉口，地上19层、地下2层。基坑深度为8.6m，采用土钉墙＋锚索＋冠梁＋钻孔灌注桩的复合支护体系，钻孔灌注桩桩长14m，桩径600mm，桩距1.5m；锚索设置于4.7m深处，间隔3m 1根，长16m，孔径150mm，倾角10°；土钉墙在1.7m、3.2m、4.7m、6.2m、7.7m深处各设置一排，采用直径18mm的二级钢筋，间距1.5m，倾角10°；冠梁为500mm×700mm。基坑平面示意见图2。

6.2 监测频率和报警值

施工前期1天1次，开挖期间1天1次，施工后期根据施工速度和变形速度适当调整，当累计位移过大时，应增加监测次数。

根据当地经验，确定土体水平位移报警值：变形速率超过4mm/d或连续两天变形速率超过3mm/d，累计水平位移大于40mm。

6.3 施工工况及监测分析

根据工程进展，分为下列六个工况：

工况一：基坑开挖至6.3m，完成锚索和三道土钉墙支护。该工况内基坑周围土体变形较小，西坡土体水平位移最大速率为2mm/d，累计最大位移为20mm。

工况二：从2007年5月4日至2007年5月18日，开始采用长螺旋成孔开始CFG桩的施工。该工况内土体受施工影响较大，变形速率增大，基坑周围开始出现明显裂缝，西坡土体最大位移速率为4.65mm/d，累计最大位移为27.05mm，变形速率超过报警值。

报警原因分析：基坑降水引起土体不均匀沉降，长螺旋钻孔施工引起土体扰动。

应对措施：对附近有建筑物的西坡坡角进行注浆加固兼做止水帷幕，停止西坡附近的管井降水，将西坡附近CFG的施工方法改为泥浆护壁成孔。

工况三：对西坡坡角进行注浆加固。该工况内土体受注浆施工时成孔的影响，变形速率较大，西坡土体最大位移速率为4.35mm/d，累计最大位移为34.85mm，变形速率超过报警值。

报警原因分析：注浆加固施工速度过快，施工方案不合理。

应对措施：控制施工速度，间隔施工。

工况四：从2007年5月24日至2007年6月5日，注浆加固完毕后，在西坡附近采用泥浆护壁成孔进行CFG桩施工完毕。该工况西坡土体最大位移速率为1.35mm/d；累计最大位移为39.4mm，变形数据未超过报警值。

工况五：基坑开挖至设计深度8.6m，开始底板浇筑。该工况内西坡土体最大位移速率为3.5mm/d.累计最大位移为59.7mm，累计位移超过报警值。

报警原因分析：累计位移超限主要是由于前期变形较大，变形速率较小说明基坑处于相对安全状态。

应对措施：加强观测，加快底板浇筑的速度。

工况六：底板浇筑完成，施工超出自然地面。该工况内西坡土体最大位移速率为0.5mm/d，累计位移超过报警值。

报警原因分析：累计位移超过报警值主要是由于前期变形较大。

应对措施：鉴于底板已浇筑完毕，变形速率较小，可不处理。

各工况结束时的累计水平位移见图3。

7 结语

（1）测斜仪是一种精度高，适应性强，稳定性好的监测仪器，可从监测曲线中直接判断滑动面的位置，是一种较好的基坑监测工具；

（2）测斜管的成功埋设是测斜数据可靠的前提和基础，测斜数据还要进行适当的修正；

（3）长螺旋钻孔施工对周围土体扰动较大，采用这种方法施工时宜先进行桩基施工再开挖，否则，应控制施工速度，加强监测；

（4）基坑开挖后对坡角进行注浆加固时应安排合理的施工顺序，控制施工速度；

（5）工程实例表明测斜仪可准确量测不同工况下土体位移的变化，反映施工对周围土体的影响，对监测数据进行分析可评价基坑的安全，指导施工。

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