基坑工程施工监测

第三章基坑工程施工监测3-1概述一、基坑的用途：高层建筑基础；城市地铁车站和区间隧道明挖；过江隧道；合流污水处理系统；过街通道和地下立交；二、基坑监测的目的检验设计计算理论、模型和参数的正确性；及时反馈，指导基坑开挖和支护结构的施工；确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全；为提高基坑工程设计和施工水平积累工程经验。三、基坑工程的施工过程§3-2监测仪器和方法基坑工程施工现场监测的内容分为两大部分，即围护结构本身和相邻环境。围护结构中包括围护桩墙、支撑、围檩和圈梁、立柱、坑内土层等五部分。相邻环境中包括相邻土层、地下管线、相邻房屋等三部分。表3-1基坑工程现场监测内容序号监测对象监测项目监测元件与仪器(一)围护结构1围护桩墙(1)桩墙顶水平位移桩墙顶沉降经纬仪水准仪(2)桩墙深层挠曲测斜仪(3)桩墙内力钢筋应力计、频率仪(4)桩墙上水土压力水压力土压力盒、频率仪孔隙水压力计、频率仪2水平支撑支撑轴力（混凝土）支撑轴力（钢支撑）钢筋应力计或应变计、频率仪或应变仪钢筋应变计或应变片、频率仪或应变仪3圈梁、围檩(1)内力(2)水平位移钢筋应力计或应变计、频率仪或应变仪经纬仪4立柱垂直沉降水准仪5坑底土层垂直隆起水准仪6坑内地下水水位钢尺，或钢尺水位计和水位探测仪序号监测对象监测项目监测元件与仪器(二)相邻环境7相邻地层(1)分层沉降分层沉降仪(2)水平位移经纬仪8地下管线(1)垂直沉降水准仪(2)水平位移经纬仪9相邻房屋(1)垂直沉降水准仪(2)倾斜经纬仪(3)裂缝裂缝监测仪10坑外地下水(1)水位钢尺，或钢尺水位计和水位探测仪(2)分层水压孔隙水压力计、频率仪续上表一、观察和描述观察和描述的内容：围护结构和支撑体系的施工质量；围护体系是否有渗漏水及其渗漏水的位置和多少；施工条件的改变情况；坑边和支撑上的堆载的变化；地表降水、施工用水的排放情况；基坑周围的地面裂缝；围护结构和支撑体系的工作失常情况；邻近建筑物和构筑物的裂缝；流土或局部管涌现象等；施工进度与施工工况。二、围护墙顶沉降监测仪器：水准仪方法：高程测量要求：在一个测区内，应设3个以上基准点；基准点要设置在距基坑开挖深度5倍以外的稳定地方。测点设置：用铆钉枪打入铝钉；钻孔埋设膨胀螺丝；涂红漆标记。三、围护墙顶水平位移监测仪器：经纬仪方法：１、轴线法或视准线法（图3-1）。沿基坑边线或其延长线上的两端设置工作基点A、B，A、B两点形成的直线即为视准线，在视准线上沿基坑边线按照需要设置若干测点。测量基点A、B的设置：距基坑一定距离的稳定地段；有支撑的围护结构，可在基坑角点设临时基点C、D，变换工况时用基点A、B测量临时基点C、D水平位移，再用此结果对各测点的水平位移值作校正。其它测点的设置：最好设在基坑圈梁、压顶等较易固定的地方；基坑有支撑时，测点宜设在两根支撑的跨中。适用条件：场地条件好的浅基坑。2.前方交会法前方交会法是在距基坑一定距离的稳定地段设置一条交会基线，或者设两个或多个工作基点，以此为基准，用交会方法测出各测点的位移量。适用条件：工程场地小，施工障碍物多，基坑边线不都是直线的深基坑。四、深层水平位移测量深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移。1、仪器组成：测斜管：材料：塑料(PVC)或铝合金，内管壁有呈十字型分布的四条凹型导槽；管段长：分为2m和4m两种规格，管段之间由外包接头管连接；管径：60、70、90mm等多种不同规格。测斜探头：测量倾角传感元件。外形：Ф40细长金属鱼雷状，上、下近两端配有两对轮子，上端接电缆。测斜仪探头按传感元件不同，可分为四种（如图3-2）：滑动电阻式：摆锤--电刷--电位计；电阻片式：摆锤--弹簧片--电阻应变片；钢弦式：摆锤伺服加速度式：摆锤（质量块）--感应线圈数字式测读仪：与测斜仪探头配套使用的二次仪表。电缆：芯线中设有一根加强钢芯线，具有高防水性能。电缆的作用：①向探头供给电源；②给测读仪传递量测信息；③作为量测探头所在的量测点距孔口的深度尺；④提升和下放探头的绳索。