基坑监测方法技术

第二部分：监测方法技术一、垂直位移测量二、水平位移测量三、倾斜测量四、裂缝观测五、深层水平位移六、围护体系内力七、孔隙水压力八、土压力九、地下水位十、分层沉降(坑底隆起)一、垂直位移测量1、监测项目：地表，围护墙顶，坑内立柱，管线，建筑物，防汛墙、高架立柱、地铁隧道等构筑物等需要监测垂直位移。2、仪器：水准仪，连通管（静力水准仪--测量相对变化），全站仪（三角高程，比较少）。一、垂直位移测量3、原理方法：水准路线的分类：★附合水准路线：从一个已知高程的水准点(BM1)起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点(BM2)，称为附合水准路线。如下图所示一、垂直位移测量★支水准路线：从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后不连测到任何已知高程的水准点称为支水准路线。为了对测量成果进行检核，并提高成果的精度，单一水准支线必须进行往返测量。一、垂直位移测量★闭合准路线：从一个已知高程的水准点(BM1)起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后又回到水准点(BM1)，称为闭合水准路线。如右图所示一、垂直位移测量水准路线的拟定：日常监测中，应采用附合水准路线或闭合水准路线。没有任何规范中规定变形观测采用支水准路线观测仪器站观测标尺读数高差(a-b)(mm)i角的计算次序A尺读数aB尺读数bI11148712149140214870414914231487081491544148708149150中数I21150952151394校正后A、B标尺上的a'2、b'22150956151410正确读数为：31509441513964150958151400中数水准仪i角检查：仪器站观测标尺读数高差(a-b)(mm)i角的计算次序A尺读数aB尺读数bI11148712149140-4.39A～B标尺间距S=20.6m2148704149142△=〔(a2-b2)-(a1-b1)〕÷2=-0.045mm3148708149154i″=10△=-0.45″4148708149150中数148708149147I21150952151394-4.48校正后A、B标尺上的a'2、b'22150956151410正确读数为：3150944151396a'2=a2-2△=1.50953+.0009=1.510434150958151400b'2=b2-△=1.51400+.00045=1.51445中数150953151400仪器站标尺读数高差(a-b)(m)i角的计算A尺读数aB尺读数bI113591432A～B标尺间距DAB=70m12411315中数I214561535二、水平位移测量1、视准线法•以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量监测点到基准线的距离，确定偏移量的测量方法。2、小角度法在测站上测量测站点至监测点的距离及固定方向与监测点方向间的夹角,以确定位移矢量的方法。每次测量夹角的变化，夹角变化量与距离的乘积即位移量。三、倾斜测量•建筑物、构筑物的倾斜监测的方法有两种：一是直接测定建筑物的倾斜；二是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜。•直接测定建筑物的倾斜：应测定建筑物顶部相对于底部或各层间相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度。四、裂缝观测裂缝监测如下图所示。在监测裂缝中部的两侧各粘贴一块金属不锈钢板，钢板中心钻一小圆孔，埋设时圆孔连线方向垂直于裂缝（裂缝宽度），同时在裂缝的两端也各作一个标记，以观测裂缝的开展情况（裂缝长度）；也可以采用在裂缝两端设置石膏薄片，使其与裂缝两侧牢固粘结，当裂缝裂开或加大时，石膏片也裂开，监测时可测定其裂缝的大小和变化。