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第八章基坑工程施工监测第一节基坑监测的目的与意义第二节基坑监测方法与手段第三节基坑监测方案设计第四节基坑监测资料整理分析第六节基坑监测工程实例第五节基坑监测预警指标第一节基坑监测的目的与意义改革开放迎来了我国城市建设的高峰,由于城市空间狭小,为提高土地的空间利用率,城市建设开始向地下及建筑物的高度方向索取空间,这两种发展方向都使建筑物基坑深度有了很大的增加。20世纪80年代基坑深度一般在10m左右,到现在20~30m、甚至更深的基坑也很常见。另一方面,随着技术水平的发展,人们对于城市的概念也逐渐改变。如果说20世纪是高楼大厦的世纪,那么,21世纪将是地下工程的世纪,而开发和建造地下工程首先要进行的就是基坑的开挖。因此使得深基坑工程在总体数量、开挖深度、平面尺寸以及使用领域等方面得到高速的发展。深圳地王大厦上海金茂大厦俄罗斯地铁站一、基坑工程的特点1、基坑向着大深度、大面积方向发展,支护系统的规模也增大;2、在软弱土层中,基坑开挖会产生较大的位移和沉降,对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响,因此对基坑稳定和变形控制的要求很严格;3、在相邻场地的施工中,打桩、降水、挖土及基础施工等工序会相互制约与影响,增加协调工作的难度;4、岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂和不均匀性,造成勘察所得的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,并且精度较低,给基坑的设计与施工增加了难度;5、基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常需要经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件,其安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。二、基坑监测的目的1、及时发现不稳定因素,减少损失由于土体成分和结构的不均匀性、各向异性及不连续性决定了土体力学性质的复杂性,加上自然环境因素的不可控制影响,人们在认识上尚有一定的局限性,必须借助监测手段进行必要的补充,以便及时采取补救措施,确保基坑稳定安全,减少和避免不必要的损失;2、验证支护结构设计,指导基坑开挖和支护结的施工客观地说,目前基坑工程的设计尚处于半理论半经验的状态,通过监测可以了解周边土体的实际变形和应力分布,用于验证设计与实际符合程度,通过监测掌握周边建筑物和管线的变化趋势,并根据基坑变形和应力分布情况为施工步骤的实施、施工工艺的采用提供有价值的指导性意见;3、保证基坑支护结构和相邻建(构)筑物的安全在深基坑开挖与支护工程中,为满足支护结构及被支护土体的稳定性,首先要防止破坏或极限状态发生。破坏或极限状态主要表现为静力平衡的丧失,或支护结构的构造性破坏。在破坏前,往往会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形,或变形速率明显增大。支护结构和被支护土体的过大位移,将引起邻近建筑物的倾斜或开裂,邻近管道的渗漏,有时会引发一连串灾难性的后果。如有周密的监测控制,则可根据监测数据及时发现异常信息,及时采取应急措施,在很大程度上可以避免或减轻破坏的后果。基坑支护结构破坏基坑支护结构破坏基坑支护结构破坏基坑支护结构破坏基坑支护结构破坏4、总结工程经验,为完善设计分析理论提供依据通过对围护结构、周边建筑物和周边地下管线等监测数据的分析、整理和再分析,了解各监测对象的实际变形情况及施工对周边环境影响程度,分析区域性施工特征,为类似工程累积宝贵经验。现场监测的实施是一次1:1的实体试验,所取得的可靠数据是基坑自身和周边土体在施工过程中真实的反映,有利于基坑设计水平和设计理论的提高。一、基坑监测的基本要求1.监测工作必须是有计划的,应根据设计提出的监测要求和业主下达的监测任务书预先制订详细的基坑监测方案。周密、详细的监测方案是监测数据完整性的保证。但计划性也必须与灵活性相结合,因为基坑工程在施工过程中会发生计划以外的情况,这时就应该根据现场施工情况来调整原先的监测方案,使其适应改变了的现场施工情况。2.