基坑变形监测关键技术专项方案.doc

基坑变形监测技术方案一、 工程概况本工程由一幢门字形酒店、六幢不同高度公寓和整体地下车库构成，总占地面积约30000m2，总建筑面积约23万m2，地下建筑面积约8.7万m2。本工程基坑总面积约29300m2，东西向长约300400m，南北方向长约40110m。基坑总延长线为785m，地下室为三层，基坑开挖深度为-18.2m、-18.7m，管线分布复杂。基坑北侧紧邻海河，南侧是车流量较大公路，海河水位变化及张自忠路面动荷载干扰都将是某基坑监测难点。基坑监测级别为一级，监测手段众多，监测内容、监测工作量及监测难度均较大。二、 根据及原则1. 建筑变形测量规程（JGJ/T8-97）2. 工程测量规范（GB50026-93）3. 建筑基坑支护技术规程JGJ120-994. 国家一、二等水准测量规范（GB12897-93）5. 天津市建筑地基基本设计规范（TBJ1-88）根据规范和天津市建设主管部门对建筑物基坑施工有关文献规定，以及基坑设计有关规定；为保证建筑物地下基坑施工及周边环境安全性和可靠性，使在基坑开挖和施工期间变形得到有效控制，保证其不对基坑自身及周边环境导致破坏性影响，用科学数据指引基坑信息化施工，保证施工安全。三、基坑监测项目为了及时收集、反馈和分析周边环境要素在施工中变形信息，实现信息化施工并保证施工安全，综合本工程周边环境状况及围护构造和支护体系特点，遵循设计有关规定，本工程共进行如下几项基坑监测工作：1、周边环境监测A、地下管线变形监测；B、基坑外道路变形监测；C、基坑外地下潜水水位监测；D、基坑外承压水水位监测；E、基坑外土体水平位移（测斜）监测；F、基坑外土体表面变形监测；G、海河堤岸变形（沉降、变形）监测；2、围护构造监测A、围护桩桩体水平位移（测斜）监测；B、围护桩桩顶变形（沉降、位移）监测；C、围护桩内、外侧水土压力监测；D、围护桩竖向钢筋应力监测；3、支撑体系和立柱监测A、支撑轴力监测；B、钢格构柱及立柱角钢应力监测；C、立柱位移和沉降监测；4、其他监测A、基坑开挖过程中土体分层沉降监测；四、基坑监测点位布置1、周边环境监测A、地下管线、路面等变形监测涉及基坑周边张自忠路、兴安路地下管线、路面、海河堤岸沉降监测点布设。管线和路面每间隔30米布设一种监测断面，共约239个监测点。其中海河堤岸监测点编号为HD1HD10，而地面沉降监测点共105个，布点数量较多，最后编号以实地布设完点位后编号为准（详细点位见附后“地面及海河堤岸监测点位示意图）。供电管线沉降监测点编号为GD1GD10；路灯管线沉降监测点编号为LD1LD10；电信管线沉降监测点编号为DX1DX25（电力管线监测点详细点位见附后“电力管线沉降监测点位示意图”）。输水管线沉降监测点编号为SS1SS15；污水管线沉降监测点编号为WS1WS7；雨水管线沉降监测点编号为YS1YS15（雨污水管线监测点详细点位见附后“输排水管线沉降监测点位示意图”）。煤气管线沉降监测点编号为MQ1MQ40（煤气管线监测点详细点位见附后“煤气管线沉降监测点位示意图”）。沉降监测点布设采用铆钉嵌入法布设（如图一），一方面在设点处用电钻打出12直径圆孔，深度约10CM左右，再将专用圆铆钉牢固地嵌入孔中，圆帽下边沿与地面齐平。圆铆钉顶部圆帽合用于水准测量，顶部强制归心孔合用于海河堤岸水平位移观测。重要地下管线重要涉及三条煤气管线，分别为DN529、DN325和DN219。