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岩土研究院

基坑工程监测安全要点

368 2021-10-18 13:46:51

基坑工程中支护结构的变形、受力、位移由于受地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响,很难单纯从理论上准确计算,而这些特征值又是影响基坑安全、施工安全的重要标志。因此,在理论分析指导下有计划地进行现场工程监测十分必要。

基坑监测设计的目的和要求

基坑工程监测是基坑工程施工中的一个重要环节,组织良好的监测能够将施工中各方面信息及时反馈给基坑开挖组织者,根据对信息的分析,可对基坑工程围护体系变形及稳定状态加以评价,并预测进一步挖土施工后将导致的变形及稳定状态的发展。根据预测判定施工对周围环境造成影响的程度,以制定进一步施工策略,实现所谓信息化施工。

由于基坑工程监测不仅仅是一个简单的信息采集过程,而是集信息采集及预测于一体的完整的系统,因此,在施工前应该制定严密的监测方案。一般来讲,监测方案设计包括下述几个方面∶

1.确定监测目的

根据场地工程地质和水文地质情况、基坑工程围护体系设计、周围环境情况确定监测目的。监测目的主要有三类∶

(1)通过监测成果分析预估基坑工程围护体系本身的安全度,保证施工过程中围护体系的安全。

(2)通过监测成果分析预估基坑工程开挖对相邻建(构) 筑物的影响,确保相邻建(构)筑物和各种市政设施的安全和正常工作。

(3)通过监测成果分析检验围护体系设计计算理论和方法的可靠性,为进一步改进设计计算方法提供依据。该项目的具有科研性质。

不同基坑工程的监测目的应有所侧重。当用于预估相邻建(构)筑物和各种市政设施的影响,要逐个分析周围建(构)筑物和各种市政设施的具体情况,如建筑物和市政设施的重要性,可能受影响程度、抗位移能力等,确定监测重点。

2.监测内容和要求1) 支护结构的监测

(1)支护结构水平位移监测

根据基坑的大小,一般每间隔6~8m布设一个监测点,在关键部位适当加密布点。基坑开挖期间,每隔2~3天监测1次,位移较大时每天监测1~2次。考虑到施工场地狭窄、测点常被阳挡的实际情况,可用多种方法进行监测。一是用铟钢丝、钢卷尺两用式位移收敛计对支护结构进行收敛量测。二是用精密光学经纬仪进行观测,在基坑长直边的延长线两端静止的构筑物上设观测点和基准点,并在观测点位置旋转一定角度的方向上设置校正点,然后监测基坑长直边上若干测点的水平位移。三是用钢丝式伸缩计进行量测,仪器的一端放在支护结构顶部,另一端在稳定的地段上并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。根据经验,基坑开挖时的景影响范围约为开挖深度的1~2倍。因此用于平面位移及高程位移的基准点(控制点),一般应设置在距基坑边2.5~3.0倍开挖深度的距离以外,以保证基准点在影响范围以外。平面控制点的后视方向宜更远一些为好。

(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,在关键的地点钻孔布设测斜管,用高精度测斜

仪定期进行监测,也可在基坑开挖过程中在支护结构侧面用光学经纬仪观测支护结构的倾斜,以掌握支护结构在各开挖施工阶段的倾斜变化情况,及时提供支护结构深度-水平位移—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。

(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,防止支护系统的结构性破坏。

(5)支撑受力监测

施工前进行锚杆现场抗拔试验以求锚杆的容许拉力。施工过程中用锚杆测力计监测锚杆的实际承受力。对钢管内支撑,可用应力传感器或应变计等监测其受力状态的变化。

(6)基坑开挖前支护结构完整性检测

用低应变动测法检测支护桩身是否断裂、缩颈、严重离析和夹泥等,并判定缺陷在桩身中的位置。

2)周边环境的监测

(1)邻近建筑物的沉降、倾斜及发生时间和发展过程的监测;

(2)邻近道路、地下管网设施的沉降和变形监测;

(3)边坡土体的位移和沉降监测。包括对岩土性状受施工影响而引起变化的监测相对土体深部分层沉降及倾斜进行监测。该项监测可及时掌握基坑边坡的整体稳定性,及时查明土体中可能的潜在滑移面位置;

(4)桩侧土压力测试。桩侧土压力是支护结构设计计算中很重要的参数,常要求进行测试。可用钢弦式或电阻应变式压力盒或应力铲测试桩侧土压力在施工的不同阶段的分布和变化情况;

