1.概述

 

　　随着经济的发展和社会的进步，城市中的高层结构工程越来越多，这些工程建筑是城市的一道景观。建筑工程在使用的过程中，基础和地基所承受的荷载越来越重，周边建筑物及基坑施工安全也显得越来越重要，地基和基础的变形也不可避免，常见的变形包括倾斜、裂缝和沉降。如果这些变形超过一定的限度，就会影响到它的使用功能，严重时会危及建筑物的安全，造成重大人身财产安全的损失。因此在建筑物施工和管理阶段，都要对其进行变形观测，通过观测获得的数据，进行变形分析。如果发现异常变形，应及时采取有效措施，把危险降到最低。

 

　　不同的工程、不同的地质情况以及不同的基础形式，所采用的维护措施是不同的。在基坑开挖的过程中，应及时掌握基坑的位移变形情况，对可能出现的工程隐患应及时汇报并采取相应的措施，避免发生重大安全事故，减少事故带来的经济损失和社会影响。因此，对地基和基础进行变形监测是非常有必要的，它是保证基础安全施工必不可少的一个环节。

 

　　2.监测内容和方法

 

　　对于变形监测，首先要看建筑物所在区域地下水位深浅以及相邻建筑物的远近，来决定是否需要进行地下水位和相邻建筑物变形的监测。建筑物变形监测主要有，建筑物的地基基础沉降观测、建筑物基础和本身的倾斜观测与建筑物的裂缝观测，还有坑底土体隆起基坑周围土体水平位移。对建筑物进行观测之前，首先要埋设监测点，在基坑或者高层建筑物顶面布设观测点，采用f20球形顶端的钢质标志，上面刻有十字细槽。

 

　　（一）建筑物的基础沉降是变形监测的主要内容，既要有每日的日沉降量，又要有沉降速率和沉降变化曲线。水准点的选择应该距离建筑物不小于基坑深度的2倍。同时周围还要不受其他施工和人为的破坏，保证其稳定不变形。沉降观测点一般设在房屋的四周，必要时还要在房子的关键点部位布设。在建筑物的转角和裂缝两侧必须布置观测点。沉降观测常采用的是水准观测，一般精密水准仪读数到0.1mm，毫米级是准确的，0.1mm是估读的。监测过程中必须在相同的环境条件下，有相同的观测人员，按照相同的观测方法，采用相同的观测仪器，对测点进行不间断的观测，采集数据。

 

　　（二）建筑物的倾斜观测也是变形监测的重要组成部分，其中包括基础和建筑本身的倾斜观测。对于建筑物本身的倾斜观测，一般在建筑物上设置两个观测标志，而且要测出两点的高差h。尽量保证两点连线与地面垂直。在观测当中，测出标志中心位置的水平距离D，则倾斜率为i=D/h。倾斜观测最常采用的方法包括前方交会法、小角法、倾斜仪法、基础差异沉降推算法和经纬仪投点法。

 

　　（三）建筑物裂缝观测包括裂缝的大小、位置、倾斜方向、深度及是否具有继续扩大的趋势等。裂缝观测可以用智能裂缝宽度观测仪。需要观测的裂缝应该统一编号，防止混淆，每条裂缝应该至少布置两组观测标志，一组在裂缝末端，令一组在裂缝最宽的部位，而每组观测标志应该设在裂缝的两侧。对于裂缝少、量测方便的建筑物，可以采用比例尺、小钢尺或者游标卡尺等工具定期量测标志的距离，进而求得裂缝变化值。

 

　　（四）地下水位监测也必不可少。对水位的测量可以采用水位测量仪。地下水位变化也会影响到基坑的沉降和变形，同时也会影响施工进度。水位的上升，水压强势必增大，基坑附近土的不稳定性也会增加。

 

　　3.监测频率和报警值

 