观测所用的量具是一种特殊构造的卡尺，尺身长700～800mm，刻度为1mm，尺上附有一个水准管，在尺的一端安有一根钻有孔距为1cm的定位小孔、可以上下游动的测针。测针系用止动螺钉插入小孔圈固定。尺上还附有一个游标，游标带有一根可上下微动的测针。当两测针对准刻度0，同时水泡在水泡管中心时，两测针尖端在同一水平面上。卡尺的垂直和水平最小读数为0.1mm。其结构形式见下图。不锈钢板中心圆孔的形状与卡尺测针的尖端必须完全吻合。游标卡尺结构示意图1234567五、深层水平位移监测一、测斜仪系统简介1、测斜仪是通过测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角变化量，来监测围护墙体、土体深层侧向位移的高精度仪器。2、测斜仪分为固定式和活动式两种，按与垂线夹角监测范围不同又分为垂直向测斜仪和水平向测斜仪。固定式是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上；活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动测定斜度变化，计算水平位移。一、测斜仪系统简介3、按传感器型式分类：可细分为滑动电阻式、电阻应变片式、振弦式及伺服加速度计式四种。一、测斜仪系统简介4、活动式测斜仪系统组成：由探头、测读仪、电缆和测斜管四部分组成。1)探头：装有重力式测斜传感器。2)测读仪：测读仪是二次仪表，需和探头配套使用。3)电缆：连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离。4)测斜管：测斜管一般由塑料管或铝合金管制成。常用直径为50～75mm，长度每节2～4m，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动。一、测斜仪系统简介5、主要测斜仪美国Geokon-603测斜仪美国Geokon公司生产，Geokon－603读数仪，配6000系列探头，能自动记录观测数据。系统总量程为±53°，系统精度±6mm/30m，灵敏度±10弧秒(±0.05mm/m)。SINCO测斜仪、电缆和读数仪美国SINCO测斜仪，能自动记录观测数据。测量范围：垂直方向±53°；精度：0.02mm/每500mm；重复性：±0.003°；工作温度范围：-20-+50℃；重量：1.8公斤。北京航天CX-06A测斜仪北京航天测斜仪，能自动记录观测数据。传感器分辨率：±0.02mm/8″系统总精度：±4mm/15m测量范围：±50°数字显示：4.5位测量电缆：Φ9.5mm六芯导线导轮间距：500mm测斜用PVC高精度测斜管ABS、铝合金高精度测斜管二、深层侧向位移(测斜)原理1、结构原理1.1、电阻应变片式测斜仪：探头内有一青铜弹簧片做的下挂摆锤，弹簧片两侧各贴两片电阻应变片，构成差动可变阻式传感器，使之在弹性极限内探头的倾角与电阻应变读数呈线性关系。代表仪器：葛南测斜仪优点：产品价格便宜缺点：量程有限，耐用时间不长1.2、伺服加速度计式测斜仪：探头内有一个受重力作用的摆锤，并布置有力平衡伺服加速度计，其内部的位置传感器可以探测摆锤的位置，并且提供足够的恢复力使摆块回到其铅直零位置。此恢复力的大小可转变成电信号输出，在读数仪上显示为倾斜量的测量。代表仪器：基康603、SINCO测斜仪(两个加速度计)北京航天部CX-06测斜仪(一个加速度计)优点：精度高、量程大和可靠性好缺点：抗震性能较差(激震时传感器容易损坏)二、深层侧向位移(测斜)原理2、计算原理Y-方向Y+方向X-方向X+方向准原总位移电缆位移Lsinθ测读间距测头导槽钻孔回填导管导轮测斜仪工作原理示意图线测读设备基坑监测时，一般只考虑垂直于围护体的方向，即X+、X-方向，需连续测二次来消除力平衡伺服加速度仪零漂的影响(一测回)；每点水平偏移量是通过计算上部滑轮组相对于下部滑轮组所产生的倾角(θ)乘以观测读数间距(L)和相应的系数得到。总水平偏移量是将每点的水平偏移量进行累加获到，该偏移曲线为一条连续的曲线，也就是说只要确定了一个基准点，整条曲线的位置就能确定下来。