二等水准在建筑基坑监测中的应用

秦瑞超等

摘要： 本文简要介绍了二等水准在基坑监测中的技术要求，包括指标、限差及精度要求，阐述了监测方法，为确保数据具有一致的可比性，应坚持一定的观测原则，及时处理并反馈监测数据，介绍了曲线图的生成。结合工程实例，分析了二等水准的精度，很好的指导了施工，最后提出了工作建议和注意要点。

Abstract： This paper briefly introduced the technical requirements of Second-order leveling in the foundation monitoring， including indicators， tolerance and accuracy requirements， described the monitoring methods. In order to ensure the data is consistent with comparability， the certain principles of observation should be adhered， the monitoring data should be timely processed and retroacted， and the generation of graph is introduced. Combined with the engineering example， this paper analyzed the accuracy of second-order leveling. That greatly guides the construction， finally， the work suggestions and points for attention are put forward.

关键词： 二等水准；基坑监测；报警值；观测精度

Key words： second-order leveling；foundation ditch monitoring；alarm value；observation accuracy

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）12-0047-03

0 引言

经济腾飞促进了工业与民用建筑业的发展，造型奇特、结构复杂的高层、超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。类似建筑物多设计为多层地下室及地下车库，基坑工程开挖深度较深，且城市建筑密集，根据周边环境及工程、水文地质的具体情况多采用敞口放坡形式或设置垂直的挡土围护结构。

对于深大基坑，掌握边坡的水平及竖向位移等变化量信息尤其重要，便于各方掌握基坑的稳定情况，积累设计、施工经验，出现问题及时采取相应措施。对于各级基坑，边坡顶部的竖向位移都应监测，多采用几何水准方法和三角高程测量。因为基坑工程对变形量和变形速率的要求严格，对监测精度提出了较高要求。传统的三角高程测量受地球曲率及大气折光差影响，误差较大，对仪器的角度及边长测量精度要求高，多用于丘陵、山区等高差较大的高程控制测量，对于高要求的基坑工程，不宜采用；而三、四等水准测量的精度较低，对于一级基坑竖向位移监测，不能满足。采用高精度的仪器有利于保证监测质量、满足工程要求，本着“经济合理，技术先进”的原则，实际应用中，多采用DS05级自动安平水准仪及配套的因瓦合金标尺按照二等水准的技术要求观测。本文将着重阐述二等水准在基坑监测中的应用。

1 技术要求

对于科研目的的变形监测，观测值中误差应不超过允许变形值的1/20；对于工程项目的变形监测，应不超过允许变形值的1/10。而基坑监测对监测项目有着累计变化量和变化速率两方面的要求，若其中任意一项达到报警值，都应予以报警，引起各方密切关注。文献1中根据监测部位重要性等提出了精度要求，见表1。

类似于不同等级的水准测量，为满足不同项目的精度要求，不同等级的基坑竖向位移监测外业观测也作出不同的技术要求，见表2。

外业观测质量决定了最终成果能否达到精度要求，其限差也应符合相应规定，详见表3。

2 监测方法

2.1 点位布设 不同于常规的水准测量，基坑竖向位移监测的水准路线均较短，一般不超过1km，但容易受到施工的影响。故基准点和监测点的正确选择和布设是保证工作顺利进行的重要一环。

根据工程经验，基准点宜布设3～4个，选择在地质条件较好、不受施工影响、通视良好的位置或利用已有、稳定的埋石点或墙上水准点，将整个线路分为几段，可采用附和或闭合水准路线，并应定期联测检查基准点的高差以检验其稳定性。

监测点的布设应最大程度地反映监测对象的实际状态及变化趋势，应沿基坑周边布置，对变形变化大的代表性部位应适当加密，边坡中部、阳角处应布置监测点，间距宜为20m左右。监测点的布置应不妨碍监测对象的正常工作，并尽量减少对施工作业的不利影响，监测标志应稳固、明显，便于观测。

2.2 五定原则 对于一般的基坑监测项目，其观测周期较长，应从基坑开挖前布设点位并获得初始值，直至基坑回填结束监测，累计观测次数达数十次之多。监测工作也是为了更好的指导施工，应根据监测方案及施工进度合理的进行监测，及时获取不同阶段的数据，反馈给各方。

施工现场往往是较为复杂的，基坑周边会堆放有各类施工材料，监测工作不能影响到正常的施工，这也对监测工作提出了更高的要求。在工作中，应更多地关注各次成果之间的相邻变化量与累计变化量，这就要求尽量减少观测误差的不确定性，使观测成果具有统一的趋向性，保证各次成果之间更具有可比性，使观测成果更真实。

工作中，一般遵循“五定原则”，即：点位要稳定，观测时间等环境要固定，观测仪器、设备要固定，观测人员要固定，观测路线和方法要固定。

2.3 其他要求 外业观测一般采用水准闭合路线或附和路线，即起闭于同一基准点或从一基准点出发，结束于另一基准点，也可采用支水准往返观测。观测中的注意事项应遵守水准测量的一般规定。

观测时，应使仪器与外界温度基本一致，减少温差造成的仪器轴系误差；经常检校仪器，i角不应大于15″；视线高不应过低，也不应为了增加读数而将标尺设于壕坑内；每一测段均应为偶数站，否则应加入标尺零点差改正；螺旋测微器，切准刻度线时，最后应为旋进方向；读数应在成像清晰稳定时进行，不应在折光影响较大、风力较大时进行。

