深基坑支護工程監(jiān)測技術(shù)
2015-03-27
目前國內(nèi)建設(shè)中，建筑逐漸向縱向空間發(fā)展，而基坑工程也隨之向大和深方向發(fā)展。因為基坑工程的設(shè)計假設(shè)工況模型還無法完全反映出施工過程中的具體情況，及深基坑工程具有較高的復(fù)雜性，因此務(wù)必通過基坑監(jiān)測獲得各種變形數(shù)據(jù)來進行對下一步施工的參考。通過信息化的管理方式將有關(guān)施工信息傳達給各個施工單位，幫助其合理地判斷當前的支護結(jié)構(gòu)以及周邊環(huán)境的安全狀態(tài)，以便在發(fā)生事故時能夠及時采取有效措施進行處理，使施工單位能夠更加準確地進行安全施工。
1．深基坑施工監(jiān)測的特點
1.1時效性
基坑監(jiān)測通常是配合降水及土方開挖過程，有鮮明的時間性，測量結(jié)果是動態(tài)變化的。深基坑施工中監(jiān)測需隨時進行，在測量對象變化快的關(guān)鍵時期，可能每天需進行數(shù)次。基坑監(jiān)測的時效性要求對應(yīng)的方法和設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力，甚至適應(yīng)夜晚或大霧天氣等嚴酷的環(huán)境條件。
1.2高精度
普通工程測量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m以下建筑物在測站上測定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測到這樣的變形精度，普通測量方法和儀器是不能勝任的，因此基坑施工中的測量通常采用一些特殊的高精度儀器。
1.3等精度
基坑施工中的監(jiān)測通常只要求測得相對變化值，而不要求測量絕對值。例如，普通測量要求將建筑物在地面定位，這是一個絕對量坐標及高程的測量，而在基坑邊壁變形測量中，只要求測定邊壁相對于原來基準位置的位移即可，而邊壁原來的位置（坐標及高程）可能完全不需要知道。
2.基坑支護監(jiān)測內(nèi)容
基坑支護監(jiān)測一般需要進行下列項目的測量：（1）監(jiān)控點高程和平面位移的測量；（2）支護結(jié)構(gòu)和被支護土體的側(cè)向位移測量；（3）基坑坑底隆起測量；（4）支護結(jié)構(gòu)內(nèi)外土壓力測量；（5）支護結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力測量；（6）支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力測量；（7）地下水位變化的測量；（8）鄰近基坑的建筑物和管線變形測量等。通過對基坑的監(jiān)測,基本上可以了解基坑的穩(wěn)定情況。
3.監(jiān)測方案
監(jiān)測方案必須建立在對工程場地地質(zhì)條件、基坑圍護設(shè)計和施工方案以及基坑工程相鄰環(huán)境詳盡的調(diào)查基礎(chǔ)之上?；庸こ淌┕がF(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容綜合起來可分為兩大部分，即圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系，周圍土體和相鄰環(huán)境。
3.1監(jiān)測組織建立
根據(jù)工程的特點和要求，組建專業(yè)監(jiān)測小組，負責該工程監(jiān)測的計劃、組織和質(zhì)量審核。
?、疟O(jiān)測小組由經(jīng)驗豐富的專業(yè)技術(shù)人員組成；
?、谱龊没鶞庶c和監(jiān)測點的保護工作；
⑶采用專門的測量儀器進行監(jiān)測,并定期標定，測量儀器由專人使用,專人保養(yǎng),定期檢驗；
?、葴y量數(shù)據(jù)在現(xiàn)場檢驗,室內(nèi)復(fù)核后才上報,并建立審核制度,對采集的數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果經(jīng)過校驗審核后方可提交；
?、蓢栏癜船F(xiàn)行《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范與有關(guān)細則操作，根據(jù)測量及分析的結(jié)果,及時調(diào)整監(jiān)測方案的實施；
?、蕼y量數(shù)據(jù)的儲存、計算與管理,由專人采用計算機及專用軟件進行；
⑺定期開展相應(yīng)的QC小組活動,交流信息和經(jīng)驗。
