深基坑支护工程监测技术
2015-03-27
目前国内建设中，建筑逐渐向纵向空间发展，而基坑工程也随之向大和深方向发展。因为基坑工程的设计假设工况模型还无法完全反映出施工过程中的具体情况，及深基坑工程具有较高的复杂性，因此务必通过基坑监测获得各种变形数据来进行对下一步施工的参考。通过信息化的管理方式将有关施工信息传达给各个施工单位，帮助其合理地判断当前的支护结构以及周边环境的安全状态，以便在发生事故时能够及时采取有效措施进行处理，使施工单位能够更加准确地进行安全施工。
1．深基坑施工监测的特点
1.1时效性
基坑监测通常是配合降水及土方开挖过程，有鲜明的时间性，测量结果是动态变化的。深基坑施工中监测需随时进行，在测量对象变化快的关键时期，可能每天需进行数次。基坑监测的时效性要求对应的方法和设备具有采集数据快、全天候工作的能力，甚至适应夜晚或大雾天气等严酷的环境条件。
1.2高精度
普通工程测量中误差限值通常在数毫米，例如60m以下建筑物在测站上测定的高差中误差限值为2.5mm，而正常情况下基坑施工中的环境变形速率可能在0.1mm/d以下，要测到这样的变形精度，普通测量方法和仪器是不能胜任的，因此基坑施工中的测量通常采用一些特殊的高精度仪器。
1.3等精度
基坑施工中的监测通常只要求测得相对变化值，而不要求测量绝对值。例如，普通测量要求将建筑物在地面定位，这是一个绝对量坐标及高程的测量，而在基坑边壁变形测量中，只要求测定边壁相对于原来基准位置的位移即可，而边壁原来的位置（坐标及高程）可能完全不需要知道。
2.基坑支护监测内容
基坑支护监测一般需要进行下列项目的测量：（1）监控点高程和平面位移的测量；（2）支护结构和被支护土体的侧向位移测量；（3）基坑坑底隆起测量；（4）支护结构内外土压力测量；（5）支护结构内外孔隙水压力测量；（6）支护结构的内力测量；（7）地下水位变化的测量；（8）邻近基坑的建筑物和管线变形测量等。通过对基坑的监测,基本上可以了解基坑的稳定情况。
3.监测方案
监测方案必须建立在对工程场地地质条件、基坑围护设计和施工方案以及基坑工程相邻环境详尽的调查基础之上。基坑工程施工现场监测的内容综合起来可分为两大部分，即围护结构和支撑体系，周围土体和相邻环境。
3.1监测组织建立
根据工程的特点和要求，组建专业监测小组，负责该工程监测的计划、组织和质量审核。
⑴监测小组由经验丰富的专业技术人员组成；
⑵做好基准点和监测点的保护工作；
⑶采用专门的测量仪器进行监测,并定期标定，测量仪器由专人使用,专人保养,定期检验；
⑷测量数据在现场检验,室内复核后才上报,并建立审核制度,对采集的数据及其处理结果经过校验审核后方可提交；
⑸严格按现行《建筑基坑支护技术规程》等规范与有关细则操作，根据测量及分析的结果,及时调整监测方案的实施；
⑹测量数据的储存、计算与管理,由专人采用计算机及专用软件进行；
⑺定期开展相应的QC小组活动,交流信息和经验。
3.2控制点设置
控制点是整个监测的基准，所以在远离基坑的比较安全的地方布设。每次监测时，均应检查控制点本身是否受环境影响或破坏，确保监测结果的可靠性。
3.2.1平面控制网的布设
平面控制网应为独立控制网。控制点的埋设，应以工程的地质条件为依据，因地制宜进行，均应采用强制对中观测墩，对于自由等边三角形所组成的规则网形，当边长在200m以内时，测角网具有较好的点精度。
3.2.2水准基点的布设
水准基点作为沉降监测基准的水准点，一般设置三个水准点构成一组，要求埋设在基岩上或在沉降影响范围之外稳定的建筑物基础上，作为整个高程变形监测控制网的起始点。
3.3围护结构和支撑体系的监测
3.3.1围护结构水平位移、沉降的监测
在围护结构顶部设置水平位移观测点兼作沉降观测点，测点采用钢筋桩预埋在桩顶上，钢筋上刻上十字丝作为点位观测用。测点间距的确定主要考虑能据此描绘出基坑围护结构的变化曲线。
3.3.2桩体的深层水平位移监测
基坑开挖中，桩体侧向变形是最重要的监测项目。通常采用测斜仪测量，将围护桩在不同深度上点的水平位移按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线。
3.3.3支撑的稳定性控制
支撑的稳定性是控制整个基坑稳定的重要因素之一，有钢支撑和钢筋混凝土支撑等，支撑轴力监测对了解支撑的受力状况，保障支撑安全有着重要意义。考虑到支撑布置情况，按最不利工况，可选择其中的几条支撑进行轴力监测。
3.4周围土体的监测
基坑周围土体开挖必定会引起邻近基坑周围土体的变形。过量的变形将影响邻近建筑物和市政管线的正常使用，甚至导致破坏。因此，必须在基坑施工期间对它们的变形进行监测。
