第10章-基坑工程施工监测.ppt

第第10章章 基坑工程施工监测基坑工程施工监测主要内容主要内容概述监测内容及方法监测技术设计监测数据整理与分析基坑监测实例10.1 概述概述 基坑在开挖过程中，开挖区的自然状态发生了变化，基坑内外的土体也由原来静止的土压力状态向被动和主动的土压力状态转变，应力状态的改变首先引起基坑支护结构承受荷载而内力发生改变，其次引起坑内土体隆起、基坑支护结构及其周围土体的侧向位移和沉降，如果内力和变形的量值超过允许的范围，将导致基坑的失稳甚至破坏。目前的基坑工程主要集中在城市，基坑周围有较多的地上和地下建构筑物，地上的建构筑物相当于庞大的集中荷载，加剧基坑内外土体的变形，土体的过大变形又促使地上和地下建构筑物产生较大的变形甚至破坏，如地上建构筑物的倾斜、裂缝和地下管线的破裂等。监测目的监测目的（1）保证基坑支护结构和邻近建筑物的安全；（2）验证设计所采取的各种假设和参数，并进行及时的修正和完善；（3）不断积累工程经验，提高基坑工程设计和施工的水平。10.2 监测内容及方法监测内容及方法 监测内容监测内容基坑工程施工监测的对象主要为围护结构和周围环境两大部分；围护结构包括围护桩墙、水平支撑、围檩和圈梁、立柱、坑底土层和坑内地下水等；周围环境包括周围土层、地下管线、周围建筑和坑外地下水等；各个监测对象包含不同的监测内容，需要使用相应的监测仪器和仪表。表表10.1 10.1 基坑工程施工基坑工程施工监测监测的内容的内容序号序号监测对监测对象象监测监测内容内容监测仪监测仪器和器和仪仪表表（一）围护结构1围护桩墙桩墙顶水平位移与沉降全站仪、水准仪等桩墙深层位移测斜仪等桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪等桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头、频率仪等2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪等3围檩、圈梁内力钢筋应力传感器、频率仪等水平位移全站仪等4立柱沉降水准仪等5坑底土层隆起水准仪等6坑内地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等（二）周围环境7周围土层分层沉降分层沉降仪、频率仪等水平位移全站仪等8地下管线沉降水准仪等水平位移全站仪等9周围建筑沉降水准仪等倾斜全站仪等裂缝裂缝监测仪等10坑外地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等分层水压孔隙水压力探头、频率仪等表表10.1 10.1 基坑工程施工基坑工程施工监测监测的内容的内容围护桩墙顶水平位移监测围护桩墙顶水平位移监测水平位移监测方法有极坐标法、前方交会法、视准线法等多种，由于全站仪的普及及应用，目前也可以采用全站仪坐标测量功能直接测定测点的坐标，并通过测点的坐标计算相邻周期的位移量和累积位移量。基坑开挖前，测点坐标应至少连续观测2次，取无明显差异结果的平均值作为坐标初始值。为了充分描述基坑的变形情况，便于施工监理和施工单位的理解和把握，位移的方向一般确定为基坑的纵横轴线方向。基坑沉降监测的目的首先是为了保证基坑的施工安全，因此必须具有较高的监测精度。目前，精密水准测量方法广泛应用于基坑的沉降监测。测量时，一般自工作基点经过各个监测点形成一条或多条闭合路线，如果特殊点位只能采用支水准路线进行监测，应进行往返测量，往返高差之差也应满足精密水准测量相应的观测要求。围护桩墙顶沉降监测围护桩墙顶沉降监测深层水平位移监测深层水平位移监测深层水平位移指基坑围护桩墙和土体在不同深度上的水平位移，通常采用测斜仪测量。测斜仪由测斜管、测斜探头、连接电缆和测读仪组成。测斜管一般在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，根据其制造材料可分为塑料（PVC）和铝合金两种；测斜探头是倾角传感元件，其外观为细长金属鱼雷状，上、下两端配有两对滑轮。连接电缆是连接测斜探头和测读仪的一条导线，它具有四个作用：作为提升和下放探头的绳索、作为探头的深度尺、向探头供应电源、向测读仪传递测量信息。测读仪是测斜仪探头的二次仪表，以倾斜角或其正弦值显示探头的测量信息。图图10-1 测斜仪种类测斜仪种类 测斜管埋设测斜管埋设测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式。