　　在基坑开挖期间，正常监测频率为1次/天。如果遇到变形突然增大，大于变形报警值的1/2且持续发生变形时，应加大监测频率，增加到2次/天。当遇到连续降雨，基坑被长时间浸泡，也需要加密观测次数，具体情况按照当时降雨量和地下水位而定。当基础底板施工完毕后，可以适当减少观测频率，一般1次/3天。等基坑土回填后，可停止对基坑的监测。首先要确定基坑的安全等级，然后才能确定基坑变形报警值。当水平位移量大于3mm/d，并且有扩大趋势时，应及时报警。当基坑沉降接近5mm/d，应引起重视。如果发现有继续扩大的趋势应报告给相关部门，进而采取应急措施，排除安全隐患，保证施工顺利进行。

 

　　4.数据的整理与分析

 

　　在变形观测中，用搜集到的数据来研究建筑地基和基坑的变形规律和特征是变形观测的另一主要内容，它是整个监测工作不可缺少的部分。在基坑监测过程中，应该根据施工进度情况提交阶段性的监测报告。当工程结束时，提交完整的监测报告。监测报告一般包括该项目的工程概况、监测项目、各测点的布置位置图和编号、采用何种仪器进行观测、观测原理和方法、数据的处理方法和变形曲线等。在每次观测结束后，应及时检查记录的准确性，如精度是否合格，数据是否齐全等。通过监测所得到的数据应进行及时处理，画出“填土高度—沉降图”和基坑的“水平位移—深度图”。通过对监测数据的变形分析，指导建筑施工。数据的预测是为以后建筑施工积累经验。预测方法有很多种，其中沉降数据有曲线拟合、皮尔预估模型、GM(1，1)预估模型、神经网络模型、遗传算法。采用科学的预测方法处理实测资料，有助于准确地预测沉降，从而使后期施工组织安排达到最优化，具有一定的经济效益。各种预测方法如下：

 

　　（1）曲线拟合法

 

　　该方法属于经验方法，即采用与沉降预测曲线相似的曲线进行拟合，然后外延求出后期沉降量。常用的方法有：对数曲线法、双曲线法等。

 

　　（2）灰色系统法

 

　　灰色系统法预测的基本思路是：把随时间变化的一随机正的数据列，通过适当的方式累加，使之变成非负递增的数据列，用适当的方式逼近，以此曲线作为预测模型，对系统进行预测。

 

　　（3）人工神经网络法

 

　　基坑沉降受多种因素的影响和制约，其变化的自然规律很难用一个显式的数学公式予以表示。而人工神经网络是这一领域的一个突破，该方法视传统函数的自变量和因变量为输入和输出，将传统的函数关系转化为高维的非线性映射，而不是显式的数学表达式。该方法在处理非线性问题上，具有独特的优越性。

 

　　（4）遗传算法

 

　　建筑基坑沉降非线性模型的参数识别实质上是一个优化问题，而建立在种群遗传和自然选择的基础上，模拟了自然界“物竞天择，适者生存”的遗传算法是处理复杂优化问题的理想方法。遗传算法在整个操作过程中，同时控制着一个解群，而不是局限于一个点，这就大大提高了搜索效率，并避免陷入局部极值；求解时，不计算目标函数的微分，故对目标函数和约束条件没有苛刻要求，这在处理高度非线性问题方面与传统方法比较，具有明显的优势。

 

　　在数据处理时应选择有实际意义的数据，在实际的变形预测中，并不单纯地依赖某一种方法，了解每一种计算方法的原理、优缺点和计算结果的精度，在实际的运用过程中灵活地选择。

 

　　5.总结

 

　　在建筑基坑施工过程中，运用各种仪器观测基坑的沉降、水平位移、裂缝等变形内容，并采用曲线拟合、小波分析、灰色系统等预测方法进行数据预测，指导施工，为以后施工和设计积累经验。在基坑开挖过程中，需要各个部门高度重视和密切配合，积极认真对待，才能保证施工顺利进行。

 

　　参考文献：

 

　　[1]夏才初，潘国荣.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

 

　　[2]刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

 

　　[3]GB50007-2002建筑地基基础设计规范[S].

 

　　[4]JGJ/T8-97建筑变形测量规程[S].