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岩土研究院

基坑边坡土体的位移和沉降监测与控制

479 2021-10-28 10:23:05

1.边坡土体的稳定性监测

1)监测内容

(1) 整体稳定性监测 主要针对有潜在不稳定因素的部位、松弛带和塑性破坏区发育较深的部位、强风化夹层和风化卸荷最发育的部位、双面临空的部位。

(2)局部稳定性监测 包括对确定性块体、半确定性块体和随机块体的监测以及对层内错动带密集发育部位、表部松弛带、地下水等的监测。

(3) 锚固效果监测 锚固工程属于隐蔽性工程,影响锚固效果的因素很多,设计时很难做到情况完全清楚,必须对系统锚杆、块体锚杆和预应力锚索对边坡的控制效果进行监测

(4)爆破影响监测 为了控制爆破规模、优化爆破工艺、减小爆破动力作用对边坡岩土体的不利影响,避免超挖和确保高边坡的稳定,必须进行施工开挖过程中的爆破影响监测。按照监测对象或监测项目,监测的主要内容有∶

①地表变形监测;

②深部变形监测;

③松弛范围监测;

④地应力监测;

⑤地下水及渗流渗压监测;

⑥锚杆锚索应力监测;⑦爆破振动监测。

2)监测方法

根据监测项目的不同,分述各种监测项目采用的监测方法∶

(1)地表变形监测方法

采用大地测量法、GPS(全球定位系统)测量法监测边坡表面的三维位移。大地测量法技术成熟,精度较高,监控面广,成果资料可靠,便于灵活地设站观测等,但它也受到地形通视条件限制和气象条件的影响,工作量大,周期长,连续观测能力较差。GPS 测量法是利用GPS 卫星发送的导航定位信号进行空间后方交会测量,从而确定地面待测点的三维坐标,其精度目前已经达到了毫米级。由于GPS 监测不受天气条件的限制,可以进行全天候的监测,同时,观测点之间无需通视,且操作简单,定位精度高,因此,它与大地测量法联合使用可以方便地对边坡表部位移实施动态监测。采用测缝计等对边坡表部的裂缝,包括断层、错动带、裂隙等,进行相对位移监测。

(2)深部变形监测方法

深部位移监测通常在钻孔中进行,既可监测边坡岩土体不同深度的水平位移,也可监测不同深度的垂直位移或倾斜钻孔的轴向位移。这种监测对于发现边坡的潜在滑动面并监测其发展变化具有重要意义,同时也可确定边坡的松弛深度。一般采用钻孔测斜仪监测边坡的深部水平位移;采用钻孔多点位移计监测边坡深部的垂直位移或钻孔轴向位移。

(3)松弛范围监测方法

采用声波仪并配置换能器或地震仪监测由于开挖爆破振动和地应力释放引起岩体扩容而在边坡表层形成的松弛带的范围。 主要用于边坡局部稳定性评价和作为锚杆锚索优化设计的科学依据。

((4)地应力监测方法

为了了解边坡地应力及其在开挖后的变化,采用应力解除法三维地应力测量和应力计监测岩体地应力及其变化。

(5)地下水及渗流渗压监测方法

地下水是边坡失稳的重要触发因素,因此利用勘探阶段的钻孔或平硐内的钻孔用电测水位计进行地下水位监测,采用量水堰法监测地下水的渗流情况。采用渗压计法监测地下水的渗流压力。其他与地下水位有关的参数,如降雨量、降水位等直接采用附近水文站的观测资料。

