深基坑施工监测技术方案初探

来源：职称驿站所属分类：项目管理论文发布时间：2012-04-25 09:32:56浏览：次

　　摘要：随着城市建设的发展，地下空间开发和利用已成为当前城市建设的发展方向。大量基坑开挖位于建筑物密集的地区，同时，基坑工程的深度和规模也越来越大。深基坑施工过程是一个复杂的动态过程，在施工过程中必须加强监测，实时指导施工进程，确保安全施工，为今后深基坑设计、施工积累经验。
　　关键词：深基坑，监测，数据应用，新技术
　　引言
　　随着城市建设的发展，地下空间开发和利用已成为当前城市建设的发展方向。在建筑工程中，三层地下室已是司空见惯，随之而来的基坑施工的开挖深度也从最初的5～7m发展到10m以上，地铁车站的深度更是超过了15m。目前，深基坑一般是指深度超过5m，周围环境较复杂的基坑工程。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案，往往含有许多不确定因素，尤其是对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。当前，基坑监测与工程的设计、施工同被列为深基坑工程质量保证的三大基本要素。
　　一、深基坑监测的意义
　　深基坑的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验与监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境——地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施提供实时数据。
　　二、深基坑监测的内容
　　基坑施工，必须要有一定的围护结构用以挡土、隔水。围护设施必须安全有效。浅基坑的围护结构以前常用的是钢板桩或混凝土板桩；深基坑则大多采用现场浇灌的地下连续墙结构或排桩式灌注桩结构，并配以混凝土搅拌桩做止水帷幕。开挖前，必须进行坑内降水，根据基坑深度的不同，基坑施工期间须配二到五道水平支撑，甚至更多。水平支撑采用钢管式结构或钢筋混凝土结构。围护结构必须安全可靠，并能确保施工环境稳定，并根据现场监测提供的动态信息反馈来调整施工方案。
　　根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002规定，基坑工程类别分为三类：
　　表1：基坑工程类别
　　类别分类标准
　　一级重要工程或支护结构作为主体结构的一部分；
　　开挖深度大于10m；
　　与邻近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑；
　　基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑
　　二级除一级和三级之外的基坑属二级基坑
　　三级开挖深度小于7m，且周围环境无特别要求的基坑
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　根据基坑等级不同，监测项目也有所不同，具体参见下表：
　　表2：各级基坑工程的监测项目选择表
　　
　　基坑类别
　　
　　监测项目一级二级三级
　　围护墙（边坡）顶水平位移应测应测应测
　　围护墙（边坡）顶竖向位移应测应测应测
　　深层水平位移应测应测宜测
　　立柱竖向位移应测宜测宜测
　　围护墙内力宜测可测可测
　　支撑内力应测宜测可测
　　锚杆内力应测宜测可测
　　土钉内力宜测可测可测
　　坑底隆起（回弹）宜测可测可测
　　围护墙侧向土压力宜测可测可测
　　孔隙水压力宜测可测可测
　　地下水位应测应测应测
　　土层分层竖向位移宜测可测可测
　　周边地表竖向位移应测应测宜测
　　周围建筑竖向位移应测应测应测
　　倾斜应测宜测可测
　　
　　水平位移宜测宜测可测
　　周围建筑、地表裂缝
　　裂缝应测应测应测
　　周围管线变形应测应测应测
　　三、测点的布设
　　测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。在确定测点的布设前，必须知道基地的地质情况和基坑的围护设计方案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。
　　原则上，能埋设的测点应在工程开工前埋设完成，并应保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项静态初始值应测取完毕。沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上，只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点，方可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点，此时的模拟桩的深度应稍大于管线深度，且地表应设井盖保护，不至于影响行人安全；如果马路上有管线设备(如管线井、阀门等)的话，则可在设备上直接设点观测。
