关于基坑工程监测技术
2015-05-12
引言：
工程建设中, 要实现工程设计, 就必须根据施工现场情况, 收集信息, 调整设计, 解决设计与施工之间的矛盾, 使工程项目在保证质量和安全的前提下在预算内如期完成。要做到这一点, 施工信息化显得非常重要。施工信息化(或信息化施工) 是以建筑业信息化为总目标, 在施工过程涉及的各部门、各阶段中广泛应用信息技术, 开发信息资源, 促进施工技术和管理水平不断提高、施工生产效益显著增加的过程, 它涉及建筑业管理、建筑设计和施工等一系列活动, 是由设计、施工、监测、监理等方面组成的有机整体, 它们相互依赖, 相互支持, 不可分割, 缺一不可。
1、 基坑信息化施工中的监测技术
1. 1监测点的三维位移测量
高程监测可采用独立高程系, 用二等水准精度进行监测; 平面位移监测常采用轴线投影法或小角度法等。
1. 2围护墙体侧向位移监测
在地墙钢筋笼及钻孔灌注桩制作过程中埋入测斜管, 长度同墙(桩) 深, 测斜管管径为70mm。测斜管内壁有二组互成90b的纵向导槽, 导槽控制了测试方位。测试时, 测斜仪探头沿导槽缓缓沉至孔底, 经过一段时间恒温后, 自下而上以一定间隔,逐段测出对应方向上的位移。同时用光学仪器测量管顶位移作为控制值。经过平差计算可得各深度的侧向位移值。
1. 3坑外土体侧向位移监测
可在基坑外侧距地墙外边缘一定距离的位置(随工程情况而定) 钻孔埋设测斜管, 管径为70mm, 长度超过墙深5m, 埋设的主要目的是监测地墙底部的变形。埋设时采用5110钻头成孔, 埋设70的专用监测PVC管, 下管后用中砂密实, 孔顶附近再填充泥球, 以防止地表水的渗入, 其原理与围护墙体侧向位移监测相同。
1. 4地墙钢筋应力监测
由于某些基坑工程开挖深度较大, 周边环境对变形要求很高, 地墙较厚( 1000mm或更多), 必须在地墙钢筋笼内设置钢筋应力计以测得地墙内力变化情况。因塔楼区基坑呈圆形, 每个地墙槽段呈折线型, 因此应力计的设置要能分别监测地墙钢筋竖向和环向的内力变化情况。在地墙钢筋笼绑扎好放入基槽前, 将应力计焊接在设计深度处的墙体主筋上, 并将导线引出地面, 同时作好保护措施避免地墙混凝土浇灌时被破坏(曹国金等, 2002)。例如ZXY-Ⅱ型频率计实测振弦式钢筋应力计频率的变化, 根据出厂时标定的频率-应力率定值, 求得应力变化值:
式中K为率定系数(kN/Hz2), F0 为应力计初始频率(Hz), Fx 为应力计测试频率(Hz), Rx 为实测钢筋计的应力(MPa), S为应力计截面积(m2), 圈梁、围檩及立柱桩的钢筋应力测试方法和原理相同。
1. 5地墙混凝土应力监测
对地墙的钢筋受力状况和混凝土受力状况分别进行监控, 可以确定两者的受力是否协调。在地墙钢筋笼, 放入基槽前, 将混凝土应变计安装在设计深度处的墙体上, 并将导线引出地面。用ZXY-Ⅱ型频率计实测混凝土应变计频率变化, 根据出厂时标定的频率-应变率定值, 求得应变量变化值, 从而推算出墙体混凝土应力。圈梁、围檩的混凝土应力测试方法和原理相同。
1. 6地墙墙侧土压力监测
基坑开挖施工中, 由于坑内土体卸载, 导致墙体内外土压力失衡。对坑底以下地墙迎坑面一侧土压力的变化进行监测, 可以有依据地控制开挖速率, 以达到施工安全。用振弦式土压力计实测其频率的变化, 根据出厂时标定的频率-压力率定值, 求得土压力值。采用挂布法埋设。安装时, 预先将缝有土应力计的帆布挂帘平铺在钢筋笼表面并与钢筋笼绑扎固定, 挂帘随钢筋笼一起吊入槽内, 在浇筑混凝土时, 由于混凝土在挂帘的内侧, 利用流态混凝土的侧向挤压力将挂帘连同土应力计一起压向土层, 并迫使土应力计与土层垂直表面密贴。
1. 7坑外孔隙水压力监测
基坑开挖及深井降水均会引起坑外孔隙水压力的下降, 有必要对基坑外侧的孔隙水压孔口高程减磁环深度即得各磁环的初始高程。每次测得磁环高程与初始高程的差即为测点高程的累计变化量。
1. 9钢支撑轴力监测
为了测定深基坑内钢支撑结构的实际受力情况与设计轴力的差异, 防止围护结构的失稳破坏,须对支撑结构中受力较大的断面进行监测。被测断面埋入应变计, 支撑受到外力作用后产生形变。其应变量通过振弦式频率计来测定。测试时, 按预先标定的率定曲线, 根据应变计频率推算出支撑轴向所受的力。
2监测与分析
以某大型建筑基坑附近的地下管线变形监加以说明和分析, 该建筑塔楼为地上100多层, 地下3层, 地面高度490m, 围护墙平面呈100m内径的园形布置, 浅基坑开挖至标高-13m, 本工程基坑保护等级为一级。该大型基坑工程按前面所述项目进行监测。
2. 1地下管线变形监测
对离基坑最近10m的电力电缆、上水管、煤气管的沉降变化进行监测, 在这些管线上共设立了40个监测点。按6个工况日期进行监测, 即: ①第一层土开挖, 第一道围檩施工; ②第二层土开挖, 第二道围檩施工; ③第三层、第三道; ④第四层土开挖, 浅基坑垫层施工; ⑤深基坑施工完成; ⑥塔楼区地下结构施工。并绘出各监测点工况结束时测向位图。为其中一个监测点的位移曲线图。力变化进行监测, 了解地下水压力的变化情况, 以达到施工安全。
1. 8基坑底土体回弹和坑外分层沉降
基坑内外土体的高程动态变化, 可在基坑开挖前测得各孔的高程及各测点(磁环)深度,
浅基坑开挖后地下管线出现明显下降, 基坑外深井降水, 降水初期承压水位降深较小, 对周边管线的沉降影响不明显, 随着承压水位继续下降, 其对周边管线影响不断增加。当承压水位降深增加约5. 6m时, 周边地下管线均产生了约4~5mm的沉降。随着基坑底板的浇筑、承压水位的逐渐恢复, 管线也出现了缓慢回弹, 回弹的速度要小于沉降速率。监测数据的分析为信息化施工的安排性和方案等提供了决策依据。
2. 2注浆施工控制
根据设计, 在裙房基坑进行底层深度开挖, 要对道侧进行注浆加固, 在这期间要进行管线沉降开挖。
在第260次观测期间, 注浆施工出现了速率过快和注浆孔位过于集中的问题,根据这一数据特征调整施工方案, 然后再由监测验证方案调整的正确性和准确性, 如此不断的反复操作。从261~273次测试数据可以确定曲线趋已于平缓, 也就是说施工方案已经满足施工的安全条件, 并在效率和安全之间达到了平衡, 这种情况一直持续到注浆完毕。注浆完成后监测工作仍然进行, 当监测数据显示沉降数据恢复日常增长水平,当沉降水平达到预期值后, 施工项目宣告结束。
3结语
综上所述, 笔者给出了基坑工程中监测的项目和技术方法, 可供参考。
