基坑工程监测技术

基坑工程监测技术2010年04月10日目录•一、基坑工程的特点•二、基坑工程监测的目的•三、基坑工程监测内容及意义•四、基坑监测方案•五、监测频率•六、监测报警•七、信息反馈•八、项目公司在基坑工程监测中的职责一、基坑工程的特点•1.1基坑工程的定义：广义的基坑工程是指勘察、设计、施工、监测等环节的所有工作的统称。•1.2基坑工程的特点：•（1）深基坑工程具有很强的区域性：岩土工程区域性强，深基坑工程，区域性更强。如黄土地基、砂土地基、软粘土地基等工程地质和水文地质条件不同的地基中，基坑工程差异性很大。即使是同一城市不同区域也有差异。正是由于岩土性质千变万化，地质埋藏条件和水文地质条件的复杂性、不均匀性，往往造成勘察所得到的数据离散性很大，难以代表土层的总体情况，且精确度很低。因此，深基坑开挖要因地制宜，根据工程具体情况，具体问题具体分析，而不能简单地照搬其它工程的经验。•（2）深基坑工程具有很强的个性：深基坑工程不仅与当地的工程地质条件和水文地质条件有关，还与基坑相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的位置、抵御变形的能力、重要性以及周围场地条件有关。因此，对深基坑工程进行分类，对支护结构允许变形规定统一的标准是比较困难的，应结合地区具体情况具体运用。•（3）基坑工程具有很强的综合性：深基坑工程涉及土力学中强度（或称稳定）、变形和渗流3个基本课题，三者融溶一起需要综合处理。•有的基坑工程土压力引起支护结构的稳定性问题是主要矛盾，有的土中渗流引起土破坏是主要矛盾，有的基坑周围地面变形是主要矛盾。深基坑工程的区域性和个性强也表现在这一方面。同时，深基坑工程是岩土工程、结构工程及施工技术相互交的学科，是多种复杂因素相互影响的系统工程，是理论上尚待发展的综合技术学科。•（4）深基坑工程具有较强的时空效应：深基坑的深度和平面形状，对深基坑的稳定性和变形有较大影响。在深基坑设计中，要注意深基坑工程的空间效应。土体蠕变体，特别是软粘土，具有较强的蠕变性。作用在支护结构上的土压力随时间变化，蠕变将使土体强度降低，使土坡稳定性减小，故基坑开挖时应注意其时空效应。•（5）深基坑工程具有较强的环境效应：深基坑工程的开挖，必将引起周围地基中地下水位变化和应力场的改变，导致周围地基土体的变形，对相邻建筑物、构筑物及市政地下管网产生影响。严重的将危及相邻建筑物、构筑物及市政地下管网的安全与正常使用。大量土方运输也对交通产生影响。所以应注意其环境效应。•（6）深基坑工程具有较大工程量及较紧工期：由于深基坑开挖深度一般较大，工程量比浅基坑增加很多。抓紧施工工期，不仅是施工管理上的要求，它对减小基坑变形，减小基坑周围环境的变形也具有特别的意义。•（7）深基坑工程具有很高的质量要求：由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域，甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分，而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以，必须保证深基坑工程的质量，才能保证地下结构和上部结构的工程质量，创造一个良好的前提条件，进而保证整幢建筑物的工程质量。另一方面，由于深基坑工程中的挖方量大,土体中原有天然应力的释放也大，这就使基坑周围环境的不均匀沉降加大，使基坑周围的建筑物出现不利的拉应力，地下管线的某些部位出现应力集中等，故深基坑工程的质量要求高。•（8）深基坑工程具有较大的风险性：深基坑工程是个临时工程，安全储备相对较小，因此风险性较大。由于深基坑工程技术复杂，涉及范围广，事故频繁，因此在施工过程中应进行监测，并应具备应急措施。深基坑工程造价较高，但有时临时性工程，一般不愿投入较多资金，一旦出现事故，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。•（9）深基坑工程具有较高的事故率深基坑工程施工周期长；从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全度的随机性较大，事故的发生往往具有突发性。