二、深层侧向位移(测斜)原理L为传感器两对滑轮中心距(一般为500)k为读数的放大倍数，采用公制时取25000，英制时取20000L/k称为仪器的标定系数2、计算原理二、深层侧向位移(测斜)原理【标定系数】基康6030.025美国新科0.02北京航天0.02南京葛南视标定情况而定2、计算原理三、测斜操作方法和注意事项三、测斜操作方法和注意事项1、测斜测读方法1）测斜管口应可靠固定。并做好水平位移测点的标记，每次测斜前，先用测量方法测读管口水平位移，以这个读数作为测斜的基准读数；2）每次测读前，应将测斜传感器放在管底停置几分钟，使得传感器的温度与管内的水温一致。最下面一点的位置应是从管口向下n倍传感器滑轮中心距；3）从下而上，每提一个滑轮中心距就读一次数，直到管口。每个深度的读数同时记录X、Y互相垂直的二个方向的读数；4）将传感器探头旋转180度，重复3步操作，完成一个测回。可以进行多个测回读数，检查多次重复读数的误差，取平均值作为测量结果。三、测斜操作方法和注意事项1）、每测孔第一次测试前应定义一个正方向(基坑监测中以朝基坑方向位移作为正方向，即A0或X+)。一般测斜仪探头向高轮方向倾斜数据显示为正值，因此可以高轮方向作为正方向。2）、每个工程开始前，应对测斜仪进行全面维修保养(检查导轮、弹簧等是否需要更换)，尽可能避免中途更换仪器。2、操作中的注意事项三、测斜操作中的注意事项3）、测斜仪探头内加速度计比较容易损坏，使用过程中一定注意要小心轻放；在工地现场测试过程和使用间隙，测试人员一定不能离开仪器，绝不可将仪器随意放置在路边等处。4）、测斜仪探头和电缆联接时应检查定位槽和O型圈，小心仔细连接电缆和探头，要保持插头和插座成一直线，避免硬插将插针折弯或折断。三、测斜操作中的注意事项5）、探头和电缆联接好后应拧紧紧固螺母，并用优质的防水胶带紧密包裹，确保能有效防水进入。6）、测试前每个测斜孔应该用清水洗孔，并用专用试孔器对测斜管的滑槽进行检查，保证测斜仪探头的安全不卡孔。万一卡孔时，可采用前端有弯钩的粗铅丝、将钢筋牢固接长等方法解救被卡探头。7）、每次探头下放至测孔前，要仔细清理测孔边的小石块等杂物，避免下放时被带入测孔内，造成探头上拉时卡住。三、测斜操作中的注意事项8）、测试过程应小心地将探头缓慢地下放至测斜管底部，切忌让电缆从手中滑过而使探头自由下落，以免使探头急速碰到测斜管底部，引起探头内加速度计受到激震而损坏。9）、测斜仪的电缆线在上拉过程中应仔细盘放在清洁的地方，避免远距离拖拉电缆线导致电缆受损。10）、拉线人员每次应将电缆刻度标记按预定间距快速准确地对应在测斜管的预设位置，预设位置每次测试时应一致。三、测斜操作中的注意事项11）、拉线人员应注意不要将电缆线紧贴测斜管壁下放与上拉，或者将电缆刻度标记靠在测斜管壁以借力，这样很容易造成电缆线标记的脱落损坏。12）、每次测试完成后应将电缆线及探头用清水洗净、晾干，在滑轮轴承部位上机油保养。13）、读数仪的面板要注意保护，应防止硬物将LCD屏幕刮花，不得用清洗液和酒精等溶剂清洗。四、测斜数据处理1、计算方法以孔口作为基准点以孔底作为基准点测斜数据的矢量和四、测斜数据处理1.1、测斜算例1某基坑围护体内测斜管长度11m，在监测时以管底为起始点，从下往上测读，测段长度0.5m，每测段相对水平偏移量计算式为σ=（A0-A180）/2。5m以上某两次的测试数据列于下表。以孔口为起算点，不作修正，计算该两次5m以上不同深度水平位移变化量ΔXn。四、测斜数据处理计算表测段序号深度（m）第一次测试值σ1iΔ1n第二次测试值σ2iΔ2nΔXnA0A180A0A18000.000.000.001-0.5318.2309.14.55-4.55357.1350.63.25-3.251.302-1318.6308.45.10-9.65356.4350.33.05-6.303.353-1.5317.8309.54.15-13.80354.23511.60-7.905.904-2315.5311.52.00-15.80351.8353.1-0.65-7.258.555-2.5313.2313.8-0.30-15.50