變形監(jiān)測技術與應用10章

1、第10章 基坑工程施工監(jiān)測,主要內(nèi)容,概述監(jiān)測內(nèi)容及方法監(jiān)測技術設計監(jiān)測數(shù)據(jù)整理與分析基坑監(jiān)測實例,10.1 概述,基坑在開挖過程中，開挖區(qū)的自然狀態(tài)發(fā)生了變化，基坑內(nèi)外的土體也由原來靜止的土壓力狀態(tài)向被動和主動的土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應力狀態(tài)的改變首先引起基坑支護結(jié)構承受荷載而內(nèi)力發(fā)生改變，其次引起坑內(nèi)土體隆起、基坑支護結(jié)構及其周圍土體的側(cè)向位移和沉降，如果內(nèi)力和變形的量值超過允許的范圍，將導致基坑的失穩(wěn)甚至破壞。目前的基坑工程主

2、要集中在城市，基坑周圍有較多的地上和地下建構筑物，地上的建構筑物相當于龐大的集中荷載，加劇基坑內(nèi)外土體的變形，土體的過大變形又促使地上和地下建構筑物產(chǎn)生較大的變形甚至破壞，如地上建構筑物的傾斜、裂縫和地下管線的破裂等。,監(jiān)測目的,（1）保證基坑支護結(jié)構和鄰近建筑物的安全；（2）驗證設計所采取的各種假設和參數(shù)，并進行及時的修正和完善 ；（3）不斷積累工程經(jīng)驗，提高基坑工程設計和施工的水平。,10.2 監(jiān)測內(nèi)容及方法,監(jiān)測內(nèi)容,基坑工程

3、施工監(jiān)測的對象主要為圍護結(jié)構和周圍環(huán)境兩大部分；圍護結(jié)構包括圍護樁墻、水平支撐、圍檁和圈梁、立柱、坑底土層和坑內(nèi)地下水等；周圍環(huán)境包括周圍土層、地下管線、周圍建筑和坑外地下水等；各個監(jiān)測對象包含不同的監(jiān)測內(nèi)容，需要使用相應的監(jiān)測儀器和儀表。,表10.1 基坑工程施工監(jiān)測的內(nèi)容,表10.1 基坑工程施工監(jiān)測的內(nèi)容,圍護樁墻頂水平位移監(jiān)測,水平位移監(jiān)測方法有極坐標法、前方交會法、視準線法等多種，由于全站儀的普及及應用，目前也可以采

4、用全站儀坐標測量功能直接測定測點的坐標，并通過測點的坐標計算相鄰周期的位移量和累積位移量?；娱_挖前，測點坐標應至少連續(xù)觀測2次，取無明顯差異結(jié)果的平均值作為坐標初始值。為了充分描述基坑的變形情況，便于施工監(jiān)理和施工單位的理解和把握，位移的方向一般確定為基坑的縱橫軸線方向。,基坑沉降監(jiān)測的目的首先是為了保證基坑的施工安全，因此必須具有較高的監(jiān)測精度。目前，精密水準測量方法廣泛應用于基坑的沉降監(jiān)測。測量時，一般自工作基點經(jīng)過各個監(jiān)

5、測點形成一條或多條閉合路線，如果特殊點位只能采用支水準路線進行監(jiān)測，應進行往返測量，往返高差之差也應滿足精密水準測量相應的觀測要求。,圍護樁墻頂沉降監(jiān)測,深層水平位移監(jiān)測,深層水平位移指基坑圍護樁墻和土體在不同深度上的水平位移，通常采用測斜儀測量。測斜儀由測斜管、測斜探頭、連接電纜和測讀儀組成。測斜管一般在基坑開挖前埋設于圍護樁墻和土體內(nèi)，根據(jù)其制造材料可分為塑料（PVC）和鋁合金兩種；測斜探頭是傾角傳感元件，其外觀為細長金屬魚雷

6、狀，上、下兩端配有兩對滑輪。連接電纜是連接測斜探頭和測讀儀的一條導線，它具有四個作用：作為提升和下放探頭的繩索、作為探頭的深度尺、向探頭供應電源、向測讀儀傳遞測量信息。測讀儀是測斜儀探頭的二次儀表，以傾斜角或其正弦值顯示探頭的測量信息。,圖10-1 測斜儀種類,測斜管埋設,測斜管有綁扎埋設和鉆孔埋設兩種方式。綁扎埋設是將測斜管在現(xiàn)場組裝后綁扎在樁墻鋼筋籠上，隨鋼筋籠一起下到孔槽內(nèi)，并將其澆筑在混凝土中，澆筑前應封好管底底蓋并在測

