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摘要：经济发展的同时，城市建设也在迅速发展，对地下空间的开发导致了大量的深基坑工程。文章首先介绍了现状，基坑变形的概述，产生的原因和工程具有的特点，据此进行基坑的三维变形监测。介绍了全站仪、深层沉降仪和测斜仪在三维变形监测中的应用和方法。最后介绍了现有仪器、方法在变形监测中的不足和问题。
关键词：深基坑；变形；观测；监测方法
基坑工程施工中对基坑监测及其周边相邻建筑物、道路、地下管线、隧道等保护对象进行沉降及水平位移监测，已越来越受到人们的重视和推广。在过去几年中，因深基坑工程开挖引起基坑变形、周边相邻建（构）筑物沉降，从而导致基坑坍塌、相邻建 （构）筑物开裂甚至倒塌的工程事故频发，造成了严重的人员伤亡事故和经济损失。深基坑的支护设计、施工及其监测已逐渐形成共识的系统施工工艺流程，且基坑监测是其中一个重要的组成部分，而施工场地变形监测作为基坑监测的一个重要内容越来越受到重视。因此，信息化施工将成为未来施工的显著特征之一。作为一个与复杂地质环境紧密相关的系统工程，及时的信息采集、分析、处理，既可以真实地反映基坑实际的运作状态，指导下一步的工作，又可以及时采取相应的措施。
一、基坑变形的概述
随着建筑行业施工的日益规范化，基坑工程开挖采用信息化施工必将成为一个发展趋势。基坑在开挖施工过程中由于受基坑土质、开挖深度及尺寸、周围荷载、支护系统及施工方法等诸多因素影响，变形将是不可避免的。尽量减少基坑开挖对周边环境的影响，对基坑周边建筑物、基坑土体及支护桩的位移等进行变形监测，尽可能的对它们在后续施工中的变形进行预测，了解其有无较大的不均匀沉降，以便采取有效的补救措施，是现代建筑基坑施工中面临的重要问题。
深基坑工程是综合性较高的一门学科，不仅涉及到测绘工程，还涉及到岩土工程、结构工程以及施工技术等多学科的相互交叉，是多种复杂因素交互影响的系统工程。
二、基坑变形的机理
基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起和基坑周围地层位移。基坑周围地层移动是基坑工程变形控制设计的首要问题。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，由于卸载而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧土压力差的作用下而产生水平位移， 因此产生基坑周围地层位移，而坑底土体隆起和围护结构的位移是引起周围地层移动的主要原因。
三、深基坑工程特点
根据建设部建质 200987 号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：深基坑一般是指开挖深度超过 5 米（含 5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过 5 米，但地质条件、周围环境及地下管线特别复杂的工程。其特点归纳起来主要有以下几个方面：
（1）基坑支护体系是临时性的结构，其安全储备较小，具有较大的风险性。基于此特点，基坑工程在施工过程中应进行监测，并制定相应的应急措施，一旦在施工过程中出现险情，必需及时进行抢救，确保工程和施工人员的安全。
（2）基坑工程具有很强的区域性。不同地基土的地质条件和水文条件不同，相应的基坑工程差异性也很大。而且，在同一城市的不同区域基坑工程也有很大差异。因此，基坑工程的支护体系设计、施工以及基坑开挖都要因地制宜，而不能照搬外地经验。
（3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计、施工和基坑开挖的相关影响因素有很多，比如，工程地质条件、水文条件、基坑周边的建筑物、道路、地下管线等。这些因素在设计及施工过程中，都应该考虑到，以免造成安全事故或者破坏周边的已有建筑物或设施。由此可见基坑工程具有很强的个性。因此，如何对基坑工程进行分类、如何规定统一的支护结构变形容许值标准对，在目前来说是比较困难的。
（4）基坑工程综合性强。基坑工程是一项综合性的岩土工程，不仅包含岩土工程知识，还包含了结构力学、水力学、计算理论、测试技术、施工机械及技术等多学科的综合知识。
（5）基坑工程具有较强的时空效应。对支护体系的变形和稳定性有大较大影响的因素主要有基坑的平面形状及基坑深度。此外，也需要对地基土体的蠕变性加以关注和研究，特别是软粘土的蠕变效应。在蠕变效应的作用下，随着时间的推移地基土体强度降低，土坡稳定性变小变得易于发生失稳破坏。所以必需重视基坑工程的时空效应带来的不良影响。
（6）基坑工程是系統工程。基坑工程由支护体系设计、施工以及基坑开挖三部分组成。基坑开挖的施工组织是否合理将对支护体系能否成功支撑住基坑边、安全稳定地运行产生重要影响。不合理的基坑开挖顺序以及过快的开挖速度都可能引起主体结构桩基变位、造成支护结构变形过大，甚至引起支护体系失稳而导致破坏，引发工程事故。同时在施工过程中，应加强对支护结构变形的监测，密切关注支护结构的工作情况，一旦出现异常情况能够及时发现和采取应急补救措施。
