浅议深基坑工程监测技术及要求
2013-03-04 来源：中国鸣网
随着我国城市建设高峰的到来，高层建筑、市政道路、立交桥地铁工程、市政污水排放工程、地下商业街、人防工程等越来越多，这些工程建设均要开挖深基坑，基坑的面积和深度向大而深方向发展。在以往深基坑施工过程中，曾发生过不少质量事故和事故隐患，致使支护系统破坏，基坑滑坡坍塌，邻近建筑物开裂破坏，基坑周围道路开裂坍塌，地下管线严重变形，止水帷幕破裂造成严重渗漏，甚至工程报废或发生重大人身伤亡事故。鉴于基坑事故造成的严重后果，在深基坑工程中监测技术和动态信息化施工技术已得到推广。
1、深基坑工程监测内容
深基坑工程的监测包括支护结构监测和周围环境监测两个方面内容。支护结构需监测挡土墙墙顶的位移、倾斜、主钢筋应力、土压力、孔隙水压力、压顶梁、腰梁及内支撑轴力、应变、立柱的沉降与隆起、锚杆的锚固力等。周围环境需监测开挖影响范围内的建筑物、地下管线和土体的沉降、倾斜、水平位移，以及土体内的水位等。在深基坑工程监测项目中，支护结构水平位移、邻近建筑物及地下管线的沉降是必不可少的内容，其余项目可根据基坑工程安全等级、场地地质条件及周围环境状况作出合理的选择。
2、支护结构监测
根据前期开挖中监测到各类支护结构的应力、变形数据，与设计中支护结构受力和变形进行比较，对原设计进行评价，判断基坑在目前开挖工况下的安全状况，并通过分析，预测下一步工况下支护结构变形和稳定状况，为优化设计提供可靠的信息，并对后续开挖及支护方案提出建议，对施工过程中可能发生的险情报警，确保基坑工程的安全。
2.1墙顶位移监测
挡土墙桩墙顶位移常用经纬仪和全站仪监测。其原理为：应用水平角全圆方向观测法，测出各点水平角度，然后计算出各点水平位移。其特点为测试简单，费用低，数据量适用。在桩墙顶冠梁上布置测点，其位置和数量根据基坑侧壁安全等级及周围建筑物和地下管线可能受影响的程度而定。对于重要基坑，一般沿地下连续墙或桩顶每隔10～15m布置一个测点。在现场建立的半永久性测站要求妥善保护，基准点设在便于观测，不受施工影响的场地，基准点宜做成深埋式。基坑开挖期间，每隔2～3d监测一次，位移速率达到5～10mm/d时，每天监测1～2次。
2.2 倾斜监测
支护结构沿基坑深度方向倾斜常用测斜仪监测，也可采用全站仪观测。在桩身或地下连续墙中埋设测斜管，测斜管底端插入桩墙底以下，使用测斜仪由底到顶逐段测量管的斜率，从而得到整个桩身水平位移曲线。固定式测斜仪是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上;活动式测斜仪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。
2.3 支护结构应力监测
用钢筋应力计或混凝土应变计沿桩身钢筋、冠梁和腰梁中较大应力断面处监测主钢筋应力或混凝土应变，对监测应力和设计值进行比较，判断桩身、冠梁、腰梁内应力是否超过设计值。
2.4 支撑结构应力监测
对于钢支撑，在支撑施加预应力前，将钢筋应力计焊接在钢管外壁。对于混凝土支撑，在钢筋笼绑扎时，将钢筋计焊接在主钢筋上，随基坑开挖，量测支撑轴力的变化。
2.5 锚杆锚固力监测
为保证锚杆张拉时达到设计的预应力值，必须进行超张拉，通过在锚头位置安装锚固力传感器，测定锚杆锁定时的锚固力及开挖过程中锚固力的变化，从而确定锚杆是否处于正常工作状态、是否达到极限破坏状态。测力计有电阻应变计式，也有钢弦式，一般采用钢弦式测力计。
2.6 土压力测试
挡土桩侧土压力采用沿挡土桩侧壁土体中埋设土压力传感器进行测试。采用钢弦式或电阻应变式压力盒。在埋设主动侧土压力盒时，其敏感膜应对准桩后，应施加较大的初压力，否则可能测不到主动土压力变化的全过程，甚至测不到数据。在埋设被动侧土压力盒时，其敏感膜面应对准桩前，不宜施加较大的初压力，否则后期土压力值超量程。
2.7 土体孔隙水压力测试
孔隙水压力计，是监测地下土体应力和水压力变化的手段。土体孔隙水压力采用振弦式孔隙水压力计测试，用数字式钢弦频率接收仪测读数据。
3、周围环境监测