7、斜管內(nèi)注滿清水，防止測斜管在澆筑混凝土時浮起，防止水泥沙漿滲入管內(nèi)。鉆孔埋設是預先在土層中鉆孔，孔徑略大于測斜管的外徑，將測斜管封好底蓋逐節(jié)組裝逐節(jié)下放到鉆孔內(nèi)，同時在測斜管內(nèi)注滿清水，直到放到預定的標高，隨后在測斜管與鉆孔之間回填細砂和水泥與粘土拌合的材料固定測斜管，用清水將測斜管沖洗干凈。埋設時應避免測斜管的縱向旋轉(zhuǎn)，管節(jié)連接時應將上、下管節(jié)的滑槽嚴格對準，測斜管的一對凹槽與欲測量的位移方向一致，為確認測斜管的導槽是否暢通，可先

8、用探頭模型放入測斜管滑行一次。,基坑回彈監(jiān)測,基坑開挖后，由于卸除地基土自重，引起基坑底面及坑外一定范圍內(nèi)土體相對于開挖前的回彈變形，稱基坑回彈。深大基坑土體的回彈量對基坑本身和鄰近建筑物將產(chǎn)生一定的影響?；踊貜椏刹捎没貜棻O(jiān)測標和深層沉降標進行監(jiān)測，如果進行分層沉降監(jiān)測，當分層沉降環(huán)埋設于基坑開挖面以下時，監(jiān)測到的土層隆起也相當于基坑回彈量。,圖10-2 回彈監(jiān)測標,回彈監(jiān)測標埋設和觀測,采用鉆孔法，鉆桿外徑與標志的直徑相適應。

9、鉆至基坑設計標高以下20cm時，將回彈監(jiān)測標旋入鉆桿下端，沿鉆孔緩慢放到孔底，并壓入孔底土中40~50cm，此時回彈標尾部已被壓入土中，旋開鉆桿使回彈標脫離鉆桿，提起鉆桿。放入輔助測桿，用輔助測桿上的測頭進行水準測量，確定回彈標頂面高程。測完后，將輔助測桿、保護管（套管）提出地面，用砂或素土將鉆孔回填，為開挖后方便地找到回彈標，可先用白灰回填5cm左右?；貜棻O(jiān)測不應少于三次，具體安排是：第一次在基坑開挖之前，第二次在基坑挖好之后，

10、第三次在澆灌基礎混凝土之前。當基坑挖完至基礎施工的間隔時間太長時，應適當增加監(jiān)測次數(shù)。,土體分層沉降監(jiān)測,土體分層沉降是指地表以下不同深度土層內(nèi)點的沉降或隆起，通常用磁性分層沉降儀測量。磁性分層沉降儀由對磁性材料敏感的探頭、埋設于土層中的分層沉降管和鋼環(huán)、帶刻度標尺的導線以及電感探測裝置組成。分層沉降管由波紋狀柔性塑料管制成，管外每隔一定的距離安放一個鋼環(huán)，土層分層沉降時鋼環(huán)也同步沉降。,磁性分層沉降儀測量原理,分層沉降管和鋼環(huán)的埋

11、設,分層沉降管和鋼環(huán)應采用鉆孔法在基坑開挖前預先埋設。先在預定位置鉆孔，取出的土分層分別堆放，當孔底標高略低于欲測量土層的標高時，提起套管30~40cm，然后將引導管逐節(jié)連接并放入到孔底監(jiān)測點位置。引導管放好后，用膨脹粘土球填充引導管與孔壁間的縫隙，并搗實到最低的沉降環(huán)位置，再用一只鉛質(zhì)開口送筒裝上沉降環(huán)，套在引導管上并送至預埋位置，再用直徑5cm的硬質(zhì)塑料管把沉降環(huán)推出并壓入土中，彈開沉降鋼環(huán)卡子，使沉降環(huán)的彈性卡子牢固地嵌入土中