（7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖必然会引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变，从而导致周围地基土体产生变形，并对周围建筑物、道路和地下管线产生影响，甚至影响其正常使用或安全。此外，大量土方外运也将对城市交通、路面卫生和弃土点环境产生影响，施工过程中产生的施工噪音也会对附近居民产生影响。
四、基坑的三维变形监测
4.1 利用全站仪进行三维变形监测
4.2利用深层沉降仪进行变形监测
深层沉降仪的组成
深层沉降仪是用来精确测量深基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析，可以确定各土层的沉降（或隆起）结果。 4.2.1磁性沉降标的安装
（1）用钻机在场地中预定位置钻孔（实际布设孔位时要注意避开墙柱轴线），根据各个测点的不同观测目的，考虑到上部结构的重量分布及结构形式以及实际土压力影响深度，综合取定各孔深尺寸及沉降标在孔中的埋设位置。
（2）用PVC塑料管作为磁性探头的通道（称为导管），导管两端设有底盖和顶封，将第一个磁性圆环安装在塑料管的端部，放入钻孔中，待端部抵达孔底时，将磁性圆环上的卡爪弹开。由于卡爪打开后无法收回，故这种磁性环是一次性的，不能重复使用，安装时必须格外小心。
（3）将需安装的磁性圆环套在塑料管上，依次放大孔中预定深度。确认磁性环位置正确后，弹开卡爪。测量点位要综合考虑基底压力影响深度曲线和地质勘探报告中有关土层的分布情况。
（4）固定探头导管，将导管与钻孔之间的空隙用砂填实。
（5）固定孔口，制作钢筋混凝土孔口保护圈。
（6）测量孔口标高3次，以平均值作为孔口稳定标高。测量各磁性圆环的初始位置（标高）3次，以平均值作为各环所在位置的稳定标高。
4.2.2 磁性沉降标的测量
（1）在深层沉降标孔口做出醒目标志，严密保护孔口。将孔位统一编号，以与测量结果对应。
（2）根据基坑施工进度，随时调整孔口标高。每次调整孔口标高前后，均须分别测量孔口标高和各磁性环的位置。
（3）每次基坑有较大的荷载变化前后，亦须测量磁性环位置。
4.3 利用测斜仪进行变形监测
测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，可以用来测量单向位移，也可以测量双向位移，再由2个方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。
测斜管的埋设：
（1）在預定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。
（2）将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放到钻孔内。安装测斜管时，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。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。
（3）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。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。
（4）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。
5.当前监测存在的问题
（1）国内监测仪器和传感器通常难以满足实际工程监测的稳定性和耐久性需求，而国外进口监测仪器和传感器的价格昂贵，低价竞争导致各单位对仪器和技术的资金投入较少，不利于监测技术的提高。
（2）基坑工程的施工监测技术方案尚无统一的可操作性强的技术规定，监测内容、监测仪器及精度要求、监测频率、数据报表等都较为随意 ，急需制定地区或全国性的规程或标准。
（3）对较多监测内容警戒值的确定还缺乏统一的定量化指标和判别准则，限制和消弱了对可能出现的险情提出警报。
（4）传统仪器如全站仪已渐渐不能满足实际需求，需要新的技术、方法、仪器来完善现有监测存在的不足和问题。
6 参考文献
[1]冯梅，朱怀汝，全站仪在深基坑变形检测中的应用，测绘与空间地理信息，2011.34（5），237-239
[2]秦日松，深基坑工程由施工引起的基坑变形控制及预测研究，天津大学，2011
[3]陈必盛，某基坑变形监测与分析，西部探矿工程，2012，10，1-2
[4]李天德，基坑变形预测的神经网络法研究，天津大学，2011
[5]李妍妍，深基坑变形预测的研究历史与进展，科技信息
[6]刘建航，侯学渊，基坑工程手册，北京：中国建筑工程出版社，1997.4
[7]赵长岭，浅议基坑变形及其监测，农业纵横，2012（7），49-50