(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结构变形或失稳引起的隆起监测;

(6)土层孔隙水压力变化的测试。一般用振弦式孔隙压力计、电阻式测压计和数字式钢弦频率接收仪进行测试;

(7)当地下水位的升降对基坑开挖有较大影响时,应进行地下水位动态监测以及渗漏、冒水、管涌、冲刷的监测;

(8)肉眼巡视与裂缝观测。经验表明,由有经验的工程师每天进行肉眼巡视观测是很有意义的。肉眼巡视主要是对锁口梁、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、渗漏或局部管涌等的发生和发展进行记录、检查和分析。

监测工作质量保证要求

(1)传感器和二次仪表的标定和测试误差的评定;

(2)按规程保证埋设仪器的质量;

(3)准确取得初始值,确定合适的观测频率;

(4)监测记录应有相应工况描述;

(5)及时进行测试的整理与分析,删除错误,分析变化原因;

(6)会同设计施工单位确定合理的报警临界值;

(7)对险情预兆或异常情况,与设计施工单位共同进行综合分析以便采取防治或应急措施;

(8)监测质量的关键是监测人员的素质和责任心。

监测结果的分析与评价

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,特别强调定量化分析与评价,强调及时进行险情预报,提出合理化建议,并进一步检验加固处理后的效果,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)对支护结构的水平位移进行定量分析。包括位移速率和累计位移量的计算,绘制位移随时间的变化曲线,对引起位移速率增大的原因(切开挖深度、超挖现象、支撑不及时、暴雨、积水、渗漏、管涌等)进行分析。

(2)对沉降及沉降速率进行计算分析。土体沉降要区分是由支护结构水平位移引起的还是由地下水位降低等原因引起的。经验表明,由支护结构水平位移引起相邻地面的最大沉降与水平位移之比在0.6~1.0(一般为0.6~0.8)之间,而沉降发生的时间比水平位移发生的时间滞后5~10d。地下水位降低会引起地面较大幅度的沉降,应给予重视。邻近建筑物的沉降观测结果要与有关规范中的沉降限值相比较。

(3)对各项监测结果进行综合分析并相互验证相比较。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、施工的合理性,必要时及早调整施工方案。

(4)根据监测资料分析基坑开挖对周边环境的影响和基坑支护的效果。通过反分析,查明工程事故的技术原因。

(5)用数值模拟分析方法分析基坑施工期间支护结构的位移变化规律。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的适宜性,预测后续开挖工程可能出现的新问题。

(6)进行险情分析,及时提出险情预报和处理措施。

提出合理化措施

在经过深入的定量分析评价和险情预警之后,应提出处理措施和建议,并积极配合设计、施工单位调整施工方案,采取必要的补强或其他应急措施,及时排除险情,通过跟踪监测来检测加固处理后的效果,从而确保后续工程的安全。主要技术措施有;

(1)在支护结构水平位移速率和累计位移较大时,结合具体情况分别增设钢管水平角支撑,加密支撑,及时安装支撑构件,跳槽开挖,停止超挖基坑,先支撑后开挖,边支撑边开挖,在挡土结构的背后挖土卸载或加设树根桩,在开挖到底板最终开挖面时将底板混凝土顶紧支护结构的下部以形成支撑点。

(2)对较复杂的周边环境,为保证支护结构的位移较小,对锚杆施加足够的预应力,或在水平钢管支撑安设时用千斤顶施加预应力顶紧支护结构。

(3)对邻近较重要的建筑物及地下煤气管道等进行灌浆加固等措施,对渗漏、管涌等要引流堵漏,压密注浆止水堵漏,降水堵漏,钢丝网水泥砂浆护壁等,对周边地面浇筑混凝土面层,增设排水通道,对周边土体裂缝及时用水泥砂浆封闭,以防地表水往下渗流。

(4)对变申设计、施工方案的分析评价和建议。 例如。某工程锚杆钻孔遇到人防工程,不得不将原设计20m 的锚杆长度减为16m,但锚固力是否足够令设计人员十分担心。后经监测证明,支护结构的水平位移和沉降变化在正常范围内,锚固力能满足设计要求,保证了正常施工。再如,某工程根据支护结构位移变化曲线等监测结果,用反分析方法验证了不设置第三道锚杆支护也能满足要求,被设计部门采纳,从而加快施工速度,节约数十万元的支护费用,取得较好的技术与经济效益。

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