监测数据必须是可靠真实的,数据的可靠件由测试元件安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度、可靠性以及监测人员的素质来保证。第二节基坑监测方法与手段3.监测数据必须是及时的,监测数据需在现场及时计算分析,当监测分析有异常时可及时复测,尽量做到监测分析结果及时通知施工方与业主。因为基坑开挖是一个动态的施工过程,只有保证及时监测,才能有利了及时发现隐患,及时采取措施;4.埋设于结构上的监测元件应尽量减少对结构正常受力的影响,埋设水、土压力监测元件,测斜管和分层沉降管时的回填物质应尽量与该部位的岩土介质相匹配;5.对重要的监测项目,应按照工程具体情况预先设定预警值和报警制度,顶警值应包括变形或内力量值及其变化速率第二节基坑监测方法与手段二.基坑监测项目基坑工程施工现场监测的内容分为两大部分,即围护结构监测和周围环境监测。围护结构监测包括围护桩墙、支撑、桩顶连系梁、内撑、坑内土层等部分;周围环境监测中包括周围地面、地下管线、相邻建(构)筑物等部分。基坑监测的各具体项目见表9—1。根据基坑所处位置、深度、支护形式、周围环境、基础形式等的不同,每个基坑分别采用不同的监测项目。第二节基坑监测方法与手段表8—1基坑工程现场监测内容(一)围护结构项目仪器桩墙水平位移经纬仪、水准仪桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头5坑底土层垂直隆起水准仪6坑内地下水水位监测井、孔隙水压力探头2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计内力钢筋应力传感器、频率计3圈梁桩墙深层挠曲桩墙内力1围护桩墙水平位移垂直沉降测斜仪钢筋应力传感器、频率计经纬仪4立柱水准仪第二节基坑监测方法与手段表8—1基坑工程现场监测内容(二)相邻环境项目仪器7相邻地层分层沉降分层沉降仪、频率计水平位移经纬仪8地下管线垂直沉降水准仪水平位移经纬仪9相邻房屋垂直沉降水准仪倾斜经纬仪裂缝裂缝监测10坑外地下水水位监测井、孔隙水压力探头分层水压孔隙水压力探头、频率计第二节基坑监测方法与手段三.监测方法1.基坑周边环境沉降监测全站仪是一种精密的光学仪器,可以精确的测定水平角度、垂直角度及距离。在监测过程中,可以建立平面监测网,用来测量基坑周边环境及支护结构的沉降位移和支撑系统的水平位移。全站仪由电子测角、光电测距和数据微处理器组成,用它可以任意测算出斜距、平距、高差、高程、水平角、方位角、天顶距(或高度角),还可以测算点的坐标或根据点的坐标进行自动测设。最近发展起来的全站仪除具有经纬仪的技术性能,而且配有机载软件,测量操作更方便直观,根据测量项目的不同要求,选择测量程序,可以直接测量监测点坐标及距离。全站仪可以有效监视基坑在开挖过程中,基坑及邻近建筑物的变形状况,以便即时采取预防措施;在检查和处理有关工程质量事故中,籍以作出正确的分析与判断。第二节基坑监测方法与手段2.深层水平位移监测深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度点的水平位移,通常采用测斜仪测量。将围护桩墙在不同深度点的水平位移按—定比例制出水平位移随深度变化的曲线,即围护桩墙深层挠曲线。测斜仪由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部分组成,测斜管在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内,测斜管内有两对十字型对称分布凹型导槽,作为测斜仪滑轮上下滑行轨道,测量时,使测斜探头的导向轮卡在测斜管内壁的导槽中,沿槽滚动将测斜探头放入测斜管,并由引的导线将测斜管的倾斜角或其正弦值显示在测读仪上。测斜仪的原理是过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线与铅垂线之间倾角φ,进而计算直位置各点的水平位移。当土体产生位移时,埋入土体中的测斜管随土同步位移,测斜管的位移量即为土体的位移量。第二节基坑监测方法与手段δi=Li·sinφi式中δi——第i量测段的水平偏差值(mm);Li——第i量测段的长度,通常取为0.5m、1.0m等整数(mm);φi——第i量测段的倾角值(°)。当测斜管埋设的足够深时,管底可以假定是位移不动点,从管底上数第n量测段处测斜管的水平偏差总量为:显然,管口的水平偏差值δ0就是各量测段水平偏差的总和。