[8]张慧，韩春光，深基坑变形观测方法，技术与市场，2013，20（2），57
[9]刘艳军，孙敦本，深基坑变形控制研究进展，四川建筑科学研究，2011，37（1），119-120
[10]李晓金，深基坑变形监测的分析和研究，工程技术，243-244
[11]薛必芳，深基坑的变形分析及控制措施，山西建筑，2008，34（33），91-92
[12]朱浩民，民用建筑物变形观测方法的研究，科技传播，2010（13）
关键词：深基坑；变形；观测；监测方法
基坑工程施工中对基坑监测及其周边相邻建筑物、道路、地下管线、隧道等保护对象进行沉降及水平位移监测，已越来越受到人们的重视和推广。在过去几年中，因深基坑工程开挖引起基坑变形、周边相邻建（构）筑物沉降，从而导致基坑坍塌、相邻建 （构）筑物开裂甚至倒塌的工程事故频发，造成了严重的人员伤亡事故和经济损失。深基坑的支护设计、施工及其监测已逐渐形成共识的系统施工工艺流程，且基坑监测是其中一个重要的组成部分，而施工场地变形监测作为基坑监测的一个重要内容越来越受到重视。因此，信息化施工将成为未来施工的显著特征之一。作为一个与复杂地质环境紧密相关的系统工程，及时的信息采集、分析、处理，既可以真实地反映基坑实际的运作状态，指导下一步的工作，又可以及时采取相应的措施。
一、基坑变形的概述
随着建筑行业施工的日益规范化，基坑工程开挖采用信息化施工必将成为一个发展趋势。基坑在开挖施工过程中由于受基坑土质、开挖深度及尺寸、周围荷载、支护系统及施工方法等诸多因素影响，变形将是不可避免的。尽量减少基坑开挖对周边环境的影响，对基坑周边建筑物、基坑土体及支护桩的位移等进行变形监测，尽可能的对它们在后续施工中的变形进行预测，了解其有无较大的不均匀沉降，以便采取有效的补救措施，是现代建筑基坑施工中面临的重要问题。
深基坑工程是综合性较高的一门学科，不仅涉及到测绘工程，还涉及到岩土工程、结构工程以及施工技术等多学科的相互交叉，是多种复杂因素交互影响的系统工程。
二、基坑变形的机理
基坑变形包括支护结构变形、坑底隆起和基坑周围地层位移。基坑周围地层移动是基坑工程变形控制设计的首要问题。基坑的开挖过程是基坑开挖面上卸载的过程，由于卸载而引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧土压力差的作用下而产生水平位移， 因此产生基坑周围地层位移，而坑底土体隆起和围护结构的位移是引起周围地层移动的主要原因。
三、深基坑工程特点
根据建设部建质 200987 号文关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法的通知》规定：深基坑一般是指开挖深度超过 5 米（含 5 米）或地下室三层以上（含三层），或深度虽未超过 5 米，但地质条件、周围环境及地下管线特别复杂的工程。其特点归纳起来主要有以下几个方面：
（1）基坑支护体系是临时性的结构，其安全储备较小，具有较大的风险性。基于此特点，基坑工程在施工过程中应进行监测，并制定相应的应急措施，一旦在施工过程中出现险情，必需及时进行抢救，确保工程和施工人员的安全。
（2）基坑工程具有很强的区域性。不同地基土的地质条件和水文条件不同，相应的基坑工程差异性也很大。而且，在同一城市的不同区域基坑工程也有很大差异。因此，基坑工程的支护体系设计、施工以及基坑开挖都要因地制宜，而不能照搬外地经验。
（3）基坑工程具有很强的个性。基坑工程的支护体系设计、施工和基坑开挖的相关影响因素有很多，比如，工程地质条件、水文条件、基坑周边的建筑物、道路、地下管线等。这些因素在设计及施工过程中，都应该考虑到，以免造成安全事故或者破坏周边的已有建筑物或设施。由此可见基坑工程具有很强的个性。因此，如何对基坑工程进行分类、如何规定统一的支护结构变形容许值标准对，在目前来说是比较困难的。
（4）基坑工程综合性强。基坑工程是一项综合性的岩土工程，不仅包含岩土工程知识，还包含了结构力学、水力学、计算理论、测试技术、施工机械及技术等多学科的综合知识。
（5）基坑工程具有较强的时空效应。对支护体系的变形和稳定性有大较大影响的因素主要有基坑的平面形状及基坑深度。此外，也需要对地基土体的蠕变性加以关注和研究，特别是软粘土的蠕变效应。在蠕变效应的作用下，随着时间的推移地基土体强度降低，土坡稳定性变小变得易于发生失稳破坏。所以必需重视基坑工程的时空效应带来的不良影响。
（6）基坑工程是系統工程。基坑工程由支护体系设计、施工以及基坑开挖三部分组成。基坑开挖的施工组织是否合理将对支护体系能否成功支撑住基坑边、安全稳定地运行产生重要影响。不合理的基坑开挖顺序以及过快的开挖速度都可能引起主体结构桩基变位、造成支护结构变形过大，甚至引起支护体系失稳而导致破坏，引发工程事故。同时在施工过程中，应加强对支护结构变形的监测，密切关注支护结构的工作情况，一旦出现异常情况能够及时发现和采取应急补救措施。