　　测斜管(地下土体、围护结构的侧向位移)的安装：测斜管应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑围护结构以20~30m的间距布设，深度一般同基坑围护结构深度；围护结构测斜管应在围护结构浇灌混凝土时放入；地下土体测斜管的埋设须用钻机钻孔，放入管子后再用黄砂填实孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或设井框保护。测斜管的埋设要注意十字槽须与基坑边垂直。
　　分层沉降管的埋设也与测斜管的埋设方法相同。埋设时须注意波纹管外的铜环不要被破坏；一般情况下，铜环每1m放一个比较适宜。基坑内也可用分层沉降管来监测基坑底部的回弹，当然基坑的回弹也可用精密水准测量法解决。
　　土压力计和孔隙水压力计，是监测地下土体应力和水压力变化的手段。对环境要求比较高的工程，都须安装。孔隙水压力计的安装，也须用到钻机钻孔，在孔中可根据需要按不同深度放入多个压力计，再用干燥粘土球填实，待粘土球吸足水后，便将钻孔封堵好了。
　　应力计是用于监测基坑围护桩体和水平支撑受力变化的仪器。它的安装也须在围护结构施工时请施工单位配合安装，一般选择方便的部位，选几个断面，每个断面装二只压力计，以取平均值；应力计必须用电缆线引出，并编好号。
　　测点布设好以后，必须绘制在地形示意图上。各测点须有编号，为使点名一目了然，各种类型的测点要冠以点名，点名可取测点的汉语拼音的第一个字母再拖数字组成，如应力计可定名为：YL-1，测斜管可定名为：CX-1，如此等等。
　　四、数据观测
　　根据经验知道，基坑施工对环境的影响范围为坑深的2~3倍，因此，沉降观测所选的后视点应选在施工的影响范围之外；后视点不应少于二点。沉降观测的仪器应选用精密水准仪，按二等精密水准观测方法测二测回，测回校差应小于±1mm。地下管线、地下设施、地面建筑都应在基坑开挖前测取初始值。在开工期间，应根据需要不断测取数据，从几天观测一次到一天观测几次都可以；每次的观测值与初始值比较即为累计量，与前次的观测数据相比较即为日变量。根据公认的数据，日变量大于3mm，累计变量大于10mm即应向有关方面报警。
　　位移监测点的观测一般最常用的方法是偏角法。同样，测站点应选在基坑的施工影响范围之外。外方向的选用应不少于3点，每次观测都必须定向，为防止测站点被破坏，应在安全地段再设一点作为保护点，以便在必要时作恢复测站点之用。
　　地下水位、分层沉降的观测，首次必须测取水位管管口和分层沉降管管口的标高。从而可测得地下水位和地下各土层的初始标高。在以后的工程进展中，可按需要的周期和频率，测得地下水位和地下各土层标高的每次变化量和累计变化量。地下水位和分层沉降的报警值，应由设计人员根据地质水文条件来确定。
　　测斜管的管口必须每次用经纬仪测取位移量，再用测斜仪测取地下土体的侧向位移量，再与管口位移量比较即可得出地下土体的绝对位移量。位移方向一般应取直接的或经换算过的垂直基坑边方向上的分量。应力、水压力、土压力的变量的报警值同样由设计人员确定。
　　监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都须写明：初始值、本次变化量、累计变化量。工程结束后，应对监测数据，尤其是对报警值的出现，进行分析，绘制曲线图，并编写工作报告。因此，记录好工程施工中的重大事件是监测人员必不可少的工作。
　　五、监测新方法简介
　　1．电水平尺
　　电水平尺是美国生产的精密测倾（角）仪器。若将多支电水平尺串接使用，可准确测出建筑物或地面、道床等不均匀沉降分布线。
　　2．自动跟踪全站仪
　　采用最先进的自动跟踪全站仪，对建筑物场地和建筑物实行精密实时变形监测。自动跟踪全站仪还可以联机工作，通过软件对比两次所测数据，计算出次变化量。
　　3．固定式测斜仪
　　可以对定点进行连续的自动化监测，利用计算机和通讯技术，实现远距离的数据实时监测。凡是采用滑动式测斜仪的监测场所，均可代之以固定式测斜仪，实现自动化监测。
　　结束语
　　由于上海的施工环境太复杂，各类基坑施工大小问题经常发生，特别是深基坑施工，保险系数定得再大，现场问题还是防不胜防。上海市建委对深基坑的施工作了明确规定：深基坑的设计方案必须组织专家评审，在基坑施工期间必须进行第三方监测；监测数据必须由监测单位直接寄送各有关单位。