绑扎埋设是将测斜管在现场组装后绑扎在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑前应封好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，防止水泥沙浆渗入管内。钻孔埋设是预先在土层中钻孔，孔径略大于测斜管的外径，将测斜管封好底盖逐节组装逐节下放到钻孔内，同时在测斜管内注满清水，直到放到预定的标高，随后在测斜管与钻孔之间回填细砂和水泥与粘土拌合的材料固定测斜管，用清水将测斜管冲洗干净。埋设时应避免测斜管的纵向旋转，管节连接时应将上、下管节的滑槽严格对准，测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致，为确认测斜管的导槽是否畅通，可先用探头模型放入测斜管滑行一次。基坑回弹监测基坑回弹监测基坑开挖后，由于卸除地基土自重，引起基坑底面及坑外一定范围内土体相对于开挖前的回弹变形，称基坑回弹。深大基坑土体的回弹量对基坑本身和邻近建筑物将产生一定的影响。基坑回弹可采用回弹监测标和深层沉降标进行监测，如果进行分层沉降监测，当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时，监测到的土层隆起也相当于基坑回弹量。图图10-2 10-2 回弹监测标回弹监测标回弹监测标埋设和观测回弹监测标埋设和观测采用钻孔法，钻杆外径与标志的直径相适应。钻至基坑设计标高以下20cm时，将回弹监测标旋入钻杆下端，沿钻孔缓慢放到孔底，并压入孔底土中4050cm，此时回弹标尾部已被压入土中，旋开钻杆使回弹标脱离钻杆，提起钻杆。放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面高程。测完后，将辅助测杆、保护管（套管）提出地面，用砂或素土将钻孔回填，为开挖后方便地找到回弹标，可先用白灰回填5cm左右。回弹监测不应少于三次，具体安排是：第一次在基坑开挖之前，第二次在基坑挖好之后，第三次在浇灌基础混凝土之前。当基坑挖完至基础施工的间隔时间太长时，应适当增加监测次数。土体分层沉降监测土体分层沉降监测土体分层沉降是指地表以下不同深度土层内点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪测量。磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导线以及电感探测装置组成。分层沉降管由波纹状柔性塑料管制成，管外每隔一定的距离安放一个钢环，土层分层沉降时钢环也同步沉降。磁磁性性分分层层沉沉降降仪仪测测量量原原理理分层沉降管和钢环的埋设分层沉降管和钢环的埋设分层沉降管和钢环应采用钻孔法在基坑开挖前预先埋设。先在预定位置钻孔，取出的土分层分别堆放，当孔底标高略低于欲测量土层的标高时，提起套管3040cm，然后将引导管逐节连接并放入到孔底监测点位置。引导管放好后，用膨胀粘土球填充引导管与孔壁间的缝隙，并捣实到最低的沉降环位置，再用一只铅质开口送筒装上沉降环，套在引导管上并送至预埋位置，再用直径5cm的硬质塑料管把沉降环推出并压入土中，弹开沉降钢环卡子，使沉降环的弹性卡子牢固地嵌入土中，提起套管至待埋沉降环位置以上3040cm，当钻孔内回填该层土球至要埋的沉降环标高处，再用如上步骤推入上一个标高的沉降环，直至全部埋完。固定孔口，做好孔口的保护装置。观测方法观测方法测量时，当探头从引导管缓慢下放到预埋的沉降环时，电感探测装置上的蜂鸣器发出叫声，此时根据测量导线上的标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，可计算沉降环所在位置的标高，测量精度可达1mm。沉降环埋好后，就可以测量孔口标高和各个沉降环的初始标高，用各个沉降环的初始标高减去基坑开挖过程中测得的标高，获得各土层在施工过程中的沉降或隆起。支挡构件内力监测支挡构件内力监测采用钢筋混凝土材料制作的基坑支挡构件，其内力或轴力通常是在钢筋混凝土中埋设钢筋计，通过测定构件受力钢筋的应力或应变，根据钢筋与混凝土的变形协调原理进行计算。钢筋计主要有钢弦式和电阻应变式两种，二次仪表分别用频率计和电阻应变仪。（a）钢筋应力计布置）钢筋应力计布置 （b）钢筋应变计布置）钢筋应变计布置图图10-4 钢筋计的布置钢筋计的布置10.3 监测技术设计监测技术设计准备工作准备工作通过个人接触和会议等形式，与建设单位、设计单位、施工单位、监理单位进行沟通和协调，听取他们对基坑监测的意见和要求，争取他们对基坑监测工作的支持。