第8章(自学部分)_基坑工程施工监测

2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系1变形监测与数据处理第十一章基坑工程施工监测2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系2主要内容•概述•监测内容及方法•监测技术设计•监测数据整理与分析•基坑监测实例第十一章基坑工程施工监测2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系3§1概述变形监测与数据处理第十一章基坑工程施工监测2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系4•自20世纪90年代以来，随着城市基础设施改造、市政建设以及高层楼宇的施工建设，深基坑开挖与支护技术得到了前所未有的发展和推进。基坑围护问题已成为我国建筑工程界的热点问题之一，称为“基坑热”。•“基坑热”直接源于“房地产热”。用地紧张和地价昂贵，迫使开发商设法提高土地的空间利用效益。向上伸展受容积率的限制，因此加大对地下空间的利用成为有效的选择。•为满足高层建筑物抗震、抗风等结构要求，以及停车、设备储存等使用要求，地下室亦视为建筑物整体不可分割的重要组成部分。基坑热第1节概述2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系5•深：10－16米居多，20米左右也不少。•差：工程地质条件差。沿海较为突出，位于填海、填湖、淤河、泥塘或沼泽地的工程地质条件十分复杂。•密：基坑四周已建或在建高大建筑物密集或紧靠重要市政道路，不仅要确保本身基坑稳定，更不能殃及周边建筑物。•多：基坑围护方法多。人工挖孔桩、机械钻孔桩、预制桩、深层搅拌桩、钢板桩、地下连续墙、钢支撑、木支撑、抗滑桩、注浆、喷锚网等等，应有尽有。•低：成功率低，无论地质条件好坏、基坑深浅，或多或少都出问题。有的地区成功率只有1/3，经济损失大、社会影响大。基坑特点第1节概述2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系6•基坑在开挖过程中，开挖区的自然状态发生了变化，基坑内外的土体也由原来静止的土压力状态向被动和主动的土压力状态转变，应力状态的改变首先引起基坑支护结构承受荷载而内力发生改变，其次引起坑内土体隆起、基坑支护结构及其周围土体的侧向位移和沉降，如果内力和变形的量值超过允许的范围，将导致基坑的失稳甚至破坏。•目前的基坑工程主要集中在城市，基坑周围有较多的地上和地下建构筑物，地上的建构筑物相当于庞大的集中荷载，加剧基坑内外土体的变形，土体的过大变形又促使地上和地下建构筑物产生较大的变形甚至破坏，如地上建构筑物的倾斜、裂缝和地下管线的破裂等。基坑的影响第1节概述2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系7监测目的（1）保证基坑支护结构和邻近建筑物的安全；（2）验证设计所采取的各种假设和参数，并进行及时的修正和完善；（3）不断积累工程经验，提高基坑工程设计和施工的水平；（4）为公正客观解决法律纠纷提供有力证据。第1节概述2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系8§2监测内容及方法变形监测与数据处理第十一章基坑工程施工监测2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系9监测内容•基坑工程施工监测的对象主要为围护结构和周围环境两大部分；•围护结构包括围护桩墙、水平支撑、围檩和圈梁、立柱、坑底土层和坑内地下水等；•周围环境包括周围土层、地下管线、周围建筑和坑外地下水等；•各个监测对象包含不同的监测内容，需要使用相应的监测仪器和仪表。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系10序号监测对象监测内容监测仪器和仪表（一）围护结构1围护桩墙桩墙顶水平位移与沉降经纬仪、全站仪、水准仪等桩墙深层位移测斜仪等桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪等桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头、频率仪等2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪等3围檩、圈梁内力钢筋应力传感器、频率仪等水平位移经纬仪、全站仪等4立柱沉降水准仪等5坑底土层隆起水准仪等6坑内土层水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等基坑工程施工监测的内容（表1）第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系11（二）周围环境7周围地层分层沉降分层沉降仪、频率仪等水平位移经纬仪、全站仪等8地下管线沉降水准仪等水平位移经纬仪、全站仪等9周围房屋沉降水准仪等倾斜经纬仪、全站仪等裂缝裂缝监测仪等10坑外地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等分层水压孔隙水压力探头、频率仪等基坑工程施工监测的内容（续表1）第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系12围护桩墙顶水平位移监测•水平位移监测方法有极坐标法、前方交会法、视准线法等多种，由于全站仪的普及，目前也可以采用全站仪坐标测量功能直接测定测点的坐标，并通过测点的坐标计算相邻周期的位移量和累积位移量。•基坑开挖前，测点坐标应至少连续观测2次，取无明显差异结果的平均值作为坐标初始值。•为了充分描述基坑的变形情况，便于施工监理和施工单位的理解和把握，位移的方向一般确定为基坑的纵横轴线方向。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系13围护桩墙顶沉降监测•基坑沉降监测的目的首先是为了保证基坑的施工安全，因此必须具有较高的监测精度。•目前，精密水准测量方法广泛应用于基坑的沉降监测。•测量时，一般自工作基点经过各个监测点形成一条或多条闭合路线，如果特殊点位只能采用支水准路线进行监测，应进行往返测量，往返高差之差也应满足精密水准测量相应的观测要求。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系14深层水平位移监测•深层水平位移指基坑围护桩墙和土体在不同深度上的水平位移，通常采用测斜仪测量。•测斜仪：测斜管、测斜探头、连接电缆、测读仪。•测斜管一般在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，根据其制造材料可分为塑料（PVC）和铝合金两种；•测斜探头是倾角传感元件，其外观为细长金属鱼雷状，上、下两端配有两对滑轮。•连接电缆是连接测斜探头和测读仪的一条导线，它具有四个作用：作为提升和下放探头的绳索、作为探头的深度尺、向探头供应电源、向测读仪传递测量信息。•测读仪是测斜仪探头的二次仪表，以倾斜角或其正弦值显示探头的测量信息。