12、，提起套管至待埋沉降環(huán)位置以上30~40cm ，當鉆孔內(nèi)回填該層土球至要埋的沉降環(huán)標高處，再用如上步驟推入上一個標高的沉降環(huán)，直至全部埋完。固定孔口，做好孔口的保護裝置。,觀測方法,測量時，當探頭從引導管緩慢下放到預埋的沉降環(huán)時，電感探測裝置上的蜂鳴器發(fā)出叫聲，此時根據(jù)測量導線上的標尺在孔口的刻度以及孔口的標高，可計算沉降環(huán)所在位置的標高，測量精度可達±1mm。沉降環(huán)埋好后，就可以測量孔口標高和各個沉降環(huán)的初始標高，用各個

13、沉降環(huán)的初始標高減去基坑開挖過程中測得的標高，獲得各土層在施工過程中的沉降或隆起。,支擋構件內(nèi)力監(jiān)測,采用鋼筋混凝土材料制作的基坑支擋構件，其內(nèi)力或軸力通常是在鋼筋混凝土中埋設鋼筋計，通過測定構件受力鋼筋的應力或應變，根據(jù)鋼筋與混凝土的變形協(xié)調(diào)原理進行計算。 鋼筋計主要有鋼弦式和電阻應變式兩種，二次儀表分別用頻率計和電阻應變儀。,（a）鋼筋應力計布置 （b）鋼筋應變計布置圖10-4 鋼筋計的布置

14、,10.3 監(jiān)測技術設計,準備工作,通過個人接觸和會議等形式，與建設單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位進行溝通和協(xié)調(diào)，聽取他們對基坑監(jiān)測的意見和要求，爭取他們對基坑監(jiān)測工作的支持。收集工程地質(zhì)勘察報告、基坑支護結(jié)構設計圖、工程主體結(jié)構設計圖、施工區(qū)地形圖或平面圖、綜合管線圖、基坑施工組織設計等，并組織主要監(jiān)測人員進行認真分析和研究?，F(xiàn)場踏勘和調(diào)查，掌握開挖區(qū)周圍地面建構筑物和地下管線的狀況，根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容考慮監(jiān)測點的布置和確定監(jiān)測技術

15、方法等系列問題。,技術設計的內(nèi)容,工程概況；監(jiān)測內(nèi)容的確定；監(jiān)測點位的布設；監(jiān)測儀器儀表的選擇和監(jiān)測方法、精度的確定；監(jiān)測頻率和期限的確定；預警值和報警制度的制定等。技術設計初稿必要時可征求有關方的意見并進行修改，當通過有關各方認定后，具體實施中一般不作大的變動，但可以根據(jù)具體情況作局部調(diào)整。,監(jiān)測內(nèi)容的確定,基坑施工監(jiān)測的內(nèi)容見表10.1。對一個具體的基坑工程，監(jiān)測內(nèi)容應根據(jù)具體情況而定，主要取決于工程的設計要求、地質(zhì)條件、規(guī)模大

16、小、周圍環(huán)境以及建設單位的要求等；表10.2是國家行業(yè)標準《建筑基坑支護技術規(guī)程》JGJ120-99規(guī)定的基坑側(cè)壁安全等級，以及據(jù)此等級確定的監(jiān)測內(nèi)容。,表10.2 基坑工程安全等級及監(jiān)測內(nèi)容,注：1. 一級、二級、三級分別表示破壞后果很嚴重、一般、不嚴重。2. ●應測；○宜測；?可測。,監(jiān)測點位的布設,（1）樁墻頂水平位移和沉降測量點分為基準點、工作基點和監(jiān)測點。監(jiān)測點一般布設在圍護結(jié)構混凝土圈梁上和水泥攪拌樁、放坡開挖時的

17、上部壓頂上，要求既不易被破壞，又能真實反映基坑的變形，當基坑有支撐時，監(jiān)測點一般布設在兩根支撐的跨中。監(jiān)測點可采用鉚釘槍打入鋁釘或鉆孔埋設膨脹螺絲，測點間距一般取8~15m，可以等距離布設，也可以根據(jù)場地堆載、通視條件等具體情況不等距離布設，對于水平位移變化劇烈的區(qū)域應適當增加點數(shù)。采用全站儀進行監(jiān)測時，監(jiān)測標志的直徑與儀器基座底孔的直徑接近，方便于強制安裝反射棱鏡，提高監(jiān)測精度。沉降監(jiān)測點標志可與水平位移監(jiān)測點標志分開布置，也可

