基坑工程施工监测

第三章基坑工程施工监测3-1概述一、基坑的用途：高层建筑基础；城市地铁车站和区间隧道明挖；过江隧道；合流污水处理系统；过街通道和地下立交；,二、基坑监测的目的检验设计计算理论、模型和参数的正确性；及时反馈，指导基坑开挖和支护结构的施工；确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全；为提高基坑工程设计和施工水平积累工程经验。,三、基坑工程的施工过程,3-2监测仪器和方法基坑工程施工现场监测的内容分为两大部分，即围护结构本身和相邻环境。围护结构中包括围护桩墙、支撑、围檩和圈梁、立柱、坑内土层等五部分。相邻环境中包括相邻土层、地下管线、相邻房屋等三部分。,表3-1基坑工程现场监测内容,续上表,一、观察和描述观察和描述的内容：围护结构和支撑体系的施工质量；围护体系是否有渗漏水及其渗漏水的位置和多少；施工条件的改变情况；坑边和支撑上的堆载的变化；地表降水、施工用水的排放情况；基坑周围的地面裂缝；围护结构和支撑体系的工作失常情况；,邻近建筑物和构筑物的裂缝；流土或局部管涌现象等；施工进度与施工工况。二、围护墙顶沉降监测仪器：水准仪方法：高程测量要求：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度5倍以外的稳定地方。测点设置：用铆钉枪打入铝钉；钻孔埋设膨胀螺丝；涂红漆标记。,三、围护墙顶水平位移监测仪器：经纬仪方法：、轴线法或视准线法（图3-1）。沿基坑边线或其延长线上的两端设置工作基点A、B，A、B两点形成的直线即为视准线，在视准线上沿基坑边线按照需要设置若干测点。,测量基点A、B的设置：距基坑一定距离的稳定地段；有支撑的围护结构，可在基坑角点设临时基点C、D，变换工况时用基点A、B测量临时基点C、D水平位移，再用此结果对各测点的水平位移值作校正。其它测点的设置：最好设在基坑圈梁、压顶等较易固定的地方；基坑有支撑时，测点宜设在两根支撑的跨中。适用条件：场地条件好的浅基坑。,2.前方交会法前方交会法是在距基坑一定距离的稳定地段设置一条交会基线，或者设两个或多个工作基点，以此为基准，用交会方法测出各测点的位移量。适用条件：工程场地小，施工障碍物多，基坑边线不都是直线的深基坑。,四、深层水平位移测量深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移。1、仪器组成：测斜管：材料：塑料(PVC)或铝合金，内管壁有呈十字型分布的四条凹型导槽；管段长：分为2m和4m两种规格，管段之间由外包接头管连接；管径：60、70、90mm等多种不同规格。测斜探头：测量倾角传感元件。外形：40细长金属鱼雷状，上、下近两端配有两对轮子，上端接电缆。,测斜仪探头按传感元件不同，可分为四种（如图3-2）：滑动电阻式：摆锤-电刷-电位计；电阻片式：摆锤-弹簧片-电阻应变片；钢弦式：摆锤伺服加速度式：摆锤（质量块）-感应线圈,数字式测读仪：与测斜仪探头配套使用的二次仪表。电缆：芯线中设有一根加强钢芯线，具有高防水性能。电缆的作用：向探头供给电源；给测读仪传递量测信息；作为量测探头所在的量测点距孔口的深度尺；提升和下放探头的绳索。,2、测量原理当土体内发生位移时，埋入土体中的测斜管随土体同步位移，通过逐点测量测斜管内测斜探头轴线与铅垂线之间倾角，可计算各点偏离垂线的水平偏差：(3-1)为第量测段的长度，通常取为0.5m、1.0m等整数，单位mm；为第量测段的倾角值，单位度。以管口为参照点，并从管口向下第n个测点的水平偏差值为：(3-2),式中：0为管口的水平位移值，单位mm。第n个测点的水平位移n：(3-3)即：本次测得的水平偏差减去测斜管的初始水平偏差。式中：0n从管口下数第n个测点处的水平偏差初始值；0i从管口下数第n个测点处的倾角初始值；0是实测的管口水平位移。,说明：埋设好测斜管时不可能是铅垂线，故必有初始水平偏差值；当管底不动时，则以管底为参照点，从下往上计算各测点的水平偏差；可以依次测两个相互垂直方向的位移，并求得位移总量和方向。按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线，即围护桩墙深层绕曲线。