深基坑施工监测

深基坑施工监测主讲：工作单位：主要内容第一部分：概述第二部分：监测内容和方法第三部分：监测方案设计第四部分：监测结果处理第五部分：工程实例第一部分：概述1.基坑监测必要性2.基坑监测目的3.基坑监测基本要求第一部分：概述1.基坑监测必要性在基坑工程实践中常常发现，与设计预估值相比，实际工程的工作状态往往存在一定的差异性，有时差异的程度还相当大，主要体现在以下几个方面：（1）地层性质存在着相当的变异性和离散性，地质勘察所获得的数据还很难准确代表土层的全面总体情况。（2）对基坑支护结构进行设计和变形预估时，对土层和支护结构本身所作的本构模型、计算假定，以及参数选用等，与实际状况相比存在着一定的近似性和相对误差。（3）基坑开挖和施筑过程中，随着土层开挖标高变化和支撑体系的设置与拆除，支护结构的受力处于经常性的动态变化状况，诸如地面荷载突变、超深超长开挖等偶然随机因素的发生，使得结构荷载作用时间和影响范围难以预料。第一部分：概述2.基坑监测目的(1)为施工开展提供及时的反馈信息根据监测分析结果调整施工参数，必要时，采取附加工程措施，以此达到信息化施工的目的，现场施工管理和技术人员可根据监测数据和成果判别工程是否安全。(2)作为设计与施工的重要补充手段设计计算中未曾考虑的各种复杂因素，都可以通过对现场监测结果分析加以局部修改和完善，基坑工程中的这一做法与隧道掘进中的新奥法思想是基本一致的，即将施工监测和信息反馈看作设计的一部分，前期设计和后期设计互为补充，相得益彰。(3)作为施工开挖方案修改的依据根据工程施工的结果来判断和鉴别原设计方案是否安全和适当，必要还需对原开挖方案进行局部的调整和修改。第一部分：概述（4）保证基坑支护结构和相邻建筑物的安全只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的建筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计。(5)积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平基坑现场监测不仅确保了本基坑工程的安全，在某种意义上也是1:1的实体试验，所取得的数据是结构和土层在工程施工过程中真实反应，是各种复杂因素影响和作用下基坑系统的综合体现，因而也为该领域的科学和技术发展积累了第一手资料。第一部分：概述3.基坑监测要求（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；（2）监测数据必须可靠真实；（3）监测数据必须是及时的，监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出；（4）埋设于结构中的监测元件应尽量减少对结构的正常受力的影响，并注意埋设监测元件的回填土与岩土介质的匹配；（5）应采纳多种方法、施行多项内容的监测方案，以便监测结果可以互相印证、互相检验；（6）对重要的监测项目，应按照工程具体要求预先设定预警值和报警制度，预警值应包括变形或内力量值及其变化速率。第二部分：基坑监测内容及方法1.基坑监测内容2.基坑监测方法第二部分：基坑监测内容及方法1.基坑监测内容深基坑工程施工现场监测的内容分为围护结构本身和相邻环境两大部分：基坑监测围护结构相邻环境围护桩、墙：桩、墙顶水平位移沉降，深层挠曲相邻土层：分层沉降和水平位移相邻房屋：垂直沉降和倾斜裂缝地下管线：垂直沉降和水平位移围檩、梁：内力和水平位移支撑结构：支撑轴力立柱：垂直沉降坑内土：体垂直隆起第二部分：基坑监测内容及方法2.基坑监测方法(1)肉眼巡视肉眼巡视是不借助任何量测仪器，而用肉眼对桩顶圈梁、邻近建筑物、邻近地面的裂缝、塌陷以及支护结构工作失常、流土、渗漏或局部管涌等不良象的发生和发展进行记录、检查和分析。(2)围护桩墙顶水平位移和沉降监测围护桩墙顶水平位移和垂直沉降是基坑工程中员直接、最重要的内容。沉降监测方法主要采用精密水准测量，在一个测区内，应设3个以上基准点，基准点要设置在距基坑开挖深部5倍的距离以外的稳定地方。