（7）基坑工程具有环境效应。基坑开挖必然会引起周围土体地下水位的变化和应力场的改变，从而导致周围地基土体产生变形，并对周围建筑物、道路和地下管线产生影响，甚至影响其正常使用或安全。此外，大量土方外运也将对城市交通、路面卫生和弃土点环境产生影响，施工过程中产生的施工噪音也会对附近居民产生影响。
四、基坑的三维变形监测
4.1 利用全站仪进行三维变形监测
4.2利用深层沉降仪进行变形监测
深层沉降仪的组成
深层沉降仪是用来精确测量深基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析，可以确定各土层的沉降（或隆起）结果。 4.2.1磁性沉降标的安装
（1）用钻机在场地中预定位置钻孔（实际布设孔位时要注意避开墙柱轴线），根据各个测点的不同观测目的，考虑到上部结构的重量分布及结构形式以及实际土压力影响深度，综合取定各孔深尺寸及沉降标在孔中的埋设位置。
（2）用PVC塑料管作为磁性探头的通道（称为导管），导管两端设有底盖和顶封，将第一个磁性圆环安装在塑料管的端部，放入钻孔中，待端部抵达孔底时，将磁性圆环上的卡爪弹开。由于卡爪打开后无法收回，故这种磁性环是一次性的，不能重复使用，安装时必须格外小心。
（3）将需安装的磁性圆环套在塑料管上，依次放大孔中预定深度。确认磁性环位置正确后，弹开卡爪。测量点位要综合考虑基底压力影响深度曲线和地质勘探报告中有关土层的分布情况。
（4）固定探头导管，将导管与钻孔之间的空隙用砂填实。
（5）固定孔口，制作钢筋混凝土孔口保护圈。
（6）测量孔口标高3次，以平均值作为孔口稳定标高。测量各磁性圆环的初始位置（标高）3次，以平均值作为各环所在位置的稳定标高。
4.2.2 磁性沉降标的测量
（1）在深层沉降标孔口做出醒目标志，严密保护孔口。将孔位统一编号，以与测量结果对应。
（2）根据基坑施工进度，随时调整孔口标高。每次调整孔口标高前后，均须分别测量孔口标高和各磁性环的位置。
（3）每次基坑有较大的荷载变化前后，亦须测量磁性环位置。
4.3 利用测斜仪进行变形监测
测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，可以用来测量单向位移，也可以测量双向位移，再由2个方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。
测斜管的埋设：
（1）在預定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。
（2）将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放到钻孔内。安装测斜管时，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。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。
（3）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。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。
（4）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。
5.当前监测存在的问题
（1）国内监测仪器和传感器通常难以满足实际工程监测的稳定性和耐久性需求，而国外进口监测仪器和传感器的价格昂贵，低价竞争导致各单位对仪器和技术的资金投入较少，不利于监测技术的提高。
（2）基坑工程的施工监测技术方案尚无统一的可操作性强的技术规定，监测内容、监测仪器及精度要求、监测频率、数据报表等都较为随意 ，急需制定地区或全国性的规程或标准。
（3）对较多监测内容警戒值的确定还缺乏统一的定量化指标和判别准则，限制和消弱了对可能出现的险情提出警报。
（4）传统仪器如全站仪已渐渐不能满足实际需求，需要新的技术、方法、仪器来完善现有监测存在的不足和问题。
6 参考文献
[1]冯梅，朱怀汝，全站仪在深基坑变形检测中的应用，测绘与空间地理信息，2011.34（5），237-239
[2]秦日松，深基坑工程由施工引起的基坑变形控制及预测研究，天津大学，2011
[3]陈必盛，某基坑变形监测与分析，西部探矿工程，2012，10，1-2
[4]李天德，基坑变形预测的神经网络法研究，天津大学，2011
[5]李妍妍，深基坑变形预测的研究历史与进展，科技信息
[6]刘建航，侯学渊，基坑工程手册，北京：中国建筑工程出版社，1997.4
[7]赵长岭，浅议基坑变形及其监测，农业纵横，2012（7），49-50
[8]张慧，韩春光，深基坑变形观测方法，技术与市场，2013，20（2），57
[9]刘艳军，孙敦本，深基坑变形控制研究进展，四川建筑科学研究，2011，37（1），119-120
[10]李晓金，深基坑变形监测的分析和研究，工程技术，243-244
[11]薛必芳，深基坑的变形分析及控制措施，山西建筑，2008，34（33），91-92
[12]朱浩民，民用建筑物变形观测方法的研究，科技传播，2010（13）