收集工程地质勘察报告、基坑支护结构设计图、工程主体结构设计图、施工区地形图或平面图、综合管线图、基坑施工组织设计等，并组织主要监测人员进行认真分析和研究。现场踏勘和调查，掌握开挖区周围地面建构筑物和地下管线的状况，根据监测内容考虑监测点的布置和确定监测技术方法等系列问题。技术设计的内容工程概况；监测内容的确定；监测点位的布设；监测仪器仪表的选择和监测方法、精度的确定；监测频率和期限的确定；预警值和报警制度的制定等。技术设计初稿必要时可征求有关方的意见并进行修改，当通过有关各方认定后，具体实施中一般不作大的变动，但可以根据具体情况作局部调整。监测内容的确定监测内容的确定基坑施工监测的内容见表10.1。对一个具体的基坑工程，监测内容应根据具体情况而定，主要取决于工程的设计要求、地质条件、规模大小、周围环境以及建设单位的要求等；表10.2是国家行业标准建筑基坑支护技术规程JGJ120-99规定的基坑侧壁安全等级，以及据此等级确定的监测内容。表表10.2 10.2 基坑工程安全等基坑工程安全等级级及及监测监测内容内容监测内容安全等级一级二级三级支护结构水平位移周围建筑物及地下管线变形地下水位桩墙内力锚杆拉力支撑轴力立柱变形土体分层沉降支护结构侧向压力注：1.一级、二级、三级分别表示破坏后果很严重、一般、不严重。2.应测；宜测；可测。监测点位的布设监测点位的布设（1）桩墙顶水平位移和沉降测量点分为基准点、工作基点和监测点。监测点一般布设在围护结构混凝土圈梁上和水泥搅拌桩、放坡开挖时的上部压顶上，要求既不易被破坏，又能真实反映基坑的变形，当基坑有支撑时，监测点一般布设在两根支撑的跨中。监测点可采用铆钉枪打入铝钉或钻孔埋设膨胀螺丝，测点间距一般取815m，可以等距离布设，也可以根据场地堆载、通视条件等具体情况不等距离布设，对于水平位移变化剧烈的区域应适当增加点数。采用全站仪进行监测时，监测标志的直径与仪器基座底孔的直径接近，方便于强制安装反射棱镜，提高监测精度。沉降监测点标志可与水平位移监测点标志分开布置，也可以共用。立柱桩上方一般要布设监测点，对多根支撑交汇的以及用作施工栈桥处的立柱桩应重点监测。（2）深层水平位移深层水平位移监测点的点位与数量根据设计和工程需要确定。一般来说，基坑的短边中间部位应布设一个监测点，长边上应每隔30m左右布设一个监测点。监测深度一般与围护桩墙深度一致，深度方向的测点间距一般取0.51.0m。（3）基坑回弹基坑回弹监测点根据基坑形状及地质条件布设，以最少的点数测出所需各纵横面回弹量为原则，可利用回弹变形的近似对称特性布点。基坑中央和距离坑底边缘约1/4坑底宽度处应布点，方形、圆形基坑可按单向对称布点，矩形基坑可按纵横向对称布点，复合矩形基坑可多向布点。对基坑外的监测点，应在所选坑内方向线的延长线上布点，离基坑距离约为1.52倍基坑深度。（4）土体分层沉降分层沉降监测点点位根据设计和工程需要确定。一般布设在围护结构体系中受力有代表性的位置，应紧邻围护桩墙埋设。点的数量与深度根据分层土的分布情况确定，原则上每一土层设一点，最浅的点低于基础底面至少50cm，最深的点应在超过压缩层理论厚度处。（5）结构内力对于设置内支撑的基坑工程，可选择部分典型支撑进行轴力变化监测。支撑轴力的测点布设主要由平面、立面和断面三种因素决定。由于基坑开挖、支撑设置和拆除是一个动态过程，在立面方向不同标高处的各道支撑都应监测，各道支撑的测点应布设在同一平面轴力最大的杆件上。在缺乏计算资料的情况下，通常选择平面净跨较大的支撑杆件进行监测，监测断面布设在支撑的跨中位置。围护桩墙的内力监测点布设在围护结构体系中受力有代表性的钢筋混凝土支护桩或地下连续墙的主受力钢筋上。（6）坑外地下水在基坑降水期间，坑外地下水监测的目的在于检验基坑止水帷幕的效果，必要时采取灌水补给措施，避免基坑降水对周围环境的影响。坑外地下水一般通过监测井监测，井内设置带孔塑料管，并用砂石充填管壁外侧。监测井布设在止水帷幕以外，其位置根据搅拌桩施工搭接、相邻房屋和地下管线的具体情况选择。监测井不必很深，管底标高一般在常年水位以下45m。（7）周围环境周围环境主要指基坑开挖3倍深度范围内的建构筑物和管线，主要为沉降监测。建构筑物测点主要布设在墙角、柱身等特征部位，能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。管线上测点的布设要考虑其重要性和变形的敏感性，如上水管承接式接头应按23节度布设1个监测点，有弯头和丁字形接头处应布设监测点。