其监测点布设一方面用雷迪4000管线探测仪（如右图）测定出地下管线平面位置和埋深，再用电钻在垂直于管线路面上打孔，嵌入圆铆钉，其他管线运用“地下综合管线探测图”结合实地位置进行布点，埋设标志办法同上。在基坑周边绿地内或未硬化路面中有重要压力管线，采用直接布点法，将观测标志设立在监测管线管壁上。B、地下水位监测地下水位观测涉及基坑外潜水和承压水水位监测，水位观测井反映是基坑开挖过程中基坑外侧水位变化状况。共计设立15口潜水水位观测井，编号SW01SW15；设立9口承压水观测井，编号CY01CY09(观测井详细位置及编号见附后“基坑外水位监测井位置图”)。依照某岩土工程详细勘察报告所述，某场地潜水含水岩组埋深约16米，初见水位埋深约3.14.3米，静止水位埋深约2.53.2米。故水位观测井布设时一方面用钻探机在设计位置钻150mm孔，孔深为15米。将专用PVC水位管（左图）下端封堵好后，底端用电钻打上某些小孔，并填入粗砂或包上土工布用来渗水并防止泥浆灌入。往钻探孔中一边下水位管，一边用套管接头将PVC水位管一节节连接上，同步用胶带密封。所有水位管下完后在管中灌入清水，最后用细砂及回填土填满水位管外围孔隙。依照某岩土工程详细勘察报告所述，某场地承压含水岩组第一承压含水层为更新统第五组陆相冲积层上部粉土（力学分层号为7a），位置深约在大沽高-15-21米之间，实际埋深约为1825米。为保证基坑止水工作安全，防止承压水头外涌，在公寓A和公寓B附近各设立1口b层承压水观测井，埋设深底为35米。其他7口为a层承压水观测井，埋设深度为22米。水位管埋设办法同潜水水位监测井埋设，但需对管体接口进行有效密封。C、基坑外土体变形监测土体变形监测涉及土体表面沉降监测以及深层土体水平位移（测斜）监测。测点与围护体水平位移监测点有所相应，坑外土体共设立14个监测点T01T14（详细点位见附后“支护构造监测点位示意图”）。其埋设办法是在坑外土体中钻150mm钻探孔，考虑到测斜管埋设深度应不会导致深层承压水与地下潜层水连通，土体测斜管实际埋设深度为35米。一方面将测斜管下端封堵好后，一边往钻探孔中下一边将测斜管用套管接头一节节连上，同步用胶带密封并灌入清水。所有下入后用细砂及回填土填满管周边孔隙。测斜管材料为PVC硬塑，内有定向槽，管径70毫米（左图）。测斜管顶部加套一米长80mm硬塑管进行保护，并做醒目的志，防止施工过程中意外破坏（如图四）。2、围护构造监测A、灌注桩桩身水平位移（测斜）硬件埋设根据设计图纸某基坑共计埋设灌注桩桩身倾斜监测孔25处，埋设深度30米，其监测孔布设办法如图一所示。在测斜管安装时应注意，对接两根管子时要对好管壁内侧导向槽，接头处用封口胶带和螺丝固定，外面缠上胶带，以防止污水或砂浆从管子接头处渗入。管顶、管底用专用封堵帽，防止异物进入管道导致堵塞。用铁丝将测斜管固定在钢筋笼背向基坑一侧或中间部位，以防止基坑开挖后，平整围护桩内壁时损坏管道，同步应保证测斜管导槽与基坑开挖面在水平方向垂直性。当测斜管随同钢筋笼下入挖好槽孔中后，应及时向管内注入清水，以减轻测斜管承受外界水压和混凝土压力。在砼浇筑时，测斜管最上部一米范畴要加150mm塑料保护套管，防止管壁在剔桩头作帽粱时被破坏。B、灌注桩内、外侧水土压力硬件埋设根据设计规定，在不同区域灌注桩内、外侧共计设立4组水土压力监测点，每组设立5个观测断面，每个断面皆进行水土压力监测，其中3个断面还要进行坑内水土压力监测。每个测点布置1个测试元件，即一组监测点涉及8个水压力计和8个土压力计，4组共计64个监测元件。