2、测量原理当土体内发生位移时，埋入土体中的测斜管随土体同步位移，通过逐点测量测斜管内测斜探头轴线与铅垂线之间倾角，可计算各点偏离垂线的水平偏差：(3-1)为第ｉ量测段的长度，通常取为0.5m、1.0m等整数，单位mm；为第ｉ量测段的倾角值，单位度。以管口为参照点，并从管口向下第n个测点的水平偏差值为：(3-2)iiiLsiniLiniinL10sin式中：δ0为管口的水平位移值，单位mm。第n个测点的水平位移Δn：(3-3)即：本次测得的水平偏差减去测斜管的初始水平偏差。式中：δ0n从管口下数第n个测点处的水平偏差初始值；φ0i从管口下数第n个测点处的倾角初始值；Δ0是实测的管口水平位移。)sin(sin0100iniinnnL说明：埋设好测斜管时不可能是铅垂线，故必有初始水平偏差值；当管底不动时，则以管底为参照点，从下往上计算各测点的水平偏差；可以依次测两个相互垂直方向的位移，并求得位移总量和方向。按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线，即围护桩墙深层绕曲线。3、埋设(1)绑扎埋设测斜管绑扎于桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内；(2)钻孔埋设钻孔--放测斜管--回填空隙。注意事项：在管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准；避免管子的纵向旋转；测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致（垂直基坑边线方向）；用清水将测斜管内冲洗干净；可先用模型探头检查测斜管导槽是否正常可用；需测量测斜管导槽的方位、管口坐标及高程；在测斜管外部设置金属套管或砌筑窨井并加盖；4、量测将仪器预热半小时，在测斜管中放置15分钟；将测头缓慢下至孔底，自下而上将测头稳定在测点位置上测读；将测头旋转180度插入同一对导槽，按以上方法在同一位置上重复测量；深层水平位移的初始值应是基坑开挖之前连续三次测量无明显差异读数的平均值；测斜管孔口需布设地表水平位移测点，以便对深层水平位移量进行校正。五、土体分层沉降测试分层沉降是土层内离地表不同深度处的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。1、仪器和测量原理测量仪器：磁性分层沉降仪，如图3-4。组成：探头、分层沉降管、钢环、带刻度的导线、电感探测装置。测量原理：埋入土体内的钢环与土体同步位移，用探头在分层沉降管探测钢环的位置，钢环位置的变化即为该深度处的沉降或隆起。精度：1mm。2、分层沉降管和钢环的埋设六、基坑回弹监测基坑回弹是开挖土体的卸荷过程引起的基坑底面的隆起。1、仪器和原理仪器：回弹标或深层沉降标、精密水准仪原理：高程测量。即埋设于基坑开挖面以下的分层沉降环监测到的土层隆起就是土层回弹量。2、埋设回弹标，如图3-5；深层沉降标，如图3-6。七、土压力监测1、预先安装法：如图3-7，适用于钢板桩或钢筋混凝土预制构件；2、挂布法：如图3-8，适用于地下连续墙；3、弹入法：如图3-9，适用于地下连续墙；4、活塞压入法：如图3-10，适用于地下连续墙；5、钻孔法：如图3-10，适用于土层中。八、孔隙水压力监测1、仪器：孔隙水压力传感器（孔隙水压力计）和频率仪。孔隙水压力计的量程取测点深度处水柱的1.5~2.0倍。2、原理：探头由金属壳体和透水石组成。孔隙水压力计的工作原理是把多孔元件（如透水石）放置在土中，使土中水连续通过元件的孔隙（透水后），把土体颗粒隔离在元件外面而只让水进入有感应膜的容器内，再测量容器中的水压力，即可测出孔隙压力。3、孔隙水压力计的埋设压入法：直接将孔隙水压力计压到埋设深度，或先钻孔至埋设深度以上1m处，再将孔隙水压力计压至埋设深度，用粘土球封孔至孔口。适用于较软土质。钻孔法：如图3-10，适用于土层中，原则上一个钻孔只能埋设一个探头。