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深基坑支护工程监测宝典

404 2020-05-27 11:13:06


1.概述


1)监测目的

①信息化施工——基坑及其周围环境状态判断,后续施工预测、建议

②优化设计——监测数据反馈于设计,优化设计

③“实验”研究——监测结果用于反演分析,验证、改进设计理论

2)监测对象与监测内容

支护结构(内力、变形)

坑周土体(土压力、变位)

地下水(地下水位、孔隙水压力)

周围环境(相邻建筑物、构筑物、地下管线、隧道等的变形、位移)

在基坑开挖前制定系统的基坑监测方案,在开挖及地下结构施工中,用科学的仪器、设备和手段对支护结构、周边环境(土体、建筑物、道路、地下设施等)的位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起及地下水位的动态变化、孔隙水压力变化等进行综合监测。并对监测数据进行整理与分析,比较勘察、设计所预期的性状与监测结果的差别,对原设计成果进行评价并判断现有施工方案的合理性。通过反分析法计算和修正岩土力学参数,预测下一施工阶段可能出现的新动态,为施工期间进行设计优化和合理施工提供可靠信息,对后续开挖提出建议,对可能出现的险情进行及时预报,当有异常时立即采取必要技术措施,防患未然,确保安全。


2.监测点的布置与监测方法的确定


(1) 支护结构监测

1) 支护结构顶部水平位移监测

最重要的监测项目之一。每间隔5~20m设一个监测点,每条直边至少3~4点,关键部位适当加密。可选择以下方法进行监测:

①用铟钢丝、钢卷尺两用式位移收敛计对支护结构顶部进行收敛量测  测量精度为0.05mm。

②用精密光学经纬仪进行观测视准线法。

③用铟钢丝式伸缩计进行量测与自动记录系统相联,可连续获得水平位移曲线和位移速率曲线。

④用全站仪进行观测

2) 支护结构倾斜监测

根据支护结构受力及周边环境等因素,在关键的地方设点监测

①经纬仪观测法

在基坑开挖过程中及时在支护结构侧面布设测点,用光学经纬仪观测支护结构的倾斜。

②布设测斜管

一般情况下,基坑每边设1~3点,测斜管深度应不小于支护结构入土深度,采用高精度测斜仪定期进行监测,以掌握支护结构在各开挖施工阶段的倾斜变化情况,及时提供支护结构不同深度的水平位移随时间的变化曲线及分析计算结果。 

3) 支护结构沉降观测

可按常规方法用DSI型精密水准仪对支护结构的关键部位进行沉降观测。立柱桩沉降监测点直接布置在立柱桩上方的支撑面上。每根立柱桩的沉降量、位移量均需测量,特别对基坑中多个支撑交汇,受力复杂处的立柱应做为重点测点,对其变形与应力进行配套量测。

4) 支护结构应力监测

选择设计荷载较大或相对危险部位的支护桩(墙),用钢筋应力计对桩(墙)身钢筋和地圈梁(帽梁)、腰梁钢筋中较大应力断面处的应力进行监测,防止支护结构的结构性破坏。支护桩(墙)弯矩测点应选择基坑每侧中心处布置,深度方向测点间距一般以2.0m~5.0m为宜。

5) 支撑结构受力监测

选择受力较大部位的土层锚杆或内支撑进行监测。

①锚杆拉力监测

施工中用锚杆测力计或预先埋设于锚筋上的钢筋应力计监测锚杆的实际承受力。

②钢管内支撑压力监测

对钢管内支撑,可用应力传感器或应变计等监测其受力。

③钢筋混凝土内支撑

钢筋混凝土内支撑,可预埋钢筋应力计或混凝土应变计来监测内支撑受力。支撑轴力测点需设置在主撑跨中部位,每层支撑都应选几个有代表性的截面进行测量。对重要支撑宜配套测其在支点处的弯矩,以及两端和中部的沉降及位移。

6) 基坑开挖前应进行支护结构完整性检测

可用低应变动测法检测支护桩桩身是否断裂、严重缩颈、严重离析和夹泥等,并判定缺陷在桩中的部位。

(2)周边环境的监测

周边环境的监测应包括基坑开挖深度3倍以内的范围。

1) 邻近建筑物的沉降、倾斜和裂缝及发生时间和发展过程的监测

可用DSI型精密水准仪进行沉降和倾斜观测。房屋沉降量测点应布置在墙角、柱身(特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身)、门边等外形突出部位,测点间距要能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。

2) 邻近构筑物、道路、地下管网设施的沉降和变形监测

可用DSI型精密水准仪进行沉降观测。地下管线位移量测有直接法和间接法两种,直接法就是将测点布置在管线本身上,而间接法则是将测点设在靠近管线底面的土体中,为分析管道纵向弯曲受力状况或在跟踪注浆调整管道差异沉降时,间接法必不可少。

3) 对岩土性状受施工影响而引起变化的监测

包括对土体表层沉降(采用精密水准仪)、水平位移(采用精密经纬仪)进行观测和对土体深部分层沉降(采用分层沉降仪)及倾斜进行监测。监测着重在距离基坑边为基坑开挖深度的1.5~2.0倍范围以内。可及时掌握边坡的整体稳定性,及时查明土体中存在的潜在滑移面的位置。