∑∑==Δ•=Δ=niniiiL11sinφδδ第二节基坑监测方法与手段应该引起注意的是:只有当埋设好的测斜管的轴线是铅垂线时,水平偏差值才是对应的水平位移值,但要将测料管的轴线埋设成铅垂线是几不可能的,测斜管埋设好后,会有一定的倾斜或挠曲,因此,各量测段水平位移Δ应该是各次测得的水平偏差与测斜管的初始水平偏差之差,:式中——从管口下数第n量测段处的水平偏差初始值;——从管口下数第n量测段处的倾角初姑值;——实测的管口水平位移,当从管口起算时、管口没有水平偏差初始值;测斜管可以用于测单向位移,也可以测双向位移,测双向位移时,由两个方向的测量值求出其矢量和,得位移的最大值和方向。∑=−•+Δ=+=ΔniiinnnL1000)sin(sinφφδδonδoiφ0Δ第二节基坑监测方法与手段3.基坑回弹监测基境回弹是基筑开挖对坑底土层的卸荷过程引起基坑底面及周围一定范围内土体的回弹变形或隆起。深大基坑的回弹量对基坑本身和邻近建筑物部有较大影响,因此需作基坑回弹监测。基坑回弹监测可采用回弹监测标和深层沉降标两种,当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时所监测到的土层隆起也就是土层回弹量。第二节基坑监测方法与手段深层沉降标回弹监测标第二节基坑监测方法与手段4.土压力与孔隙水压力监测土压力是基坑支护结构周围的土体传递给挡土构筑物的压力,也称支护结构与土体的接触压力,或由自重及基坑开挖后土体中应力重分布引的土体内部应力。通常采用在量测位置上埋设压力传感器来进行。土压传感器工程上称之为土压力盒,常用的土压力盒有钢弦式和电阻式等。(1).土压力传感器的埋设对于作用在挡土构筑物表面的土压力盒应镶嵌在挡土构筑物内,使其应力膜与构筑物表面平齐,土压力盒后盖应具有良好的刚性支撑,在土力作用下尽量不产生位移,以保证测量的可靠性。第二节基坑监测方法与手段对于钢板桩或钢筋混凝土预制构件挡土结构,施工时多用打入或振动压入方式。土压力盒及导线只能在施工前安装在构件上,土压力盒用定支架安装在预制构件上,固定支架、挡泥板及导线保护管使土压力盒导线在施工过程中免受损坏。对于地下连续墙等现浇混凝土挡土结构,土压力传感器安装时需紧贴在围护结构迎土面上,但由于土压力传感器如随钢筋笼下入槽孔后,面向土层的表面钢膜很容易在水下浇筑过程中被混凝土材料所包裹,混土凝固结硬后,水土压力根本无法直接被压力传感器所感应和接收,造埋设失败。这种情况下土压力盒的埋设可采用挂布法、活塞压入法和弹法。第二节基坑监测方法与手段(A)挂布法取约为1/2~1/3的槽段宽度的布帘,在布帘缝制好用以放置土压力盒的口袋,把压力盒放入后封口固定;将布帘平铺在土压力测位置钢筋笼迎土面一侧的外表面,通过纵横分布的绳索将布帘固定于筋笼上,将土压力盒导线固定在钢筋笼的钢筋上,并引至钢筋笼顶部;帘随钢筋笼一起吊入槽孔,放入导管浇筑水下混凝土。由于混凝土在布的内侧,利用流态混凝土的侧向挤压力将布帘连同土压力传感器一起压土层,随水下混凝土液面上升所造成的侧压力增大迫使传感器与土层垂表面密贴。(B)弹入法主要由弹簧、刚架和限位插销三部分所组成,首先将装有压力盒的机械装置焊接在钢筋笼上.利用限位插销将弹簧压缩贮存向弹力能量,待钢筋笼吊入槽孔之后,在地面通过牵引铁丝将限位插销第二节基坑监测方法与手段拔除,由弹簧弹力将压力盒推内土层侧壁,根据压力余读数的变化可判定压力盒安装状况。从实际使用情况看,所埋设的压力盒具有较高的成功,基本上未出现钢膜被砂浆包裹的情况。弹入法的关键在于必须保证弹装置具备足够的行程,保证压力盒抵达槽壁土层,同时需与地连墙施工位密切配合,在限位插销拔除诸方面做到万无一失。(C)活塞压入法活塞压入法装置由活塞装置、安装定位框架及加压装置三部分组成。埋设时将装有土压力盒的活塞装置用螺钉与安装定位框连接起来,这种装置根据土压力传感器的布置、安装及运输等可分成若节,在泥浆槽槽口处依次组装的。然后用吊车将其对准槽中,徐徐放到定高程,将进水管与加压装置连接适当,施加水压力推动活塞使第二节基坑监测方法与手段第二节基坑监测方法与手段土压力盒压向槽壁,当仪器读数表明土压力盒已与槽壁接触后,再适当增加水压使其紧贴槽壁,并保持这
本文标题:第八章 基坑工程施工监测
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