18、以共用。立柱樁上方一般要布設監(jiān)測點，對多根支撐交匯的以及用作施工棧橋處的立柱樁應重點監(jiān)測。,（2）深層水平位移深層水平位移監(jiān)測點的點位與數(shù)量根據(jù)設計和工程需要確定。一般來說，基坑的短邊中間部位應布設一個監(jiān)測點，長邊上應每隔30m左右布設一個監(jiān)測點。監(jiān)測深度一般與圍護樁墻深度一致，深度方向的測點間距一般取0.5~1.0m。,（3）基坑回彈基坑回彈監(jiān)測點根據(jù)基坑形狀及地質(zhì)條件布設，以最少的點數(shù)測出所需各縱橫面回彈量為原則，可利用回彈

19、變形的近似對稱特性布點。基坑中央和距離坑底邊緣約1/4坑底寬度處應布點，方形、圓形基坑可按單向?qū)ΨQ布點，矩形基坑可按縱橫向?qū)ΨQ布點，復合矩形基坑可多向布點。對基坑外的監(jiān)測點，應在所選坑內(nèi)方向線的延長線上布點，離基坑距離約為1.5~2倍基坑深度。,（4）土體分層沉降分層沉降監(jiān)測點點位根據(jù)設計和工程需要確定。一般布設在圍護結(jié)構體系中受力有代表性的位置，應緊鄰圍護樁墻埋設。點的數(shù)量與深度根據(jù)分層土的分布情況確定，原則上每一土層設一點

20、，最淺的點低于基礎底面至少50cm，最深的點應在超過壓縮層理論厚度處。,（5）結(jié)構內(nèi)力對于設置內(nèi)支撐的基坑工程，可選擇部分典型支撐進行軸力變化監(jiān)測。支撐軸力的測點布設主要由平面、立面和斷面三種因素決定。由于基坑開挖、支撐設置和拆除是一個動態(tài)過程，在立面方向不同標高處的各道支撐都應監(jiān)測，各道支撐的測點應布設在同一平面軸力最大的桿件上。在缺乏計算資料的情況下，通常選擇平面凈跨較大的支撐桿件進行監(jiān)測，監(jiān)測斷面布設在支撐的跨中位置。圍

21、護樁墻的內(nèi)力監(jiān)測點布設在圍護結(jié)構體系中受力有代表性的鋼筋混凝土支護樁或地下連續(xù)墻的主受力鋼筋上。,（6）坑外地下水在基坑降水期間，坑外地下水監(jiān)測的目的在于檢驗基坑止水帷幕的效果，必要時采取灌水補給措施，避免基坑降水對周圍環(huán)境的影響?？油獾叵滤话阃ㄟ^監(jiān)測井監(jiān)測，井內(nèi)設置帶孔塑料管，并用砂石充填管壁外側(cè)。監(jiān)測井布設在止水帷幕以外，其位置根據(jù)攪拌樁施工搭接、相鄰房屋和地下管線的具體情況選擇。監(jiān)測井不必很深，管底標高一般在常年水位以下

22、4~5m。,（7）周圍環(huán)境周圍環(huán)境主要指基坑開挖3倍深度范圍內(nèi)的建構筑物和管線，主要為沉降監(jiān)測。建構筑物測點主要布設在墻角、柱身等特征部位，能充分反映建筑物各部分的不均勻沉降。管線上測點的布設要考慮其重要性和變形的敏感性，如上水管承接式接頭應按2~3節(jié)度布設1個監(jiān)測點，有彎頭和丁字形接頭處應布設監(jiān)測點。,監(jiān)測期限和頻率的確定,基坑監(jiān)測貫穿基坑開挖和地下結(jié)構施工的全過程，即從基坑開挖第一批土到地下結(jié)構施工至±0.00標高，

