深基坑支護(hù)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?yàn)榛庸こ痰脑O(shè)計(jì)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(jìn)行對(duì)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(dá)給各個(gè)施工單位，幫助其合理地判斷當(dāng)前的支護(hù)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(shí)能夠及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，使施工單位能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行安全施工。
1．深基坑施工監(jiān)測的特點(diǎn)
1.1時(shí)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(shí)間性，測量結(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的。深基坑施工中監(jiān)測需隨時(shí)進(jìn)行，在測量對(duì)象變化快的關(guān)鍵時(shí)期，可能每天需進(jìn)行數(shù)次?；颖O(jiān)測的時(shí)效性要求對(duì)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(yán)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(duì)變化值，而不要求測量絕對(duì)值。例如，普通測量要求將建筑物在地面定位，這是一個(gè)絕對(duì)量坐標(biāo)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(duì)于原來基準(zhǔn)位置的位移即可，而邊壁原來的位置（坐標(biāo)及高程）可能完全不需要知道。
2.基坑支護(hù)監(jiān)測內(nèi)容
基坑支護(hù)監(jiān)測一般需要進(jìn)行下列項(xiàng)目的測量：（1）監(jiān)控點(diǎn)高程和平面位移的測量；（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)和被支護(hù)土體的側(cè)向位移測量；（3）基坑坑底隆起測量；（4）支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外土壓力測量；（5）支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力測量；（6）支護(hù)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(duì)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(duì)工程場地地質(zhì)條件、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)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。基坑工程施工現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容綜合起來可分為兩大部分，即圍護(hù)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(diǎn)和要求，組建專業(yè)監(jiān)測小組，負(fù)責(zé)該工程監(jiān)測的計(jì)劃、組織和質(zhì)量審核。
?、疟O(jiān)測小組由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員組成；
⑵做好基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)工作；
?、遣捎脤ｉT的測量儀器進(jìn)行監(jiān)測,并定期標(biāo)定，測量儀器由專人使用,專人保養(yǎng),定期檢驗(yàn)；
?、葴y量數(shù)據(jù)在現(xiàn)場檢驗(yàn),室內(nèi)復(fù)核后才上報(bào),并建立審核制度,對(duì)采集的數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果經(jīng)過校驗(yàn)審核后方可提交；
?、蓢?yán)格按現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范與有關(guān)細(xì)則操作，根據(jù)測量及分析的結(jié)果,及時(shí)調(diào)整監(jiān)測方案的實(shí)施；
?、蕼y量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、計(jì)算與管理,由專人采用計(jì)算機(jī)及專用軟件進(jìn)行；
⑺定期開展相應(yīng)的QC小組活動(dòng),交流信息和經(jīng)驗(yàn)。
3.2控制點(diǎn)設(shè)置
控制點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)測的基準(zhǔn)，所以在遠(yuǎn)離基坑的比較安全的地方布設(shè)。每次監(jiān)測時(shí)，均應(yīng)檢查控制點(diǎn)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(dú)立控制網(wǎng)。控制點(diǎn)的埋設(shè)，應(yīng)以工程的地質(zhì)條件為依據(jù)，因地制宜進(jìn)行，均應(yīng)采用強(qiáng)制對(duì)中觀測墩，對(duì)于自由等邊三角形所組成的規(guī)則網(wǎng)形，當(dāng)邊長在200m以內(nèi)時(shí)，測角網(wǎng)具有較好的點(diǎn)精度。
3.2.2水準(zhǔn)基點(diǎn)的布設(shè)
水準(zhǔn)基點(diǎn)作為沉降監(jiān)測基準(zhǔn)的水準(zhǔn)點(diǎn)，一般設(shè)置三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)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(gè)高程變形監(jiān)測控制網(wǎng)的起始點(diǎn)。
3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系的監(jiān)測
3.3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、沉降的監(jiān)測
在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置水平位移觀測點(diǎn)兼作沉降觀測點(diǎn)，測點(diǎn)采用鋼筋樁預(yù)埋在樁頂上，鋼筋上刻上十字絲作為點(diǎn)位觀測用。測點(diǎn)間距的確定主要考慮能據(jù)此描繪出基坑圍護(hù)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(xiàng)目。通常采用測斜儀測量，將圍護(hù)樁在不同深度上點(diǎn)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(gè)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(duì)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(jìn)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(huì)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(duì)它們的變形進(jìn)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(duì)土體深層水平位移進(jìn)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(jì)點(diǎn)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(dāng)建筑物發(fā)生裂縫時(shí)，應(yīng)先對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào)，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(gè)標(biāo)點(diǎn)，定期的測定兩個(gè)標(biāo)點(diǎn)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(jì)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(jì)和施工方案對(duì)可能產(chǎn)生的最大沉降量作出預(yù)估，采取主動(dòng)的保護(hù)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(jìn)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(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地變化較大時(shí)，監(jiān)測結(jié)果超過預(yù)警值時(shí)應(yīng)加密觀測，加密觀測間隔時(shí)間不超過一天；當(dāng)大、暴雨或基坑荷載條件改變時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測；當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，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(gè)定量化指標(biāo)系統(tǒng)，在其容許范圍內(nèi)認(rèn)為是安全的，且不對(duì)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(jì)的要求，以及各保護(hù)對(duì)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(shí)整理成正式記錄,并對(duì)每一個(gè)量測斷面內(nèi)每一種量測項(xiàng)目,均進(jìn)行以下資料整理:a)原始記錄表及實(shí)際測點(diǎn)圖;b)位移(應(yīng)力)值隨時(shí)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(shí)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(duì)量測面內(nèi)的每個(gè)量測點(diǎn)(線)分別進(jìn)行回歸分析,求出各自精度最高的回歸方程,并進(jìn)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(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)計(jì)算并描繪出各測量對(duì)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(bǔ)償?shù)榷荚谟?jì)算機(jī)中設(shè)置,并由計(jì)算機(jī)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(diǎn)，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(jì)、土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)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(diǎn)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(duì)磁性材料敏感的探頭和帶刻度標(biāo)尺的導(dǎo)線組成。當(dāng)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(shí)，沉降儀上的蜂鳴器就會(huì)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(hù)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(gè)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(biāo)高以下某一位置處支護(hù)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(zhǔn)。
（2）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(shí)，隨時(shí)檢查其內(nèi)部的一對(duì)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(shí)，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(shí)，固定測斜管。
?。?）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(rèn)測斜管導(dǎo)槽暢通時(shí)，不允許放入探頭。
?。?）測量測斜管管口坐標(biāo)及高程，做出醒目標(biāo)志，以利保護(hù)管口。現(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(duì)應(yīng)。
5.結(jié)語
在深基坑的設(shè)計(jì)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(dāng)前土壓力計(jì)算理論和邊坡計(jì)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(duì)支護(hù)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(jì)劃地監(jiān)測,以此監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),是十分必要的。