二、基坑工程监测的目的•基坑工程监测工作要实现如下目的：•1、对基坑围护体系及周边环境安全进行有效监护•在深基坑开挖与支护施筑过程中，必须在满足支护结构及被支护土体的稳定性，避免破坏和极限状态发生的同时，不产生由于支护结构及被支护土体的过大变形而引起邻近建筑物的倾斜或开裂，邻近管线的渗漏等。从理论上说，如果基坑围护工程的设计是合理可靠的，那么表征土体和支护系统力学形态的一切物理量都随时间而渐趋稳定，反之，如果测得表征土体和支护系统力学形态特点的某几种或某种物理量，其变化随时间而不是渐趋稳定，则可以断言土体和支护系统不稳定，支护必须加强或修改设计参数。在工程实际中，基坑在破坏前，往往会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形，或变形速率明显增大。在20世纪90年代初期，基坑失稳引起的工程事故比较常见，随着工程经验的积累，这种事故越来越少。但由于支护结构及被支护土体的过大变形而引起邻近建筑物和管线破坏则仍然时有发生，而事实上大部分基坑围护的目的也就是出于保护邻近建筑物和管线。因此，基坑开挖过程中进行周密的监测，可以保证在建筑物和管线变形处在正常范围内时基坑的顺利施工，在建筑物和管线的变形接近警戒值时，有利于采取对建筑物和管线本体进行保护的技术应急措施，在很大程度上避免或减轻破坏的后果。•2、为信息化施工提供依据•基坑施工总是从点到面，从上到下分工况局部实施。基坑工程监测不仅即时反映出开挖产生的应力和变形状况，还可以根据由局部和前一工况的开挖产生的应力和变形实测值与预估值的分析，验证原设计和施工方案正确性，同时可对基坑开挖到下一个施工工况时的受力和变形的数值和趋势进行预测，并根据受力和变形实测和预测结果与设计时采用的值进行比较，必要时对设计方案和施工工艺进行修正。•3、验证有关设计参数•因基坑支护结构设计尚处于半理论半经验的状态，土压力计算大多采用经典的侧向土压力公式，与现场实测值相比较有一定的差异，基坑周围土体的变形也还没有成熟的计算方法。因此，在施工过程中需要知道现场实际的受力和变形情况。支护结构上所承受的土压力及其分布，受地质条件、支护方式、支护结构刚度、基坑平面几何形状、开挖深度、施工工艺等的影响，并直接与侧向位移有关，而基坑的侧向位移又与挖土的空间顺序、施工进度等时间和空间因素等有复杂的关系，现行设计分析理论尚未完全成熟。基坑围护的设计和施工，应该在充分借鉴现有成功经验和吸取失败教训的基础上，根据自身的特点，力求在技术方案中有所创新、更趋完善。•对于某一基坑工程，在方案设计阶段需要参考同类工程的图纸和监测成果，在竣工完成后则为以后的基坑工程设计增添了一个工程实例。现场监测不仅确保了本基坑工程的安全，在某种意义上也是一次1：1的实体试验，所取得的数据是结构和土层在工程施工过程中真实反应，是各种复杂因素影响和作用下基坑系统的综合体现，因而也为基坑工程领域的科学和技术发展积累了第一手资料。三、基坑工程监测内容及意义•1.基坑等级划分：•〔1〕一级安全等级指支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重。符合下列情况之一的基坑，定为一级安全等级基坑：•1）重要工程或支护结构同时作为主体结构一部分的基坑；•2）与邻近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；•3）基坑影响范围内（不小于2倍的基坑开挖深度）有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑；•4）开挖深度大于10米的基坑；•5）位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑。•〔2〕三级安全等级指支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构设施施工影响不严重。基坑开挖深度小于7米，且周围环境无特殊要求的基坑为三级安全等级基坑。•〔3〕二级安全等级基坑指支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响一般。除一级和三级安全等级基坑外的基坑均属于二级安全等级基坑。•2.不同等级的基坑工程仪器监测项目见表1。