本工程围护体孔隙水压力及土压力计硬件埋设采用挂布法，挂布选用土工布，规定透水性能好，但不容许渗入水泥浆。预先在挂布上按设计规定深度固定好传感器，受压膜放在挂布向外直接面向土体方向，将挂布包裹在钢筋笼上，挂布接缝处搭边约20CM，并将接缝紧密连接固定。在吊装安放时，现场安装人员应注意避免硬件和电缆与钻孔上边沿刮碰，以免硬件损坏，最上部一米范畴要加150mm塑料保护套管保护电缆。最后运用混凝土浇捣时外挤力，将挂布及传感器受压膜紧贴于桩体外侧土面上，完毕传感器安装。C、灌注桩内、外侧竖向钢筋应力硬件埋设围护体竖向钢筋应力监测可直接反映开挖过程中地下围护构造受力状况，本工程共设立6组观测点，每组5个断面，每个断面共布置内外侧测试元件各2个，即每组测点涉及20个，共计120个钢筋应力计。在安装前应按待测钢筋直径选配相应规格钢筋计，并依照下件埋深选取恰当电缆长度。安装时将钢筋计并置在待测钢筋旁并用铁丝固定。将电缆线捆绑在钢筋内侧引出至围护桩顶外部不会被混凝土掩埋地方并加装150mm塑料保护套管，防止破坏。在捆绑完毕后，随钢筋笼一起吊装即可。3、支撑体系和立柱监测A、支撑轴力监测在支撑重要受力杆件上布置轴力监测点，第一道支撑上设立测点24个（如右图），第二、三道支撑各设立42个测点，三道支撑共108个测点，实际轴力监测点位依照支撑最后布设形式来拟定。编号方式为“支撑层数+位置+钢筋计自身编号”，例如：第二道撑，3号位置处钢筋计编号为C2-ZL3-*。每一测点处在混凝土支撑内钢筋茏子两侧主筋上各安顿一种钢筋应力计。安顿器件时左右两个钢筋计应尽量对称，监测时两侧钢筋计数据才可以更好进行对比和分析。安装时依照器件位置、埋深选取恰当电缆长度，将钢筋计并置在待测钢筋旁并用铁丝固定。将电缆线捆绑在钢筋上并引出至支撑外部不会被混凝土掩埋地方并加装保护套管，防止破坏（详细位置见“支撑轴力测点位置示意图”）。B、钢格构柱及立柱角钢应力监测在支撑竖向荷载比较大和典型位置布设钢立柱角钢应力监测点，根据设计规定共设立11个钢格构柱表面应变计（如右图），测点编号为JY1JY11（角钢应力监测详细点位图见附后“立柱桩及角钢应力监测点位示意图”），实际监测点位依照钢格柱及立柱桩最后位置拟定。安装时将应变计两端直接焊在或用螺钉固定在监测部位，并将读数电缆线引至安全地点并加以保护。C、钢立柱位移和沉降监测与钢立柱角钢应力监测点有所相应，同步进行钢立柱位移和沉降监测，测点数量为38个监测点，测点编号为LZ1LZ38（立柱桩位移和沉降监测详细点位图见附后“立柱桩及角钢应力监测点位示意图”）。由于立柱桩在基坑开挖后状态是悬空，因此测点处无法上人架设棱镜和水准标尺，因此位移监测采用坐标法，沉降监测采用三角高程法。为了安全起见，点位标志设立是全站仪贴片，该贴片是仿棱镜设计，有精准高反光性，可以代替全站仪专用反光棱镜。在钢立柱出露并有布点条件时，将全站仪贴片用胶水沾在钢立柱表面设计位置即可。5、其他监测A、基坑开挖中土体分层沉降监测基坑开挖阶段对坑内土体进行隆起监测，采用分层沉降标进行。根据设计图纸共设立7个监测点，编号为LQ1LQ7。每个测点设立5个断面分层沉降标，其中基底以上2个，分别位于第二道和第三道支撑标高下1m位置；基底如下3个，分别位于基底如下2m、5m、8米位置。考虑到不动点深度应不会导致深层承压水与地下潜层水连通，不动点（基准点）设立在基底如下15m位置（如图六）。分层沉降标安装时一方面用150mm钻头打孔，钻孔深度约为35米。