监测期限和频率的确定监测期限和频率的确定基坑监测贯穿基坑开挖和地下结构施工的全过程，即从基坑开挖第一批土到地下结构施工至0.00标高，基坑越大，施工时间越长，监测期限就越长。监测频率可根据实际情况参照规范执行。预警值和报警制度的制定预警值和报警制度的制定预警值是一个定量指标，在其允许范围内可认为工程是安全的，否则认为工程处于不稳定状态，将对工程自身及其周围环境产生有害影响。确定预警值时应注意下列基本原则：（1）满足现行相关规范和规程的要求；（2）满足工程设计的要求；（3）考虑各主管部门对所辖保护对象的要求；（4）考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济等因素。目前，预警值的确定主要参照现行规范和规程的规定值、设计预估值和经验类比值。表表10.3 10.3 基坑工程等基坑工程等级级划分及划分及变变形形监监控允控允许值许值安全等级一级二级三级破坏程度很严重严重不严重工程复杂程度基坑深度（m）149149地下水埋深（m）5软土层厚度（m）5252基坑与周围建筑边缘净距（m）1.0h监控内容监控值设计值监控值设计值墙顶位移（mm）30506080宜按二级标准控制，当环境条件许可时可适当放宽墙体最大位移（mm）608090120地面最大沉降（mm）305060100最大差异沉降（mm）6/100012/100010.4 监测数据整理与分析监测数据整理与分析监测数据整理监测数据整理基坑监测内容较多，监测前应设计各种不同的外业记录表格；记录表格的设计应以记录和数据处理的方便为原则，在监测中观测到的或出现的异常情况也应在记录表格中有所体现；为表明原始成果的真实性，记录表格中的原始数据不得随意更改，必须更改时，应加以说明。外业观测完成后，应及时分类整理外业记录表格。监测成果是施工安排和调整的依据，对外业监测数据应尽快进行计算处理，向工程建设、监理等有关单位提交日报表或当期的监测技术报告。日报表中不但要体现当期的监测成果，还要体现当期与以往相关成果的关系，方便其他单位或人员更直观地理解和把握。表表10.4 10.4 工程基坑工程基坑沉降沉降监测报监测报表表首期首期观测时间观测时间：.上期上期观测时间观测时间：.本期本期观测时间观测时间：.点名高程（m）沉降量（mm）沉降速率（mm/d）累积沉降量（mm）备注首期上期本期注：1.沉降量=上期高程-本期高程；沉降速率=沉降量/间隔天数；累积沉降量=首期高程-本期高程。2.“+”表示下沉，“-”表示上升；预警值为mm/d和mm，“红色”表示超过预警值。总结报告的主要内容（1）工程概况；（2）监测内容和控制指标；（3）监测仪器仪表、监测方法、监测周期、数据处理方法；（4）监测点布置与埋设方法、平面和立面布置图、监测成果汇总表、成果分析曲线；（5）结论与建议。监测结果分析监测结果分析获得一定数量的监测成果后，应进行变形分析，以便更好地指导施工。监测全部结束后，应采用全部监测成果进行变形分析，总结出基坑变形的规律和特点，也为今后的基坑监测积累经验。变形分析应充分结合工程施工过程中出现的各种具体情况，结合监测人员所作的监测日记。基准点、工作基点的稳定性分析基准点、工作基点的稳定性分析为了检查基准点自身的稳定性，可将基准点构成简单的网形，定期进行复测检查；必要时根据复测平差成果，采用统计检验方法进行基准点的稳定性分析。10.5 基坑监测实例基坑监测实例工程概况工程概况某大学校园新建教科研综合大楼，高13层，地下2层，基坑长约63m，宽约35m，开挖深约9m。基坑主要采用钻孔灌注桩加钢支撑作为挡土结构，采用深搅桩作为止水帷幕；该基坑工程北邻一条主干道，西侧有两幢多层住宅，南面是停车场房和物理楼，东侧为配电房和教学楼。基坑开挖必然会对基坑围护结构、周边邻近建筑物、道路等产生一定的影响，在基坑施工阶段进行安全监测，便于掌握施工区的动态变化，及时发现不安全因素，合理安排和调节施工流程，减少经济损失及不利的社会影响。图图10-5 监测点布置略图监测点布置略图 监测方法监测方法桩顶水平位移监测采用SET 210全站仪极坐标法进行观测。周围建筑物沉降监测采用二等水准进行观测，尽可能构成闭合水准路线，所用仪器为NI007自动安平水准仪和配套的铟钢水准标尺。深层水平位移监测采用BC-1型应变式测斜仪。轴力变化监测采用XP98型振弦式应力计。图图10-6 E1、E2、E3点的水平位移时程曲线点的水平位移时程曲线图图10-7 D4、D5点的沉降时程曲线点的沉降时程曲线 图图10-8 CX310-8 CX3测斜管深层水平位移过程线测斜管深层水平位移过程线