表1基坑工程监测项目表一级二级三级应测应测应测应测应测应测应测应测宜测应测可测可测应测宜测宜测宜测可测可测应测宜测可测可测可测可测应测宜测可测宜测可测可测宜测可测可测宜测可测可测宜测可测可测应测应测可测应测应测应测宜测可测可测应测应测宜测竖向位移应测应测应测水平位移应测宜测可测应测应测应测应测应测应测围护墙体（边坡）顶部水平位移围护墙体（边坡）顶部竖向位移土体深层水平位移围护结构水平位移立柱竖向位移围护墙内力支撑内力立柱内力锚杆内力土钉内力坑底隆起（回弹）围护墙侧向土压力孔隙水压力基坑内地下水位基坑外地下水位土体分层竖向位移周边地表竖向位移周边建筑倾斜周边管线变形应测宜测可测周边建筑、地表裂缝基坑类别监测项目•当基坑周边有地铁、隧道或其它对位移有特殊要求的建筑及设施时，监测项目应与有关管理部门或单位协商确定。•2、基坑工程整个施工期间，项目部应安排专人每天进行巡视检查。并将检查结果记录在工作日志中，对于巡视检查过程中出现的问题，应及时与有关人员进行沟通，以便及时处理。•基坑工程巡视检查主要包括以下内容：•1.支护结构•（1）支护结构体系的稳定性和开裂；•（2）冠梁、围檩、支撑有无裂缝出现；•（3）支撑、立柱有无较大变形；•（4）止水帷幕有无开裂、渗漏；•（5）墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移；•（6）基坑有无涌土、流砂、管涌；•2.施工状况•（1）开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；•（2）基坑开挖分段长度、分层厚度与设计、施工方案要求是否一致；•（3）支锚设置是否与设计要求一致；•（3）场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌设施是否运转正常；•（4）基坑周边地面有无临时堆载。•3.周边环境•（1）周边管道有无破损、泄漏情况；•（2）周边建筑有无新增裂缝出现以及裂缝的发展情况；•（3）周边道路（地面）有无裂缝、沉陷；•（4）邻近基坑及建筑的施工变化情况。•4.监测设施•（1）基准点、监测点完好状况；•（2）监测元件的完好及保护情况；•（3）有无影响观测工作的障碍物。•巡视检查要情况要记录在监测工作日志上，并将检查结果与仪器观测结果进行对比分析，发现异常情况，及时通知相关单位。•四、基坑监测方案的内容•1、基坑围护设计时，设计方应综合考虑围护方案本身的特点、场地岩土工程条件、周边环境条件、施工方案和季节变化等因素，提出明确的监测技术要求。•2、监测单位接受委托后，应及时场踏勘现场、熟悉相关情况、收集有关资料：•（1）了解建设方和相关单位的具体要求；•（2）收集和熟悉岩土工程勘察资料、气象资料、地下工程和基坑工程的设计资料以及施工组织设计方案等；•（3）按监测需要收集基坑周边环境各监测对象的原始资料和使用现状等资料。必要时应采用拍照、录像等方法保存有关资料或进行必要的现场测试取得有关资料。对于可能会产生重要影响的监测对象，必要时可进行公证，以保证后续工作的顺利开展；•（4）通过现场踏勘，复核相关资料与现场状况的关系，确定拟监测项目现场实施的可行性；•（5）了解相邻工程的设计和施工情况，充分估计、分析它们可能对基坑工程产生的影响。•3、现场踏勘的范围以离开基坑周边3倍的基坑开挖深度为宜。•4、监测单位应在基坑设计单位提出的监测要求的基础上，结合现场踏勘和资料分析，提出切实可行的监测方案。完整的监测方案应包括以下一些内容：•（1）工程概况；•（2）建设场地岩土工程条件及基坑周边环境状况；•（3）基坑设计方案概要；•（4）监测目的和依据；•（5）监测内容及项目；•（6）基准点、监测点的布设与保护；•（7）监测方法及精度；•（8）监测周期和监测频率；•（9）监测报警及异常情况下的监测措施；•（10）监测数据处理与信息反馈；•（11）监测人员的配备；•（12）监测仪器设备及检定要求；•（13）作业安全措施及其它管理制度。••5、周边单位对监测有特殊要求时，需要一并征求他们的意见。必要时，应根据有关部门的要求，编制专项监测方案。•6、监测单位应严格实施监测方案。当基坑工程设计或施工有重大变更时，监测单位应与委托方及相关单位研究并及时调整监测方案。•7、监测方案备案规定。五、监测频率•1、基坑工程监测频率的确定应以能系统反映