将磁力环按设计深度套在导管上，将弹簧片用包装纸绳捆扎在导管外，防止下管时弹簧片卡在土中使位置变化及阻碍导管入孔。但纸绳不应缠绕过多，应保证导管下入钻孔后，通过短时间水浸后，纸绳会散开，弹簧片弹出来并嵌入土中使磁环与土体结合为一体。将导管一端用帽封住后插入钻孔，用外接头连接另一根管子，依次插入。为减轻浮力可在管中灌入清水，直到连接并安装完所有磁环和导管后，用干细土或中粗砂缓慢地回填钻孔，完毕所有安装工作（土体分层沉降详细测点位置见附后“基底隆起监测点位示意图”）。五、综合监测办法1、水平位移监测水平位移监测涉及围护桩顶部、坑外土体、海河堤岸及立柱桩等部位水平位移监测，它是基坑开挖施工监测一项基本内容，通过水平位移监测可以掌握各个构造部位在基坑开挖施工过程中水平变形状况。根据规范规定及设计规定，咱们在进行水平位移监测时运用尼康DTM-352C高精度全站仪（如上图）。施测时采用极坐标法进行观测，由于它受现场环境条件限制较小，施测较容易，精度较高，运用起算点坐标和实测边长夹角，解算出每个待测点绝对坐标进而求出每个点变化矢量来。观测时基准点选取及坐标起算数据设立尤为重要，由于水平位移形变监测是绝对位移量观测，因此基准点应尽量选在远离基坑、有稳固基本、并且不容易被外界因素干扰破坏地方。坐标设立上采用假定坐标系，应尽量将待测点坐标均设立在坐标系第一象限内，这样有助于位移变化量在矢量方向和符号上统一，便于数据分析和理解。依照起算点已知数据计算待测点坐标计算办法如下：如下图所示，为起算点，为待测点，点假定坐标A、A及坐标方位角aAB为已知，边长AB实测，则可求得点坐标B、B。由图可知： 其中，坐标增量计算公式为： 式中DXAB，DYAB正负号应依照cos、sin正负号决定，故可得到： 2、 基坑外地下水位监测：地下水位监测涉及基坑外承压水水位观测及潜水水位观测。如果围护构造截水帷幕质量没有完全达到止水规定，则在基坑内部降水和基坑挖土施工时，有也许使坑外地下水渗漏到基坑内。渗水后果会带走土层颗粒，导致坑外水、土流失，对周边环境，特别是地下管线沉降危害较大。因而进行地下水位监测就是为了预报由于地下水位不正常下降引起地层沉陷。观测时采用钢尺水位计（如上图），将仪器探头沿水位管下放，当探头接触到水时，接受机会发出蜂鸣声，此时读出钢尺电缆在管口处深度读数，再结合精密水准连测管口高程，就可以求出地下水位绝对高程，将每天观测数据进行比对，就可以直观地反映出基坑外地下水位变化。3、应力、应变及轴力监测应力、应变及轴力监测涉及围护桩竖筋应力监测、基坑内外水土压力监测、钢立柱角钢应力及支撑轴力监测等。表面应变及轴力监测部位选取应当设立在受力较大、较敏感部位。按设计指定位置安顿应力应变器件其连线应保证安全外露并设立保护装置。开挖前用频率仪（如右图）测得初始频率值，按一定周期进行人工巡检监测，获得应力分布状态。振弦式钢筋应力计工作原理是运用一根张拉并固定在应力计变形段两端中心位置钢弦，在其受力变形后自振频率发生变化，求出钢弦内应力大小，进而推导出被测钢筋受力变化。它计算公式如下：f= f：钢弦自振频率； L：钢弦长度；钢弦内应力； ：钢弦材料密度；P= P：被测钢筋受力； K：标定系数； f0：空载时钢筋自振频率；f：某一荷载下自振频率；4、 位移（测斜）监测位移（测斜）监测涉及基坑外土体测斜及围护桩桩体倾斜变形测量，由于测斜管埋设深度不不大于基坑开挖深度，因而将最底部初始监测点视为不动点。