(6)锚杆锚索应力监测方法

为了了解锚杆锚索的加固效果,为优化设计提供科学依据,采用锚杆应力计和锚索测力计分别监测锚杆和锚索的受力情况。

(7)爆破振动监测方法

采用速度计、加速度计和动应变计监测爆破时边坡岩土体中一定部位质点的运动参数

和动力参数。其中主要监测质点振动速度,使其满足前述爆破控制的要求,保证边坡岩土体受爆破影响最小。此外,光纤传感技术正在尝试应用于深基坑工程的监测中。

2.边坡土体位移和沉降的控制1)深基坑本身加固法

(1)施工中采取的主要变形控制技术为考虑时空效应的支撑与开挖技术,制定适宜的基坑开挖与支撑施工参数。

(2)连续墙墙趾注浆,控制连续墙垂直沉降。连续墙顶部做一道现浇钢筋混凝土圈梁,通过圈梁将单幅连续墙连接为一个整体。

(3)加强深基坑围护结构的强度和刚度。

(4)对基坑内被动区土体进行加固处理,如被动区注浆加固用格栅形水泥搅拌桩加固等。

(5)深基坑采用逆作法施工。逆作法施工时墙体变位、地表沉降约为明挖法的60%。

2)深基坑周围建筑物加固法

(1)直接注浆加固建筑物地基

对地基注入适当的注浆材料,通过填实孔隙加固土体。以控制由施工弓起的土体松散坍塌及地基变形和不均匀沉隆,从而使地面建筑物免遭破坏。注浆法宜用干保护独立或条形基础的多层建筑,将独立基础或条形基础用现浇的钢筋混凝土底板连成筏式基础,基底留有压浆孔,在基坑开挖过程中,根据建筑物倾斜和沉降的监测值,以适量的压力和流量向底板下及时进行双液分层快凝注浆,以调整不均匀沉降。

(2)基础托换法

对建筑物基础用钻孔灌注桩、树根桩或锚杆静压桩进行加固,将建筑物荷载传至刚度较大的深处地层,以减少基础沉降。

(3)建筑物本身加固

对建筑物本身进行加固,加强其结构刚度,以适应由地表沉降引起的变形。

3)切断影响途径法

所谓切断影响途径法,主要有循迹补偿法和隔断法两种方法。

(1)循迹补偿法

一般基坑附近建筑物和构筑物的保护中,多采用前述基坑本身加固保护法和周围建筑物加固保护法,这两种方法虽可达到保护目的,但造价很高且施工工期较长,尤其是基坑内的地基加固方法工期很长,直接影响整个基坑的施工安排。循迹补偿法就是利用围护结构变形和建筑物位置处相应变形的时间差,在基坑变形传递到建筑物前将由干围护结构变形造成的土体损失,,通过注浆补充进去,从而有效地减小周围地层位移,达到保护周边环境的目的。与前述两类方法相比,既可达到保护目的。又可节省资金,缩短工期。循迹补偿法施工多采用塑料阀管注浆,注浆管在施工开挖前预先埋置,再根据基坑内的施下阶段进行注浆,每层注1.2m浆,位置位于该层支撑点以上,随基坑开挖深度加大,注浆位置也逐渐下移,一般注浆施工根据设计注浆量及提升速度等进行。循迹补偿法与要保护建筑物的形式、基坑与建筑物的相对位置有关。一般在基坑与所要保护的建筑物之间布置1排(也可2 排),距基坑2~3m。围护结构,孔距根据支撑情况调整,一般为4~10m。布孔范围为建筑物两侧各左右的区域,即基坑开挖影响显著区域,每层注浆为该层支撑到上层支撑之间的深度,对最下道支撑下面土体开挖后注浆与否,可根据受保护建筑物的等级及开挖土体的深度大小决定。

(2)隔断法

在进行基坑施工时,应于施工面与附近建筑物(或构筑物)间设置隔断墙,以减少土体的水平位移与沉降量,避免因工程施工导致建筑物(或构筑物)破坏。隔断墙墙体可由钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩和对地层进行注浆加固等构成,承受由基坑工程施工引起的侧向土压力和由地基差异沉降产生的负摩阻力,减少靠建筑物一侧的土体变形。

4)综合法

综合法就是根据各深基坑的具体情况及监测信息反馈,综合运用上述方法。需要指出的是,目前趋向于将深基坑开挖的环境保护分为消极保护法和积极保护法。消极保护法就是事先对基坑内满堂加固或加密集支撑等,达到很高的安全度后再开挖,以此来保护环境。这种保护方法优点在于安全度高,对施工监控水平要求相对较低,但工期长、代价大。而积极保护法是在设计基坑支护结构并准确预测基坑周围地层位移的基础上。以精心

施工和监控来保护基坑及其周围环境的安全,虽对设计和施工水平要求较高,但和消极保护法相比,可大量节省工程造价并缩短工期。

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