4) 桩侧土压力测试

桩侧土压力是支护设计中很重要的参数,常要求测试。可将钢弦式或电阻应变式压力盒埋设于土中,测试桩身在受到的实际土压力分布状况。  

5) 基坑开挖后的基底隆起观测

包括由于开挖卸荷基底回弹的隆起和由于支护变形或失稳引起的隆起。用分层沉降仪监测。


6) 土层孔隙水压力变化的测试

一般用振弦式孔隙水压力计、电测式测压计和数字式钢弦频率接收仪进行测试。

7) 地下水位监测

当地下水位的升降对基坑开挖有较大影响时,应对其进行动态监测以及渗漏、冒水、管涌、冲刷的监测。

8) 肉眼巡视与裂缝观测

由有经验的工程师每天进行的肉眼巡视工作是很有意义的。主要对地圈梁(帽梁)、邻近建筑物及邻近地面的裂缝、塌陷和支护结构工作失常、流土、渗漏或局部管涌等不良现象的发生和发展进行检查、记录和分析。
上述监测项目中,水平位移监测、沉降观测、基坑隆起观测、肉眼巡视和裂缝观测等是必不可少的。其余项目可根据工程地质水文地质特征及设计要求有选择地进行,强调量测数据与施工工况的具体施工参数配套,以形成有效的整个监测系统。使工程设计和施工设计紧密结合,以达到保证工程和周围环境安全和及时调整优化设计及施工的目的。


3. 监测结果分析与评价


深基坑支护工程监测的特点是在通过监测获取准确数据之后,十分强调定量化分析与评价,强调及时进行险情预报,提出合理化措施的建议,并进一步检验调整处理后的效果,直至解决问题。

对监测结果的分析评价主要包括下列方面:

(1) 对支护结构水平位移的分析

对支护结构的水平位移进行细致深入的定量分析,包括位移速率和累积位移量的计算,及时绘制位移随时间的变化曲线,对引起位移速率增大的原因(如开挖深度、超挖现象、支撑不及时、暴雨、积水、渗漏、管涌等)进行准确记录和仔细分析


(2) 对沉降的分析

对沉降及沉降速率进行计算分析,要区分是由支护结构水平位移引起还是由地下水位降低等原因引起。一般由支护水平位移引起相邻地面的最大沉降与水平位移之比约为0.65~1.00,沉降发生时间比水平位移发生时间滞后5~10天左右,而由地下水位降低会较快地引起地面较大沉降,应给予重视。
(3) 对各项监测结果的综合分析与判断

对各项监测结果进行综合分析并相互验证和比较。用新的监测资料与原设计预计情况进行对比,判断现有设计、施工方案的合理性,及时进行险情预报分析,提出合理化建议,调整设计和施工方案,确保支护结构和地下结构施工的安全。

(4) 对监测结果的反演分析

根据监测结果,全面分析基坑开挖对周边环境的影响和基坑支护的工程效果。通过反分析,查明工程事故的技术原因。
用数值模拟法分析基坑施工期间各种情况下支护结构的位移变化规律和进行稳定性分析,用反分析方法推算岩土体的特性参数,检验原设计计算方法适宜性,预测后续开挖工程实践可能出现的新行为和新动态。


4. 险情预报及险情处理措施


险情发生时刻的预报是很困难的,但如加强监测,对于有前兆的险情完全可以防止巨大偶然灾害的发生。在工程监测中,每一测试项目都应事先确定相应的警戒值,以判断位移或受力状况是否已超过允许的范围,工程施工是否安全可靠,是否需调整施工步序或优化原设计方案。
1)警戒值确定的原则

① 满足设计计算的要求,不可超出设计值;

② 满足测试对象安全要求,达到保护目的;

③ 对于相同的保护对象,应针对不同的环境和不同的施工因素而确定;

④ 满足各保护对象的主管部门提出的要求;

⑤ 满足现行的相关规范、规程的要求;

⑥ 综合考虑,减少不必要的资金投入。

2)警戒值的确定

根据以上原则,并结合工程实践经验,具体分析后确定警戒值,切不可生搬硬套。

① 基坑支护桩(墙)水平位移(包括测斜)

对只关系基坑本身安全问题的测试,最大位移一般取80mm且最大位移与开挖深度的比值λ不超过0.70%,每天不超过10mm。

周围有需严格保护构筑物的基坑,应根据保护对象的需要来确定,一般最大不超过30mm且λ不超过0.35%,每天不超过5mm。支护结构水平位移连续急剧增大的速率不超过2.5~5.5mm/d。

② 煤气管道的变位

沉降或水平位移不得超过10mm,每天发展不得超过2mm。

③ 自来水管道变位

沉降或水平位移均不得超过30mm,每天发展不得超过5mm。

④ 基坑外水位  坑内降水或开挖引起坑外水位下降不得超过1000mm,每天不得超过500mm。

⑤ 立柱桩差异隆起或沉降 不得超过10mm,每天发展不得超过2mm。

⑥弯矩及轴力:根据设计计算书确定,一般将警戒值定在80%的设计允许最大值内。

⑦邻近地面及建筑物的沉降  不得超过设计容许值且地面最大沉降与开挖深度的比值不超过0.5%~0.7%,地面裂缝不得急剧扩展。建筑物的差异沉降不得超过有关规范中的沉降限值。

⑧对测斜、支护结构纵深弯矩等曲线,若曲线上出现明显的折点变化,也应作出报警处理。

另外,当肉眼巡视检查到严重的不良现象,如锁口梁上裂缝过大,邻近建筑物裂缝不断扩展,严重的基坑渗漏、管涌等,也应及时发出警报。

④ 对渗漏、管涌等,可提出:
引流堵漏;压密注浆止水堵漏;化学浆液注浆止水堵漏;降水堵漏;钢丝网水泥砂浆护壁;喷射混凝土护壁堵漏等。

⑤建议对周边地面浇混凝土薄层,增设排水通道,及时用水泥砂浆封闭土体裂缝,以防地表水的渗流。

⑥ 建议变更设计、施工方案等。