测斜基本原理是以桩体底部为参照点，开槽前测得初始值，每一设定间隔（一米）测得一种数据，用测斜仪在施工不同阶段每次测得观测值与初始值进行对比，以获得在施工不同阶段不同深度位移，进而得出围护桩体自身倾斜变形。测斜仪工作原理是基于测头传感器中加速度计，测量重力矢量g在测头轴线垂直面上分量大小，来拟定测头轴线相对于水平面倾斜，再运用导轮原则间距L求导出水平位移矢量值。实测时一方面把电缆接入测斜仪，并将电缆与测头连接，用扳手将压紧螺帽拧紧以防止渗水。将测头导轮高轮向基坑内侧方向卡置在预埋测斜管导向滑槽内，将它轻轻划至管底起测位置处，该位置最佳高出管底0.5米为宜，以防止掉入异物时测头无法到达起测位置而影响数据持续观测。运用测读仪记录完第一种读数后，将电缆提起1米至下一处深度标记，待测读仪读数稳定后采集数据，再将电缆提起1米直至管顶为止。拿出测头后水平转动180度，使高轮指向基坑外侧重新放入测斜管中，重复上述观测环节在相似深度标记上采集数据，完毕所有观测工作。测头导轮正反向读数可以抵消或减少传感器偏值所导致误差，以保证测量精度。5、管线、地面、围护桩顶部沉降监测沉降监测涉及道路、地下管线、围护桩顶、海河堤岸（基坑开挖迈进行堤岸裂缝拍照存档）、坑外地表、钢立柱等部位沉降观测。受基坑挖土等施工影响，基坑周边地层会发生不同限度变形，特别是工程处在软弱复杂地层时，因基坑挖土和地下构造施工而引起地层变形，会对周边道路、各种地下管线及基坑自身构造产生不利影响。因而在进行基坑支护构造监测同步，还必要对上述内容进行沉降监测。在远离基坑影响，相对稳定处埋设基点，用于每次观测时高程起算点，沉降观测采用精密水准仪（如上图），按国家二等水准测量规定进行施测，求出每次各点高程，其差值就是施测部位沉降变化量。建筑工程沉降监测基准点是整个监测工程起算点，是反映建构筑物变形基点，因此它稳定性和可靠性关系到整个沉降监测工程真实性。故建筑变形测量规程中明确规定，基准点应选设在变形影响范畴以外便于长期保存稳定位置。同步，应布设2个距离较近而又稳定参照点，以检核基准点可靠性，虽然基准点被破坏还可以运用其予以恢复。由于受环境影响，某些钢立柱沉降监测也许无法运用上述办法施测，因而，对于该状况可采用前文所述全站仪运用三角高程办法进行监测。6、分层沉降观测基坑挖土过程，实际对基坑底下土体是一种卸载过程。随着基坑内土体开挖，坑底下层土压力随之减少，引起坑内土体反弹。此外，由于基坑内土体开挖，使坑内外土体形成一种土压力差，坑外土体通过围护桩底往内涌入，严重时会产生坑底隆起现象，使坑外土体大量涌入基坑，导致涌土现象，特别是在砂性土地区，在动力水头作用下会浮现涌砂，对基坑安全危害较大。这种变形可以采用钢尺沉降仪（如上图）配合专用PVC导管和磁力环来进行监测，当钢尺沉降仪沿沉降管接触到磁力环磁性时，会产生蜂鸣声或瞬时电流，此时钢尺读数就是磁力环所处地层土体深度，重复观测后对比浮现数值变化即是基坑内土体回弹量。六、监测频率正常状况下，针对当前施工部位：基坑开挖阶段：监测频率为1次/天；底板浇铸完毕后：监测频率为1次/2天；地下构造施工结束后一种月内：监测频率为1次/周；特殊状况下如基坑监测数据变化超警戒值且变化无减缓迹象、开挖期间天气十分恶劣等，经协商可恰当加密观测次数。