水平位移监测，有场地时，用轴线法即视准线法;场地有限时采用前方交会法。第二部分：基坑监测内容及方法（3）桩墙深层挠曲桩墙深层挠曲就是测量围护桩墙在不同深度上的点的水平位移，通常采用测斜仪测量。①测斜仪构造测斜仪由测斜管、测斜探头和数字式测读仪三部分组成，见图2-1和图2-2。图2-1测斜管图2-2测斜探头和读数仪第二部分：基坑监测内容及方法图2-3测斜仪测斜原理图第二部分：基坑监测内容及方法图2-4在预定位置钻孔埋设或在支护桩内绑扎、固定第二部分：基坑监测内容及方法③测斜管埋设测斜管的埋设有钻孔埋设、绑扎埋设，埋设时应注意以下事项：a.埋入测斜管时，应保持垂直，如埋在桩体或墙体内应与钢筋笼扎牢；b.测斜管有两对方向相互垂直的定向槽，其中一对须与基坑边线垂直；c.测量时，必须保证测斜仪与管内温度基本一致，显示仪读数稳定才能开始测量；d.选择测斜管中的不动点作为测量基准点。第二部分：基坑监测内容及方法（4）土体分层沉降测试土体分层沉降是指离地面不同深度处土层内的点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。①仪器与原理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，见图2-5和图2-6。图2-5磁性沉降标图2-6磁性沉降仪第二部分：基坑监测内容及方法②分层沉降仪埋设埋设时应注意：提高钻孔的垂直精度；配制CB砂浆时，应注意一定的硬度，但避免过硬；测定管受张拉荷载至CB砂浆完全硬化为止；变换部位在开挖后移到耐压盒下。图2-7分层沉降标安装示意图第二部分：基坑监测内容及方法（5）基坑回弹测量基坑回弹测量是基坑开挖对坑底的土层的卸荷过程中引起基坑底面及坑外一定范围内土体的回弹或隆起。基坑回弹监测可采用回弹监测标和深层沉降标两种。①回弹标回弹沉降标如图，埋设方法如下：a.钻孔至基坑设计标高以下200mm，将回弹标旋入钻杆下端，顺钻至孔底将回弹标尾部压入土中；b.放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面标高；c.监测完毕后，将辅助测杆、保护管提出地面，用素土回填钻孔。图2-8回弹监测标第二部分：基坑监测内容及方法②深层沉降标深层沉降标由一个三卡锚头、一根内管和一根外管组成，如右图，埋设方法如下：a.用钻机在预定位置钻孔，孔底标高略高于欲测量土层的标高约一个锚头长度；b.将装配好的深层沉降标慢慢放入钻孔内，并逐步加长，直到孔底；c.在孔口临时固定外管，将内管压下约150mm，此时锚头上的三个卡子会向外弹，卡在土层里；d.顺时针旋转外管，使外管与锚头分离；e.固定外管，将外管与钻孔之间的空隙填实，做好测点的保护装置。图2-9深层沉降标第二部分：基坑监测内容及方法（6）水土压力监测桩墙侧向水土压力的监测通常是在桩墙迎土面埋设土压力传感器，通过相应的接收仪器来读取所需的数据。①土压力盒常用的土压力传感器有钢弦式和电阻式两大类，如图9、10所示。对应于钢弦式和电阻式两种传感器的接收装置分别为频率仪和电阻应变仪。图2-10钢弦式土压力盒图2-11电阻式土压力盒第二部分：基坑监测内容及方法其中钢弦式土压力盒耐久性好，能适合各种复杂环境，因而尽管其精度相对较差，但在目前工程实践中应用日趋广泛，大有逐步取代电阻式土压力传感器的趋势。图2-12土压力盒构造图钢弦式电阻式第二部分：基坑监测内容及方法①土压力盒的埋设土压力盒的埋设方法有挂布法、顶入法、弹入法和钻孔法。a.挂布法挂布法的基本原理是将土压力传感器按监测方案设定的的布设位置，首先安装在预先制备的维尼龙或帆布挂帘上，然后将维尼龙或帆布平铺在钢筋定表面并与钢筋笼绑扎固定。挂布法的特点是方法可靠，埋设元件成活串高，缺点在于所需材料和工作量大，由于大面积铺设很可能改变量测档段或核体的摩擦效应，影响结构受力。b.弹入法弹人法的关键在于必须保证掸人装置具备足够的量程，保证压力盒抵达槽壁土层，同时需与地堵施工单位密切配合，在限位插销拔除诺方面做到万无一失。图2-13弹入法土压力盒埋设第二部分：基坑监测内容及方法c.