3.2控制點設(shè)置
控制點是整個監(jiān)測的基準，所以在遠離基坑的比較安全的地方布設(shè)。每次監(jiān)測時，均應(yīng)檢查控制點本身是否受環(huán)境影響或破壞，確保監(jiān)測結(jié)果的可靠性。
3.2.1平面控制網(wǎng)的布設(shè)
平面控制網(wǎng)應(yīng)為獨立控制網(wǎng)?？刂泣c的埋設(shè)，應(yīng)以工程的地質(zhì)條件為依據(jù)，因地制宜進行，均應(yīng)采用強制對中觀測墩，對于自由等邊三角形所組成的規(guī)則網(wǎng)形，當邊長在200m以內(nèi)時，測角網(wǎng)具有較好的點精度。
3.2.2水準基點的布設(shè)
水準基點作為沉降監(jiān)測基準的水準點，一般設(shè)置三個水準點構(gòu)成一組，要求埋設(shè)在基巖上或在沉降影響范圍之外穩(wěn)定的建筑物基礎(chǔ)上，作為整個高程變形監(jiān)測控制網(wǎng)的起始點。
3.3圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系的監(jiān)測
3.3.1圍護結(jié)構(gòu)水平位移、沉降的監(jiān)測
在圍護結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置水平位移觀測點兼作沉降觀測點，測點采用鋼筋樁預(yù)埋在樁頂上，鋼筋上刻上十字絲作為點位觀測用。測點間距的確定主要考慮能據(jù)此描繪出基坑圍護結(jié)構(gòu)的變化曲線。
3.3.2樁體的深層水平位移監(jiān)測
基坑開挖中，樁體側(cè)向變形是最重要的監(jiān)測項目。通常采用測斜儀測量，將圍護樁在不同深度上點的水平位移按一定比例繪制出水平位移隨深度變化的曲線。
3.3.3支撐的穩(wěn)定性控制
支撐的穩(wěn)定性是控制整個基坑穩(wěn)定的重要因素之一，有鋼支撐和鋼筋混凝土支撐等，支撐軸力監(jiān)測對了解支撐的受力狀況，保障支撐安全有著重要意義?？紤]到支撐布置情況，按最不利工況，可選擇其中的幾條支撐進行軸力監(jiān)測。
3.4周圍土體的監(jiān)測
基坑周圍土體開挖必定會引起鄰近基坑周圍土體的變形。過量的變形將影響鄰近建筑物和市政管線的正常使用，甚至導(dǎo)致破壞。因此，必須在基坑施工期間對它們的變形進行監(jiān)測。
3.4.1深層水平位移監(jiān)測可在
土體關(guān)鍵部位埋設(shè)測斜管，用測斜儀對土體深層水平位移進行監(jiān)測，同樣繪制水平位移─深度變化曲線。
3.4.2地下水位的監(jiān)測采用測
水位高程方法，先在設(shè)計點位鉆孔，然后下入PVC過濾管，填礫，并測得孔內(nèi)穩(wěn)定水位，成井后，用電阻水位儀定期測量孔內(nèi)水位埋深。
3.5相鄰環(huán)境監(jiān)測
3.5.1建筑物的變形監(jiān)測可以
分為沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測和裂縫監(jiān)測等部分內(nèi)容。當建筑物發(fā)生裂縫時，應(yīng)先對裂縫進行編號，然后監(jiān)測裂縫的位置、走向、長度及寬度等。根據(jù)裂縫的情況選擇代表性的位置于裂縫兩側(cè)各埋設(shè)一個標點，定期的測定兩個標點間距離變化值，以此來掌握裂縫的發(fā)展情況。
3.5.2路面、管線沉降監(jiān)測
城市地區(qū)的道路與地下管線網(wǎng)是城市生活的命脈，其安全與人民生活和國民經(jīng)濟緊密相連。因此作好它們的安全監(jiān)測是非常重要的。根據(jù)基坑工程的設(shè)計和施工方案對可能產(chǎn)生的最大沉降量作出預(yù)估，采取主動的保護措施。
3.6監(jiān)測頻率與預(yù)警位
3.6.1監(jiān)測頻率根據(jù)施工進度
確定,在基坑開挖階段,每天一次其余可每隔3～5天1次。在開挖卸載急劇階段，當變形超過有關(guān)標準或場地變化較大時，監(jiān)測結(jié)果超過預(yù)警值時應(yīng)加密觀測，加密觀測間隔時間不超過一天；當大、暴雨或基坑荷載條件改變時應(yīng)及時監(jiān)測；當有危險事故征兆時，應(yīng)連續(xù)觀測。
3.6.2基坑施工監(jiān)測的預(yù)警值