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系15测斜仪种类第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系16测斜管埋设•测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式。•绑扎埋设是将测斜管在现场组装后绑扎在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑前应封好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，防止水泥沙浆渗入管内。•钻孔埋设是预先在土层中钻孔，孔径略大于测斜管的外径，将测斜管封好底盖逐节组装逐节下放到钻孔内，同时在测斜管内注满清水，直到放到预定的标高，随后在测斜管与钻孔之间回填细砂和水泥与粘土拌合的材料固定测斜管，用清水将测斜管冲洗干净。•埋设时应避免测斜管的纵向旋转，管节连接时应将上、下管节的滑槽严格对准，测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致，为确认测斜管的导槽是否畅通，可先用探头模型放入测斜管滑行一次。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系17基坑回弹监测•基坑开挖后，由于卸除地基土自重，引起基坑底面及坑外一定范围内土体相对于开挖前的回弹变形，称基坑回弹。•深大基坑土体的回弹量对基坑本身和邻近建筑物将产生一定的影响。•基坑回弹可采用回弹监测标和深层沉降标进行监测，如果进行分层沉降监测，当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时，监测到的土层隆起也相当于基坑回弹量。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系18回弹监测标第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系19回弹监测标埋设和观测•采用钻孔法，钻杆外径与标志的直径相适应。钻至基坑设计标高以下20cm时，将回弹监测标旋入钻杆下端，沿钻孔缓慢放到孔底，并压入孔底土中40~50cm，此时回弹标尾部已被压入土中，旋开钻杆使回弹标脱离钻杆，提起钻杆。•放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面高程。•测完后，将辅助测杆、保护管（套管）提出地面，用砂或素土将钻孔回填，为开挖后方便地找到回弹标，可先用白灰回填5cm左右。•回弹监测不应少于三次，具体安排是：第一次在基坑开挖之前，第二次在基坑挖好之后，第三次在浇灌基础混凝土之前。当基坑挖完至基础施工的间隔时间太长时，应适当增加监测次数。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系20土体分层沉降监测•土体分层沉降是指地表以下不同深度土层内点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪测量。•磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导线以及电感探测装置组成。•分层沉降管由波纹状柔性塑料管制成，管外每隔一定的距离安放一个钢环，土层分层沉降时钢环也同步沉降。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系21磁性分层沉降仪测量原理第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系22分层沉降管和钢环的埋设•分层沉降管和钢环应采用钻孔法在基坑开挖前预先埋设。•先在预定位置钻孔，取出的土分层分别堆放，当孔底标高略低于欲测量土层的标高时，提起套管30~40cm，然后将引导管逐节连接并放入到孔底监测点位置。•引导管放好后，用膨胀粘土球填充引导管与孔壁间的缝隙，并捣实到最低的沉降环位置，再用一只铅质开口送筒装上沉降环，套在引导管上并送至预埋位置，再用直径5cm的硬质塑料管把沉降环推出并压入土中，弹开沉降钢环卡子，使沉降环的弹性卡子牢固地嵌入土中，提起套管至待埋沉降环位置以上30~40cm，当钻孔内回填该层土球至要埋的沉降环标高处，再用如上步骤推入上一个标高的沉降环，直至全部埋完。•固定孔口，做好孔口的保护装置。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系23观测方法•测量时，当探头从引导管缓慢下放到预埋的沉降环时，电感探测装置上的蜂鸣器发出叫声，此时根据测量导线上的标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，可计算沉降环所在位置的标高，测量精度可达±1mm。•沉降环埋好后，就可以测量孔口标高和各个沉降环的初始标高，用各个沉降环的初始标高减去基坑开挖过程中测得的标高，获得各土层在施工过程中的沉降或隆起。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系24支挡构件内力监测•采用钢筋混凝土材料制作的基坑支挡构件，其内力或轴力通常是在钢筋混凝土中埋设钢筋计，通过测定构件受力钢筋的应力或应变，根据钢筋与混凝土的变形协调原理进行计算。•钢筋计主要有钢弦式和电阻应变式两种，二次仪表分别用频率计和电阻应变仪。第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系25（a）钢筋应力计布置（b）钢筋应变计布置钢筋计的布置第2节监测内容及方法2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系26§3监测技术设计变形监测与数据处理第十一章基坑工程施工监测2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系27准备工作•通过个人接触和会议等形式，与建设单位、设计单位、施工单位、监理单位进行沟通和协调，听取他们对基坑监测的意见和要求，争取他们对基坑监测工作的支持。•收集工程地质勘察报告、基坑支护结构设计图、工程主体结构设计图、施工区地形图或平面图、综合管线图、基坑施工组织设计等，并组织主要监测人员进行认真分析和研究。•现场踏勘和调查，掌握开挖区周围地面建构筑物和地下管线的状况，根据监测内容考虑监测点的布置和确定监测技术方法等系列问题。第3节监测技术设计2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系28技术设计的内容•工程概况；监测内容的确定；监测点位的布设；监测仪器仪表的选择和监测方法、精度的确定；监测频率和期限的确定；预警值和报警制度的制定等。•技术设计初稿必要时可征求有关方的意见并进行修改，当通过有关各方认定后，具体实施中一般不作大的变动，但可以根据具体情况作局部调整。第3节监测技术设计2019/8/12中南大学测绘与国土信息工程系29监测内容的确定•基坑施工监测的内容见表1。•