顶入法顶入法有气顶和液压顶两种方法，基本原理是将土压力盒安装在小型千斤顶端头，将千斤顶水平固定在钢筋笼对应于土压力量测的位置。顶入法埋设土压力盒如图13，顶入法操作简便，效果理想，但需将千斤项埋人桩墙，加上气、液压驱动管道，投入成本较高。d.钻孔法对于因受施工条件或结构形式限制，只能在成桩或成墙之后埋设压力盒的情况，通常采用在场后或桩后钻孔、沉放和回填的方式埋设。钻孔法埋设测试元件工程适应性强，特别适用于预制订人式排桩结构。由于钻孔回填砂石的固结需要一定的时间，因而传感器前期数据偏小。另外，考虑钻孔位置与桩墙之间不可能直接密贴，需要保持一段距离，因而测得的数据与桩墙作用荷载相比具有一定近似性，这是钻孔法不及上述挂布法、顶入法和弹入法之处。钻孔法适用于土层中。图2-13顶入法土压力盒埋设第二部分：基坑监测内容及方法②孔隙水压力测试孔隙水压力量测结果可用于固结计算及有限应力法的稳定性分析，在打桩、堆载预压法地基加固的施工速度控制、基坑开挖、沉井下沉和降水等引起的地表沉降的控制中具有十分重要的作用。孔隙水压力探头分钢弦式、电阻式和气动式三种类型，探头由金属壳体和透水石组成。埋设方法有压入法和钻孔法。图2-14孔隙水压计图2-15孔隙水压计构造原理第二部分：基坑监测内容及方法(7)支挡结构内力监测采用钢筋混凝土材料制作的围护支挡构件，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，然后根据钢筋与混凝土共同作用、变形协调条件计算得到。①钢筋计类型钢筋计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。图2-16钢弦式钢筋计图2-17钢弦式钢筋计构造第二部分：基坑监测内容及方法②钢筋计布置两种钢筋计的安装方法不相同，轴力和弯矩等的计算方法也略有不同，钢弦式钢筋计与结构主筋轴心对焊，是与受力主筋串联连接的，由频率计算得到的是钢筋的应力值；而电阻式应变钢筋计是与主筋平行绑扎或点焊载箍筋上，应变仪测得的是混凝土内部该点的应变，传感元件伸出两边的钢筋的长度应不小于钢筋计长度的35倍。两种钢筋计的布置见图2-18和图2-19。图2-18钢弦式钢筋计布置图2-19电阻应变式钢筋计布置第二部分：基坑监测内容及方法③注意事项a.做好钢筋计传感器和信号线的防水处理；b.钢筋计的信号线需用金属屏蔽线，减少外界因素对信号的干扰；c.钢筋计与信号线的编号必须一一对应；d.钢筋计对焊必须保证焊接质量，若绑扎应牢固；e.钢筋计安装好后，浇筑混凝土前和基坑开挖前各测一次初始值；f.考虑温度补偿。第二部分：基坑监测内容及方法图2-20安装好的钢筋计第二部分：基坑监测内容及方法(8)锚杆试验和监测①锚杆试验锚杆试验分为基本试验、验收试验和蠕变试验三种，用于试验的锚杆应与工程锚杆相同。A.基本试验最大试验荷载不应超过钢丝、钢筋或钢绞线的强度标准值的0.8倍，试验成果通过绘制荷载－位移曲线、荷载－弹性位移曲线、荷载－塑性位移曲线表示。当基本试验所得到的总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长量的80％，且小于自由段长度与1/2锚固长度之和的理论弹性伸长时，才判断试验结果有效。B.验收试验最大试验荷载不应超过预应力钢筋A.fPT值的0.8倍，且为锚杆设计轴向拉力的1.5倍(永久性锚杆)或1.2倍(临时性锚杆)。试验成果整理成如图20所示的验收试验Q-S曲线，试验所得总弹性位移应超过自由段长度理论弹性伸长量的80％，且小于自由段长度与1/2锚固长度之和的理论弹性伸长时，锚杆达到验收标准。第二部分：基坑监测内容及方法C.蠕变试验在监测时间内荷载必须恒定，每级荷载按时间间隔1、2、3、4、10、20、30、45、60、75、90、120、150、180、210、240、270、300、330、360min记录蠕变量，试验结果绘制蠕变量－时间对数曲线，并用下式计算蠕变系数：式中，S1、S2分别为t1、t2时所得的蠕变量。第二部分：基坑监测内容及方