简述基坑监测技术
2015-05-14
1 前言：
随着城市建设的发展，世界各大城市都对地下空间进行了不同用途的开发利用，如高层建筑多层地下室、地下铁道、地下商场以及多种地下民用和工业设施等。而基坑规模和开挖深度的增大使临时支护结构变形和稳定问题变得复杂和突出，成为工程界十分关注的问题。一方面，平面尺寸和开挖深度的增大引发许多新问题，根据现有理论和经验难以解决；另一方面，随着城市各类建筑物密集程度增大，相邻环境、地下管线、地面交通对基坑开挖以及施工之后产生的变位和不利影响有更为严格的限制。因此，做好基坑工程监测，尤其是施工过程中的深基坑工程监测十分重要。
2 深基坑监测的意义
深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和监测相结合是指导基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境――地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。
3基坑监测的目的和内容
3.1基坑监测的目的
1)及时掌握基坑开挖、降水及施工过程中支护结构的实际状态（位移、沉降和变化速率等）及周边环境（建筑物、地下管道、道路）的变化情况，为基坑施工和周边环境的安全与稳定提供监控数据；
2)为基坑安全施工提供保证，做到施工可预控性和防患于未然；
3)将现场测量结果及时反馈，做到信息化施工，使施工过程安全、经济、快捷；
4)将现场监测结果与理论预测值比较，以指导其它工程。
3.2基坑监测内容
基坑监测的内容主要有：支护结构监测、周围环境监测等。
3.2.1支护结构监测
1)支护结构顶部水平位移监测。支护结构顶部水平位移是支护结构变形最直观的体现，因此，该部位监测是深基坑监测工作中最重要的一个监测内容。监测时测点的布置和观测间隔应遵循以下原则：一般间隔5～10m布设一个监测点，在基坑转折处、距周围建筑物较近处等重要部位适当加密布点。基坑开挖初期，可每隔2～3天监测一次；随着开挖卸荷量增加，可适当增加观测次数，以1天观测一次为宜。当位移较大或超过报警值时，应连续监测。
2)支护结构深层水平位移监测。一般用测斜仪进行。根据支护结构受力特点及周围环境等因素，在关键地方预埋或钻孔布设测斜管，用高精度测斜仪进行监测。根据支护结构在各开挖施工阶段的倾斜变化，及时提供支护结构沿深度方向的水平位移随时问变化的曲线。目前工程中使用最多的是滑移式测斜仪。其基本原理是将测斜探头放入测斜管底部，提升电缆使测斜探头沿测斜管导槽滑动，自下而上每隔0.5m距离逐点量测每个测点相对于铅垂线的偏移量。测点间距一般就是探头本身长度（一般为0.5m），因而可以认为量测结果沿整个测斜孔是连续的。这样，同一量测点初值与末值两次测量结果之差，即表示该监测周期内支护结构在该点的角变位。根据这个角变位，利用简单的几何关系把它们换算成每个测点相对于测斜管基准点的水平位移。设置在支护结构中的测斜点，一般间隔20～30m布设一个测斜监测点，测斜管埋置深度一般比基坑开挖深度多5米以上。
3)支护结构沉降监测。用精密水准仪按常规方法对支护结构的进行沉降监测，其测点布设密度与支护结构水平位移点相约，实际监测中多与水平位移监测共用一观测点。
4)支护结构应力监测。用钢筋应力计对桩身钢筋和锁口梁钢筋中较大应力断面处的应力进行监测，以防支护结构的结构性破坏。
5)支撑结构受力监测。即对锚杆和钢筋混凝土及钢筋内支撑内力状况进行监测。对锚杆施工前进行锚杆现场拉拔试验，以求得锚杆容许拉力。在锚杆锁定时安装锚索测力计，实时监测锚索内力变化。对钢管支撑，可用压应力传感器或应变计等监测其受力状态的变化。
3.2.2周围环境监测
1)邻近建筑物沉降和倾斜监测。观测点布置根据建筑物体积、结构、工程地质条件、开挖方案等因素综合考虑，一般在建筑物角点、中点及周边设置，每栋建筑物观测点不少于4个。观测方法和观测精度与一般沉降观测相同。
2)邻近建筑物裂缝监测。对观测裂缝统一编号，每条裂缝至少布设两组(两侧各一个标志为一组)观测标志，裂缝宽度数据应精确至0.1mm，一组在裂缝最宽处，另一组在裂缝末端进行测绘。对裂缝观测日期、部位、长度、宽度进行详细记录。裂缝观测标志可用油漆平行性标志或用建筑胶粘贴金属片标志，也可采用在主要裂缝部位粘贴骑缝石膏条的简单方法进行观测。
3)邻近道路、管线变形监测。基坑开挖过程中，同时对邻近道路、管线等设施进行水平位移和沉降观测。基坑开挖时，受开挖影响较大范围约为1倍基坑开挖深度，受影响范围约为3倍开挖深度，因此用于水平位移及沉降的控制点一般设置在基坑边3倍开挖距离以外，水平位移控制点可更远一些。
3.2.3其它
表层土体沉降、水平位移以及深层土体分层沉降和水平位移监测、桩侧土压力监测、坑底隆起监测、土层孔隙水压力测试、地下水位测试等。
4 测点的布设
测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。在确定测点的布设前，必须知道基地的地质情况和基坑的支护设计方案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。
原则上，能埋的测点应在工程开工前埋设完成，并应保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项静态初始值应测取完毕。沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上，只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点，则可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点，此时的模拟桩的深度应稍大于管线深度，且地表应设井盖保护，不止于影响行人安全；如果马路上有管线设备（如管线井、阀门等）的话，则可在设备上直接设点观测。
测斜管(测地下土体、支护桩体的侧向位移)的安装：测斜管应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑支护结构以20～30m的间距布设；支护桩体测斜管应在支护桩体浇灌混凝土时放入；地下土体测斜管的埋设须用钻机钻孔，放入管子后再用黄砂填实孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或设井框保护。测斜管的埋设要注意十字槽须与基坑边垂直。
基坑在开挖前必须要降低地下水位，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；水位监测管的埋设应根据地下水文资料，在含水量大和渗水性强的地方，在紧靠基坑的外边，以20～30m的间距平行于基坑边埋设，埋设方法与地下土体测斜管的埋设相同。
分层沉降管的埋设也与测斜管的埋设方法相同。埋设时须注意波纹管外的铜环不要被破坏；一般情况下，铜环每1m放一个比较适宜。基坑内也可用分层沉降管来监测基坑底部的回弹，当然基坑的回弹也可用精密水准测量法解决。
5 结语：
深基坑的支护设计、施工及监测，在实践中已逐渐形成统一的系统施工工艺流程，基坑监测是其中一个重要的组成部分。随着人们对基坑监测及其周边建筑物沉降观测的重视，基坑监测工作将越来越细化。监测单位和监测人员将不再仅满足于提供监测数据，还应加强对基坑水文地质的了解与分析、基坑与周边相邻建筑物关系的分析研究，能够在提供及时有效数据的同时，提供正确可靠的结论和相应的基坑或周边相邻建筑物加固方案，提高服务质量和水平。