3.4.1深层水平位移监测可在
土体关键部位埋设测斜管，用测斜仪对土体深层水平位移进行监测，同样绘制水平位移─深度变化曲线。
3.4.2地下水位的监测采用测
水位高程方法，先在设计点位钻孔，然后下入PVC过滤管，填砾，并测得孔内稳定水位，成井后，用电阻水位仪定期测量孔内水位埋深。
3.5相邻环境监测
3.5.1建筑物的变形监测可以
分为沉降监测、水平位移监测和裂缝监测等部分内容。当建筑物发生裂缝时，应先对裂缝进行编号，然后监测裂缝的位置、走向、长度及宽度等。根据裂缝的情况选择代表性的位置于裂缝两侧各埋设一个标点，定期的测定两个标点间距离变化值，以此来掌握裂缝的发展情况。
3.5.2路面、管线沉降监测
城市地区的道路与地下管线网是城市生活的命脉，其安全与人民生活和国民经济紧密相连。因此作好它们的安全监测是非常重要的。根据基坑工程的设计和施工方案对可能产生的最大沉降量作出预估，采取主动的保护措施。
3.6监测频率与预警位
3.6.1监测频率根据施工进度
确定,在基坑开挖阶段,每天一次其余可每隔3～5天1次。在开挖卸载急剧阶段，当变形超过有关标准或场地变化较大时，监测结果超过预警值时应加密观测，加密观测间隔时间不超过一天；当大、暴雨或基坑荷载条件改变时应及时监测；当有危险事故征兆时，应连续观测。
3.6.2基坑施工监测的预警值
就是设定一个定量化指标系统，在其容许范围内认为是安全的，且不对周围环境产生有害影响。预警值的确定应满足相关规范规程设计的要求，以及各保护对象的主管部门提出的要求，还应结合考虑基坑规模、工程地质和水文地质条件等因素。
3.7监测数据处理及反馈
3.7.1成果整理
每次量测后,将原始数据及时整理成正式记录,并对每一个量测断面内每一种量测项目,均进行以下资料整理:a)原始记录表及实际测点图;b)位移(应力)值随时间及随开挖面距离的变化图;c)位移速度、位移(应力)加速度随时间以及随开挖面变化图。
3.7.2数据处理
每次量测后,对量测面内的每个量测点(线)分别进行回归分析,求出各自精度最高的回归方程,并进行相关分析和预测,推算出最终位移(应力)和掌握位移(应力)变化规律,并由此判断基坑的稳定性。
3.7.3反馈方式
监测数据全部输入计算机,由计算机计算并描绘出各测量对象的变化曲线,然后反馈给有关单位和人员。由于该工程监测中采用的仪器大多数是传感式的,其零漂移或温度补偿等都在计算机中设置,并由计算机处理。
4.基坑测量中的仪器
适应基坑监测的上述内容和特点，具体测量中可采用很多新型的测量仪器，有振弦式钢筋应力计、土压力盒、孔隙水压力计等。本文介绍了磁性深层沉降仪和测斜仪等设备，这些新的设备及其技术特点是传统的工程测量不能涵盖的。
4.1深层沉降仪
深层沉降仪是用来精确测量基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。
4.2测斜仪
测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，可以用来测量单向位移，也可以测量双向位移，再由两个方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。测斜管的埋设：
（1）在预定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。
（2）将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放到钻孔内。安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。
（3）测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的现象。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。
（4）测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。
5.结语
在深基坑的设计施工过程中,由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他条件的复杂影响,以及基于当前土压力计算理论和边坡计算模型的局限性,很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题。所以在基坑的开挖施工中,对支护结构、基坑邻近建筑物、地下管线以及周围土体等在理论分析指导下有计划地监测,以此监测数据为依据,对基坑支护进行动态设计,是十分必要的。