3 成果整理

3.1 数据处理

3.1.1 整理原始记录，计算各点高程值 每次观测结束后，应及时检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，超限则应重测问题测段，直至满足限差要求，然后分配高差闭合差，计算出各监测点的高程。

3.1.2 计算监测点的数据变化量

①计算相邻两次变化量：本次变化量=上次实测高程-本次实测高程。

结果为正，说明该点沉降；结果为负，说明该点上升。

②计算累计变化量：累计变化量=上期累计变化量+本次变化量=初始值-本期实测高程。

将计算出的监测点本次变化量、累计变化量和监测日期等相关信息填入“监测成果表”中。若观测期间发生沉降异常，如累计变化量达到30mm，或连续2天变形速率达到3mm/d，则应及时通知相关单位，分析原因，采取措施。

3.2 生成曲线图 曲线图可以直观地反映出随着施工的推进各点的沉降变化，可以反映不同阶段的累计变化量及其变化速率。故一般项目均要求最终的监测报告应附有监测点竖向位移变化曲线图。

曲线图的生成可以借助专门开发的专业功能软件，此类软件较多，且操作及数据格式不尽相同，本文不多做介绍，或利用南方CASS地形地籍成图软件，对数据加以编辑也可生成符合要求的曲线图，或利用功能强大的Excel软件编辑生成曲线图。文献3对后两种方法有较详细的步骤介绍，本文推荐第3种方法，其操作简便、容易上手、不易出错，利用各点实测的各次累计变化量及对应的观测时间，通过调用Excel软件中的生成图表功能即可生成曲线图，但文献3中图2在编辑整饰上略有欠缺，可进一步通过整饰生成准确、美观的曲线图，见图1。

4 工程实例

本文以某选煤厂翻车机房基坑工程为例说明。基坑向下开挖12m，机头部分向下开挖18m，基坑侧壁安全等级为一级，布设边坡顶部竖向位移监测点16个，编号W1-W16，外业监测采用苏州一光DS05水准仪及配套的因瓦合金标尺按照二等水准的要求观测。基准点采用位于基坑西侧及北侧的选煤厂项目控制点K1、K2、K3，采用深埋混凝土预制桩，点位稳定性好，布设工作基点N1，东距基坑西边坡22米。

监测时间从2014.5.2至2014.11.12结束，共观测28次。期间定期联测基准点高程，共联测检查3次，成果表见表4。

可知，基准点整体稳定，沉降变化小，联测检查线路闭合差均在1mm以内，小于规范限差要求。

监测点亦采用水准闭合路线，起闭于工作基点N1，而N1与基准点间往返观测。监测点闭合路线共设站20，其闭合差Δl应不超过0.3■即1.34mm。经统计28次路线闭合差，最大为2.36mm，最小为0.22mm，详见表5。

从上表可知，80%的闭合差为1mm左右；因测站数较多及施工影响，15%的数据略超限，但均满足不超过2倍限差即2.68mm的极限差的精度要求。考虑到闭合差的分配及设站数，每点高程改正数小，最大不超过0.12mm。而对于一级基坑3mm/d的变化速率报警值，最终的观测精度也是满足要求的。

通过二等水准测量竖向位移监测的实施，辅以巡视检查，很好地指导了基坑的开挖与支护施工。期间没有发生较大沉降，以图1为例，仅在第9、10次出现了连续达5mm的沉降，经巡视检查发现点位北部2m处有一新鲜裂缝，并无较大发展，后经注浆喷护处理，整体趋于稳定，未出现达到报警值的情况，一直处于小幅度波动状态，这在基坑施工中是正常的。正是有了及时准确的监测数据，施工方合理的安排施工，及时施做底板及地下结构，并于11月份完成了基坑的回填工作。作为重点分项工程，也作为项目的样板工程，赢得了建设方和监理方的认可与好评。

5 结语

5.1 基坑安全，关乎财产与生命，应加强基坑周边的巡视检查。作为第三方监测单位，应取得专业资质，严格执行规范，确保成果质量，并对成果签字盖章确认。相关主管部门应加强监测单位的资质、人员审核，建议每年不定期对此类项目进行监测单位资质与人员的抽查。

5.2 方法与仪器的选择尤为重要。应本着“经济合理，技术先进”的原则选择合适的方法及仪器。对于一级基坑工程监测，采用二等水准是适宜的。

加强监测人员的技术培训及仪器检校，严格执行观测的“五定原则”，保证成果精度。若某测段成果超限，则应分析原因并及时进行补测。重视基准点的点位选择及定期联测检查，确保基准点数据的可靠性。

5.3 在监测过程中，应建立良好的与建设、监理、施工单位的沟通协调机制，做好对施工单位现场作业人员的技术交底，加强监测点位的保护，并建议将此项列入建设、监理单位的奖惩制度。若点位被破坏，应布设新点并做好成果的衔接处理。

5.4 严格执行经审批的监测方案，结合施工进度合理安排监测周期，做到不遗漏施工节点，通过监测成果客观反映出不同施工阶段的变化情况。达到报警值则应立即通知有关单位，如有必要，驻场加密观测，并会同有关单位采取措施。

参考文献：

[1]GB 50497-2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].

[2]JGJ 8-2007，建筑变形测量规范[S].

[3]桂小梅.浅谈沉降监测曲线图绘制的两种方法[J].测绘与空间地理信息，2011，34（1）：225-226.