九、支挡结构内力监测1、用途：基坑围护结构沿深度方向的弯矩；基坑支撑结构的轴力和弯矩；圈梁或回檩的平面弯矩；结构底板所受的弯矩。2、仪器：钢筋应力计和频率仪或电阻应变仪；钢筋应变计和频率仪或电阻应变仪。钢筋应力计的量程根据钢筋的直径和等级。3、原理：由钢筋计的拉力或压力计算构件内力的方法如下：支撑轴力（kN）：(3-5)支撑弯矩：(3-6)地下连续墙弯矩：(3-7)式中：Ec,Eg为混凝土和钢筋的弹性模量，单位MPa；为所量测的几根钢筋拉压力平均值，单位kN；)1(gggccAApEEPhAEbhEnppMggc)6)((21212)()61(100021pphAEtEthMggcgpA,Ag为支撑截面面积和钢筋截面面积；为混凝土结构两对边受力主筋实测拉压力平均值；n为埋设钢筋计的那一层钢筋的受力主筋总根数；t为受力主筋间距；b为支撑宽度；h为支撑高度或地下连续墙厚度。说明：结构浇筑初期应考虑混凝土龄期对弹性模量的影响；温度变化大时，还需注意温差对监测结果的影响。21,pp4、埋设（如图3-12）a.钢筋应力计：割断主筋，与结构主筋串联焊接；b.钢筋应变计：并在结构主筋附近（与主筋并联）。钢筋计在混凝土结构内相对的钢筋层上对称布置；矩形断面可以布置在4个角点处。5、钢支撑轴力的监测a.在钢支撑端头安装轴力计（串联），直接测得轴力；b.在钢支撑表面焊接钢弦式表面应变计，用频率计或应变仪测读；c.在钢支撑表面粘贴电阻应变片，用应变仪测读；d.在钢支撑上安装位移计或千分表，测得钢支撑变形。对于b.、c.、d.三种监测方法:每个截面上均匀布置3个或4个监测元件；根据钢支撑截面积和平均应变，可以计算其轴力。说明：轴力计价格高，但测试简单,可以重复使用；需在施工单位配置钢支撑时就协调好轴力计安装事宜；轴力计安装不好，会影响支撑受力甚至引起支撑失稳或滑脱。十、土层锚杆拉力监测1、仪器和原理：锚杆拉力计、频率仪或电阻应变仪，直接测得锚杆拉力；钢筋应力计、频率仪或电阻应变仪，钢筋拉力乘以钢筋数量；钢筋应变计、频率仪或电阻应变仪，计算钢筋拉力，乘以钢筋数量。2、埋设a.锚杆拉力计安装在承压板与锚头之间，如图3-15；b.钢筋应力计：割断钢筋，与钢筋串联焊接；c.钢筋应变计：焊在钢筋或钢管上（与锚杆并联连接）。说明:钢筋应力计只能用于由钢筋组成的锚杆；锚杆由几根钢筋组合而成时，每根钢筋都需布设钢筋计。十一、地下水位监测１、仪器水位管：钻有小孔的塑料管，外包细纱布挡泥土；钢尺，或钢尺水位计和水位探测仪。２、埋设——钻孔埋设注意事项：清水冲孔后放入水位管；在水位管与孔壁间用干净细砂填实，上面2米用粘土球封孔；水位管应高出地面约200mm，上面加盖；做好水位观测井的保护装置。十二、邻近建筑物变形监测1、邻近建筑物资料收集和调查建筑物平面位置图等；建筑物基础和结构的设计图纸；建筑物基坑工程围护方案；建筑物既有的测点布设图和监测资料；建筑物已有裂缝的宽度、长度和走向等。2、监测内容沉降、水平位移、倾斜、裂缝等。3、倾斜监测4、裂缝监测十三、相邻地下管线监测1、相邻地下管线资料收集和调查(1)市政综合管线图；(2)管线埋置深度和走向、管材和接头的型式；(3)管线的基础型式、地基处理情况等；(4)管线地面道路人流与交通状况。2、监测内容沉降、水平位移3、测点布设间接测点：设在管线的窨井盖上；将钢筋打入至管底深度。适用场合：开挖布设直接测点条件不允许；设防标准不高。直接测点：a.抱箍式,如图3-21；b.套筒式,如图3-22。3-3监测方案设计监测方案制定步骤：(1)收集和阅读有关资料a.综合平面图b.工程地质勘察报告c.围护结构和主体结构(0.00以下部分)的设计图纸d.围护施工组织设计e.综合管线图等f.相邻建筑物基础和结构的设计图纸；(2)现场踏勘(3)拟定监测方案初稿，提交协调会议讨论，形成会议纪要(4)根据会议纪对监测方案初稿进行修改，形成正式监测方案。基坑工程监测方案设计的内容：(1)监测内容——测什么；(2)监测方法和仪器——怎么测；(3)施测部位和测点布置——测哪里；(4)监测期限和频度——何时测；(5)预警值及报警制度等实施