就是設(shè)定一個定量化指標系統(tǒng)，在其容許范圍內(nèi)認為是安全的，且不對周圍環(huán)境產(chǎn)生有害影響。預(yù)警值的確定應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程設(shè)計的要求，以及各保護對象的主管部門提出的要求，還應(yīng)結(jié)合考慮基坑規(guī)模、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等因素。
3.7監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及反饋
3.7.1成果整理
每次量測后,將原始數(shù)據(jù)及時整理成正式記錄,并對每一個量測斷面內(nèi)每一種量測項目,均進行以下資料整理:a)原始記錄表及實際測點圖;b)位移(應(yīng)力)值隨時間及隨開挖面距離的變化圖;c)位移速度、位移(應(yīng)力)加速度隨時間以及隨開挖面變化圖。
3.7.2數(shù)據(jù)處理
每次量測后,對量測面內(nèi)的每個量測點(線)分別進行回歸分析,求出各自精度最高的回歸方程,并進行相關(guān)分析和預(yù)測,推算出最終位移(應(yīng)力)和掌握位移(應(yīng)力)變化規(guī)律,并由此判斷基坑的穩(wěn)定性。
3.7.3反饋方式
監(jiān)測數(shù)據(jù)全部輸入計算機,由計算機計算并描繪出各測量對象的變化曲線,然后反饋給有關(guān)單位和人員。由于該工程監(jiān)測中采用的儀器大多數(shù)是傳感式的,其零漂移或溫度補償?shù)榷荚谟嬎銠C中設(shè)置,并由計算機處理。
4.基坑測量中的儀器
適應(yīng)基坑監(jiān)測的上述內(nèi)容和特點，具體測量中可采用很多新型的測量儀器，有振弦式鋼筋應(yīng)力計、土壓力盒、孔隙水壓力計等。本文介紹了磁性深層沉降儀和測斜儀等設(shè)備，這些新的設(shè)備及其技術(shù)特點是傳統(tǒng)的工程測量不能涵蓋的。
4.1深層沉降儀
深層沉降儀是用來精確測量基坑范圍內(nèi)不同深度處各土層在施工過程中沉降或隆起數(shù)據(jù)的儀器。它由對磁性材料敏感的探頭和帶刻度標尺的導(dǎo)線組成。當探頭遇到預(yù)埋在預(yù)定深度鉆孔中的磁性材料圓環(huán)時，沉降儀上的蜂鳴器就會發(fā)出叫聲。
4.2測斜儀
測斜儀是一種可以精確地測量沿鉛垂方向土層或圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀器，可以用來測量單向位移，也可以測量雙向位移，再由兩個方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。測斜管的埋設(shè)：
（1）在預(yù)定的測斜管埋設(shè)位置鉆孔。根據(jù)基坑的開挖總深度，確定測斜管孔深，即假定基底標高以下某一位置處支護結(jié)構(gòu)后的土體側(cè)向位移為零，并以此作為側(cè)向位移的基準。
?。?）將測斜管底部裝上底蓋，逐節(jié)組裝，并放到鉆孔內(nèi)。安裝測斜管時，隨時檢查其內(nèi)部的一對導(dǎo)槽，使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。管內(nèi)注入清水，沉管到孔底時，即向測斜管與孔壁之間的空隙內(nèi)由下而上逐段用砂填實，固定測斜管。
（3）測斜管固定完畢后，用清水將測斜管內(nèi)沖洗干凈，將探頭模型放入測斜管內(nèi)，沿導(dǎo)槽上下滑行一遍，以檢查導(dǎo)槽是否暢通無阻，滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。由于測斜儀的探頭十分昂貴，在未確認測斜管導(dǎo)槽暢通時，不允許放入探頭。
?。?）測量測斜管管口坐標及高程，做出醒目標志，以利保護管口?，F(xiàn)場測量前務(wù)必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表，以與測量結(jié)果對應(yīng)。
5.結(jié)語
在深基坑的設(shè)計施工過程中,由于地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工條件和外界其他條件的復(fù)雜影響,以及基于當前土壓力計算理論和邊坡計算模型的局限性,很難單純從理論上預(yù)測工程中可能遇到的問題。所以在基坑的開挖施工中,對支護結(jié)構(gòu)、基坑鄰近建筑物、地下管線以及周圍土體等在理論分析指導(dǎo)下有計劃地監(jiān)測,以此監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù),對基坑支護進行動態(tài)設(shè)計,是十分必要的。