基坑开挖过程中，可能对邻近建筑物、邻近道路和地下管线造成一定影响，导致下沉或失稳。需要通过监测来判断和分析，以便采取相应对策。通过监测基坑周围土体边坡的水平、垂直位移变化、地下水位变化以及裂缝观察等手段，分析判断基坑是否稳定安全，防范各类风险和事故发生。
3.1邻近建筑物的沉降观测
在深基坑开挖过程中，为了掌握邻近建筑物的沉降情况，应进行沉降观测。在被观测建筑物的首层柱上设置测点，在开挖影响范围外的建筑物柱上埋设基准点或通过钻孔至基岩内设置深埋式基准点。采用精密水准仪，测出观测点的高程，再计算沉降量。
3.2 邻近道路和地下管线的沉降观测
邻近道路和地下管线的沉降观测方法也是采用精密水准仪观测。测点布置应根据管线的材料、管节的长度、接头的方式而定。
3.3 边坡土体的位移和沉降观测
边坡土体位移采用测斜仪监测。在土体中埋设测斜管，在土体深层部分埋设分层沉降标。通过对土体位移和沉降监测，可及时掌握基坑边坡的稳定性，当边坡潜在滑裂面出现险情预兆时应及时作出报警。
3.4 地下水位测试
基坑在开挖前必须降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏，地下水的流动是引起塌方的主要因素，所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容。
3.5 裂缝观察
经验表明，每天进行肉眼巡视观察是非常重要的，巡视内容包括支护桩墙、支撑梁、冠梁、腰梁结构及邻近地面、道路、建筑物的裂缝、沉陷发生和发展情况，裂缝的快速增多和纵深发展往往是事故发生的预兆。一旦发生裂缝，应在裂缝两侧作出标记，定期量测裂缝的宽度。
4、基坑监测工作要求
根据多年的基坑监测工程实践，为确保基坑监测的真实性、数据的合理性、分析的科学性、结论的有效性，对基坑监测工作实施提出以下几点工作要求：
1） 基坑监测工作测量精度要求高，测量人员必须对相关规范熟练掌握，正确使用仪器进行熟练测量操作。
2） 基坑围护设计单位及相关单位应在作业前提出监测技术要求，指导基坑监测单位开展工作。
3） 监测单位监测前应在现场踏勘和收集相关资料基础上，依据委托方和相关单位提出的监测要求和规范编制基坑监测方案，监测方案须上报委托方及相关单位批准后方可实施。
4） 基坑工程在开挖和支撑施工过程中的力学效应是从各个侧面同时展现出来的，因此监测方案设计时应充分考虑各项监测内容间监测结果的互相印证、互相检验，从而对监测结果有全面正确的把握。
5） 监测点布设应合理，能埋的测点应在工程开工前埋设完成，应尽量减少对结构的正常受力的影响,在工程正式开工前，各项静态初始值应测取完毕。
6）监测数据的可靠性取决于测试元件安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度以及监测人员的素质。监测数据真实性要求所有数据必须以原始记录为依据，原始记录任何人不得更改、删除。
7） 监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出。因为基坑开挖是一个动态的施工过程，只有保证及时监测，才能有利于及时发现隐患，及时采取措施。
8） 对重要监测项目，应按照工程具体情况预先设定预警值和报警制度，预警值应包括变形或内力量值及其变化速率。
9） 监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。工程结束后，应对监测数据，尤其是对报警值的出现进行分析，绘制曲线图，并编写工作报告。
5、结束语
在深基坑的施工过程中，为了对基坑工程的安全性和对周围环境的影响有全面的了解，需要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，确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全。在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计参数，同时积累工作经验，为提高基坑工程设计和施工的整体水平提供依据。因此，在施工过程中对基坑支护结构、基坑周围土体和相邻建筑物进行全面、系统的监测，是非常重要的。
