淺談深基坑監(jiān)測技術(shù)
2015-03-27
1 引言
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，廣東佛山市區(qū)的地價日趨昂貴。向空中求發(fā)展、向地下深層要土地便成了建筑商追求經(jīng)濟(jì)效益的常用手段。在建筑工程市場上，三層的地下室已是司空見慣，隨之而來的基坑施工的開挖深度也從最初的5～7m發(fā)展到目前最深已達(dá)15m，地鐵的深度更是超過了15m。從80年代以來，我國從深圳的第一座深基坑設(shè)計(jì)施工至今，已積累了豐富的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)初深度達(dá)到5m的就被定義為深基坑，而今天，可被定義為深基坑的深度則應(yīng)為7m以上。由于地下土體性質(zhì)、荷載條件、施工環(huán)境的復(fù)雜性，單單根據(jù)地質(zhì)勘察資料和室內(nèi)土工試驗(yàn)參數(shù)來確定設(shè)計(jì)和施工方案，往往含有許多不確定因素，尤其是對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，對在施工過程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施變化的監(jiān)測已成了工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，基坑監(jiān)測與工程的設(shè)計(jì)、施工同被列為深基坑工程質(zhì)量保證的三大基本要素。
2 深基坑監(jiān)測的意義
深基坑的理論研究和工程實(shí)踐告訴我們，理論、經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)深基坑工程的設(shè)計(jì)和施工的正確途徑。對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，往往難從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。首先，靠現(xiàn)場監(jiān)測提供動態(tài)信息反饋來指導(dǎo)施工全過程，并可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。第二，可及時了解施工環(huán)境――地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度。第三，可及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險情的發(fā)生及險情的發(fā)展程度，為及時采取安全補(bǔ)救措施充當(dāng)耳目。
3 深基坑監(jiān)測的內(nèi)容
深基坑施工，必須要有一定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)用以擋土、擋水。圍護(hù)設(shè)施必須安全有效。淺基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以前常用的是鋼板樁或混凝土板樁；深基坑則大多采用現(xiàn)場澆灌的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)或排樁式灌注樁結(jié)構(gòu)，并配以混凝土攪拌樁或樹根樁止水。開挖時，坑內(nèi)必須抽去地下水，7～15m深的基坑，中間必須配二到三道水平支撐，水平支撐采用鋼管式結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須安全可靠，并能確保施工環(huán)境穩(wěn)定。從經(jīng)濟(jì)角度來講，好的圍護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)把安全指標(biāo)取在臨界點(diǎn)附近，再靠現(xiàn)場監(jiān)測提供的動態(tài)信息反饋來調(diào)整施工方案。
以下內(nèi)容是監(jiān)測目前能夠做到的也是應(yīng)該做到的項(xiàng)目：
?。?）地下管線、地下設(shè)施、地面道路和建筑物的沉降、位移。
?。?）圍護(hù)樁地下樁體的側(cè)向位移（樁體測斜）、圍護(hù)樁頂?shù)某两岛退轿灰啤?br />
?。?）圍護(hù)樁、水平支撐的應(yīng)力變化。
?。?）基坑外側(cè)的土體側(cè)向位移（土體測斜）。
?。?）坑外地下土層的分層沉降。
?。?）基坑內(nèi)、外的地下水位監(jiān)測。
4 測點(diǎn)的布設(shè)
測點(diǎn)布設(shè)合理方能經(jīng)濟(jì)有效。監(jiān)測項(xiàng)目的選擇必須根據(jù)工程的需要和基地的實(shí)際情況而定。在確定測點(diǎn)的布設(shè)前，必須知道基地的地質(zhì)情況和基坑的圍護(hù)設(shè)計(jì)方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和理論的預(yù)測來考慮測點(diǎn)的布設(shè)范圍和密度。