23、基坑越大，施工時間越長，監(jiān)測期限就越長。監(jiān)測頻率可根據(jù)實際情況參照規(guī)范執(zhí)行。,預警值和報警制度的制定,預警值是一個定量指標，在其允許范圍內(nèi)可認為工程是安全的，否則認為工程處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將對工程自身及其周圍環(huán)境產(chǎn)生有害影響。確定預警值時應注意下列基本原則：（1）滿足現(xiàn)行相關規(guī)范和規(guī)程的要求；（2）滿足工程設計的要求；（3）考慮各主管部門對所轄保護對象的要求；（4）考慮工程質(zhì)量、施工進度、技術措施和經(jīng)濟等因素。目前，預警值的確定主要

24、參照現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程的規(guī)定值、設計預估值和經(jīng)驗類比值。,表10.3 基坑工程等級劃分及變形監(jiān)控允許值,,,,10.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)整理與分析,監(jiān)測數(shù)據(jù)整理,基坑監(jiān)測內(nèi)容較多，監(jiān)測前應設計各種不同的外業(yè)記錄表格；記錄表格的設計應以記錄和數(shù)據(jù)處理的方便為原則，在監(jiān)測中觀測到的或出現(xiàn)的異常情況也應在記錄表格中有所體現(xiàn)；為表明原始成果的真實性，記錄表格中的原始數(shù)據(jù)不得隨意更改，必須更改時，應加以說明。外業(yè)觀測完成后，應及時分類整理外業(yè)記錄表格

25、。,監(jiān)測成果是施工安排和調(diào)整的依據(jù)，對外業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)應盡快進行計算處理，向工程建設、監(jiān)理等有關單位提交日報表或當期的監(jiān)測技術報告。日報表中不但要體現(xiàn)當期的監(jiān)測成果，還要體現(xiàn)當期與以往相關成果的關系，方便其他單位或人員更直觀地理解和把握。,表10.4 ??工程基坑沉降監(jiān)測報表首期觀測時間：??.??.?? 上期觀測時間：??.??.?? 本期觀測時間：??.??.??,注：1. 沉降量=上期高程-本期高程；沉降速率=沉

26、降量/間隔天數(shù)；累積沉降量=首期高程-本期高程。2.“+”表示下沉，“-”表示上升；預警值為??mm/d和??mm，“紅色”表示超過預警值。,總結(jié)報告的主要內(nèi)容,（1）工程概況；（2）監(jiān)測內(nèi)容和控制指標；（3）監(jiān)測儀器儀表、監(jiān)測方法、監(jiān)測周期、數(shù)據(jù)處理方法；（4）監(jiān)測點布置與埋設方法、平面和立面布置圖、監(jiān)測成果匯總表、成果分析曲線；（5）結(jié)論與建議。,監(jiān)測結(jié)果分析,獲得一定數(shù)量的監(jiān)測成果后，應進行變形分析，以便更好地指導施工。

27、監(jiān)測全部結(jié)束后，應采用全部監(jiān)測成果進行變形分析，總結(jié)出基坑變形的規(guī)律和特點，也為今后的基坑監(jiān)測積累經(jīng)驗。變形分析應充分結(jié)合工程施工過程中出現(xiàn)的各種具體情況，結(jié)合監(jiān)測人員所作的監(jiān)測日記。,基準點、工作基點的穩(wěn)定性分析,為了檢查基準點自身的穩(wěn)定性，可將基準點構成簡單的網(wǎng)形，定期進行復測檢查；必要時根據(jù)復測平差成果，采用統(tǒng)計檢驗方法進行基準點的穩(wěn)定性分析。,10.5 基坑監(jiān)測實例,工程概況,某大學校園新建教科研綜合大樓，高13層，地下2

28、層，基坑長約63m，寬約35m，開挖深約9m。基坑主要采用鉆孔灌注樁加鋼支撐作為擋土結(jié)構，采用深攪樁作為止水帷幕；該基坑工程北鄰一條主干道，西側(cè)有兩幢多層住宅，南面是停車場房和物理樓，東側(cè)為配電房和教學樓?；娱_挖必然會對基坑圍護結(jié)構、周邊鄰近建筑物、道路等產(chǎn)生一定的影響，在基坑施工階段進行安全監(jiān)測，便于掌握施工區(qū)的動態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)不安全因素，合理安排和調(diào)節(jié)施工流程，減少經(jīng)濟損失及不利的社會影響。,圖10-5 監(jiān)測點布置略圖,監(jiān)測