七、监测报警值根据工程类比、构造计算及周边状况、材质，结合关于规范、规程，及工程设计单位详细规定，监测方依照以往基坑监测经验，将各项手段监测报警值暂定如下：1、 基坑外地表沉降报警值为基坑挖深2，即36mm；2、 煤气管线沉降报警值为10mm；其他管线沉降报警值为20mm；3、 构造体沉降监测报警值为1，即18mm；4、 水平位移及倾斜报警值为基坑挖深1.4，即25mm；5、 地下水位监测报警值为500mm；6、 应力及应变监测报警值为设计极限值80%（依照实际设计值分别进行拟定）；7、 基底反弹监测报警值为基坑挖深2，即36mm；当观测值临近此极限值时提出预警，当观测值超过此极限值时提出报警，并即时与甲方及监理进行沟通。八、使用仪器和设备1、Ni007水准仪：水准器格值：8/2mm测微器分划值：0.05mm自动安平补偿性能：0.20标尺刻划间隔：5mm2、DTM-352C全站仪：测角精度：2放大倍率：30倍测距精度：2mm+2ppm补偿范畴：3水准器敏捷度：30/2mm3、SG-92型钢尺水位计测量深度：50m 最小读数：1mm 重复性误差： 2mm4、CY-82钢尺沉降仪测量深度：50m 最小读数：1mm 重复性误差： 2mm5、RQBF-698A数字测斜仪分辩率：2抗渗：180m抗震：100g观测精度为0.1mm/0.5m测程0.5m6、雷迪4000管线探测仪T10大功率发射机输出功率高达10W，探测距离和深度更大两种感应频率：8kHz、33kHz （65kHz可选）原则故障定位（FF）频率：8kHz+8Hz电流方向（CD）频率：640Hz+320Hz九、生产质量保证办法1. 根据质量管理体系人员分工，各伺其职、逐级管理、全面合伙，保证监测工作顺利开展。 2. 实行全面质量管理，强化质量保证体系，严格执行各种规范、规程及技术规定，保证监测工作质量。3. 监测工作开始前对参加人员与作业人员进行技术交底，学习规范，保证作业人员高质量地完毕各项监测任务。4. 加强安全教诲，严格执行工程各项安全制度，作业期间要有安全办法保证，保证人员、仪器及设备安全，真正做到安全生产、文明施工。5. 积极与设计和监理各方作好协调和配合工作。6. 监测工作进入冬、雨季时监测方密切注意数据变化，并保证监测工作不误时、不缺项，同步保证仪器及人员设备安全。7. 对成果质量进行全面检查。8. 观测人员、监测仪器及监测时间相对固定，当天监测成果，当天计算，以便及时发现状况，及时解决。9. 基坑监测重点部位浮现异常或危害状况，及时与甲方及监理进行磋商，可恰当加密监测点或加密监测周期。10. 监测点安装埋设完毕后，观测前绘制测点位置竣工图并进行测点保护。11. 正式开挖前预降水开始，即进行周边环境和围护体监测，监测频率与监理协商后再定，由于没有正式开挖，因此监测频率原则上不超过每周一次。12. 开挖前巡检海河堤岸与否有裂缝，如有裂缝应进行拍照取证。正式开挖后，应进行定期巡检，必要时进行裂缝观测。十、监测筹划根据总包施工筹划，制定如下监测筹划：1围护桩监测硬件埋设7月9月：完毕所有围护桩监测硬件（钢筋计六处共120个、水压力计到处共32个、土压力计到处共32个、桩身倾斜25处）埋设工作。2周边环境监测点布设11月2012月10日：完毕所有周边环境（地表沉降点105个、管线沉降点124个、海河堤岸10个）监测点布设工作。3基坑土体内外侧硬件钻孔安装11月1512月15日：完毕所有基坑土体内外侧硬件（土体测斜14处、潜水水位孔15处、承压水水位孔9处、基底反弹孔7处）钻孔安装工作。4支撑轴力计依照施工筹划，在各构造层支撑绑筋时安装（第一道支撑上设立测点24个、第二、三道支撑各设立42个测点）。5钢立柱变形监测点12月完毕11个钢立柱表面应变计、38个钢立柱位移和沉降监测点安装。6监测实行12月地下构造施工结束后一种月：完毕基坑监测工作。