原則上，能埋的測點(diǎn)應(yīng)在工程開工前埋設(shè)完成，并應(yīng)保證有一定的穩(wěn)定期，在工程正式開工前，各項(xiàng)靜態(tài)初始值應(yīng)測取完畢。沉降、位移的測點(diǎn)應(yīng)直接安裝在被監(jiān)測的物體上，只有道路地下管線若無條件開挖樣洞設(shè)點(diǎn)，則可在人行道上埋設(shè)水泥樁作為模擬監(jiān)測點(diǎn)，此時的模擬樁的深度應(yīng)稍大于管線深度，且地表應(yīng)設(shè)井蓋保護(hù)，不止于影響行人安全；如果馬路上有管線設(shè)備（如管線井、閥門等）的話，則可在設(shè)備上直接設(shè)點(diǎn)觀測。
測斜管（測地下土體、圍護(hù)樁體的側(cè)向位移）的安裝：測斜管應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，埋設(shè)在那些比較容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以20～30m的間距布設(shè)；圍護(hù)樁體測斜管應(yīng)在圍護(hù)樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測斜管的埋設(shè)須用鉆機(jī)鉆孔，放入管子后再用黃砂填實(shí)孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或設(shè)井框保護(hù)。
基坑在開挖前必須要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑內(nèi)滲漏，地下水的流動是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測是保證基坑安全的重要內(nèi)容；水位監(jiān)測管的埋設(shè)應(yīng)根據(jù)地下水文資料，在含水量大和滲水性強(qiáng)的地方，在緊靠基坑的外邊，以20～30 m的間距平行于基坑邊埋設(shè)，埋設(shè)方法與地下土體測斜管的埋設(shè)相同。
分層沉降管的埋設(shè)也與測斜管的埋設(shè)方法相同。埋設(shè)時須注意波紋管外的銅環(huán)不要被破壞；一般情況下，銅環(huán)每1m放一個比較適宜。
土壓力計(jì)和孔隙水壓力計(jì)，是監(jiān)測地下土體應(yīng)力和水壓力變化的手段。對環(huán)境要求比較高的工程，都須安裝?？紫端畨毫τ?jì)的安裝，也須用到鉆機(jī)鉆孔，在孔中可根據(jù)需要按不同深度放入多個壓力計(jì)，再用干燥粘土球填實(shí)，待粘土球吸足水后，便將鉆孔封堵好了。土壓力計(jì)要隨基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時一起安裝，注意它的壓力面須向外；并根據(jù)力學(xué)原理，壓力計(jì)應(yīng)安裝在基坑的隱患處的圍護(hù)樁的側(cè)向受力點(diǎn)。
應(yīng)力計(jì)是用于監(jiān)測基坑圍護(hù)樁體和水平支撐受力變化的儀器。它的安裝也須在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時請施工單位配合安裝，一般選方便的部位，選幾個斷面，每個斷面裝二只壓力計(jì)，以取平均值；應(yīng)力計(jì)必須用電纜線引出，并編好號。
5 數(shù)據(jù)觀測
位移監(jiān)測點(diǎn)的觀測一般最常用的方法是偏角法.同樣，測站點(diǎn)應(yīng)選在基坑的施工影響范圍之外。外方向的選用應(yīng)不少于3點(diǎn)，每次觀測都必須定向，為防止測站點(diǎn)被破壞，應(yīng)在安全地段再設(shè)一點(diǎn)作為保護(hù)點(diǎn)，以便在必要時作恢復(fù)測站點(diǎn)之用。初次觀測時，須同時測取測站至各測點(diǎn)的距離，有了距離就可算出各測點(diǎn)的秒差，以后各次的觀測只要測出每個測點(diǎn)的角度變化就可推算出各測點(diǎn)的位移量。
地下水位、分層沉降的觀測，首次必須測取水位管管口和分層沉降管管口的標(biāo)高。從而可測得地下水位和地下各土層的初始標(biāo)高。在以后的工程進(jìn)展中，可按需要的周期和頻率，測得地下水位和地下各土層標(biāo)高的每次變化量和累計(jì)變化量。
測斜管的管口必須每次用經(jīng)緯儀測取位移量，再用測斜儀測取地下土體的側(cè)向位移量，再與管口位移量比較即可得出地下土體的絕對位移量。位移方向一般應(yīng)取直接的或經(jīng)換算過的垂直基坑邊方向上的分量。應(yīng)力、水壓力、土壓力的變量的報(bào)警值同樣由設(shè)計(jì)人員確定。
6 結(jié)束語
監(jiān)測工程是一項(xiàng)競爭頗為激烈的項(xiàng)目。特別是廣東，由于房產(chǎn)市場仍較興旺，監(jiān)測有一定的市場，盡管深基坑在我國也有十多年的施工歷史，但至今并末形成一定的理論規(guī)范，設(shè)計(jì)者的依據(jù)仍然都是地質(zhì)勘探資料和室內(nèi)土工試驗(yàn)參數(shù)，再用經(jīng)典力學(xué)理論來推算設(shè)計(jì)指標(biāo)；其中，一方面是，復(fù)雜的地下環(huán)境被理想化和模式化了；另一方面，為了工程安全，各類設(shè)計(jì)安全指標(biāo)往往取得很大，這樣，就大大加大了工程的投資。所以，好的設(shè)計(jì)方案，把指標(biāo)取值定位在臨界點(diǎn)上，在施工中，再靠監(jiān)測的動態(tài)信息反饋來保證施工安全；這樣的方案，應(yīng)該講是最經(jīng)濟(jì)有效的。然而，目前的建筑市場上的投資者并不都理解這一點(diǎn)。他們往往拉掉監(jiān)測或減少監(jiān)測內(nèi)容和次數(shù)來降低自己的投資支出。名符其實(shí)的抓了芝麻丟了西瓜。