3、埋设(1)绑扎埋设测斜管绑扎于桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内；(2)钻孔埋设钻孔-放测斜管-回填空隙。,注意事项：在管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准；避免管子的纵向旋转；测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致（垂直基坑边线方向）；用清水将测斜管内冲洗干净；可先用模型探头检查测斜管导槽是否正常可用；需测量测斜管导槽的方位、管口坐标及高程；在测斜管外部设置金属套管或砌筑窨井并加盖；,4、量测将仪器预热半小时，在测斜管中放置15分钟；将测头缓慢下至孔底，自下而上将测头稳定在测点位置上测读；将测头旋转180度插入同一对导槽，按以上方法在同一位置上重复测量；深层水平位移的初始值应是基坑开挖之前连续三次测量无明显差异读数的平均值；测斜管孔口需布设地表水平位移测点，以便对深层水平位移量进行校正。,五、土体分层沉降测试分层沉降是土层内离地表不同深度处的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。1、仪器和测量原理测量仪器：磁性分层沉降仪，如图3-4。组成：探头、分层沉降管、钢环、带刻度的导线、电感探测装置。测量原理：埋入土体内的钢环与土体同步位移，用探头在分层沉降管探测钢环的位置，钢环位置的变化即为该深度处的沉降或隆起。精度：1mm。2、分层沉降管和钢环的埋设,六、基坑回弹监测基坑回弹是开挖土体的卸荷过程引起的基坑底面的隆起。1、仪器和原理仪器：回弹标或深层沉降标、精密水准仪原理：高程测量。即埋设于基坑开挖面以下的分层沉降环监测到的土层隆起就是土层回弹量。2、埋设回弹标，如图3-5；深层沉降标，如图3-6。,七、土压力监测1、预先安装法：如图3-7，适用于钢板桩或钢筋混凝土预制构件；2、挂布法：如图3-8，适用于地下连续墙；3、弹入法：如图3-9，适用于地下连续墙；4、活塞压入法：如图3-10，适用于地下连续墙；5、钻孔法：如图3-10，适用于土层中。,八、孔隙水压力监测1、仪器：孔隙水压力传感器（孔隙水压力计）和频率仪。孔隙水压力计的量程取测点深度处水柱的1.52.0倍。2、原理：探头由金属壳体和透水石组成。孔隙水压力计的工作原理是把多孔元件（如透水石）放置在土中，使土中水连续通过元件的孔隙（透水后），把土体颗粒隔离在元件外面而只让水进入有感应膜的容器内，再测量容器中的水压力，即可测出孔隙压力。3、孔隙水压力计的埋设压入法：直接将孔隙水压力计压到埋设深度，或先钻孔至埋设深度以上1m处，再将孔隙水压力计压至埋设深度，用粘土球封孔至孔口。适用于较软土质。钻孔法：如图3-10，适用于土层中，原则上一个钻孔只能埋设一个探头。,九、支挡结构内力监测1、用途：基坑围护结构沿深度方向的弯矩；基坑支撑结构的轴力和弯矩；圈梁或回檩的平面弯矩；结构底板所受的弯矩。2、仪器：钢筋应力计和频率仪或电阻应变仪；钢筋应变计和频率仪或电阻应变仪。钢筋应力计的量程根据钢筋的直径和等级。,3、原理：由钢筋计的拉力或压力计算构件内力的方法如下：支撑轴力（kN）：(3-5)支撑弯矩：(3-6)地下连续墙弯矩：(3-7)式中：Ec,Eg为混凝土和钢筋的弹性模量，单位MPa；为所量测的几根钢筋拉压力平均值，单位kN；,A,Ag为支撑截面面积和钢筋截面面积；为混凝土结构两对边受力主筋实测拉压力平均值；n为埋设钢筋计的那一层钢筋的受力主筋总根数；t为受力主筋间距；b为支撑宽度；h为支撑高度或地下连续墙厚度。说明：结构浇筑初期应考虑混凝土龄期对弹性模量的影响；温度变化大时，还需注意温差对监测结果的影响。,4、埋设（如图3-12）a.钢筋应力计：割断主筋，与结构主筋串联焊接；b.钢筋应变计：并在结构主筋附近（与主筋并联）。钢筋计在混凝土结构内相对的钢筋层上对称布置；矩形断面可以布置在4个角点处。,5、钢支撑轴力的监测a.在钢支撑端头安装轴力计（串联），直接测得轴力；b.在钢支撑表面焊接钢弦式表面应变计，用频率计或应变仪测读；,c.在钢支撑表面粘贴电阻应变片，用应变仪测读；d.在钢支撑上安装位移计或千分表，测得钢支撑变形。对于b.、c.、d.三种监测方法:每个截面上均匀布置3个或4个监测元件；根据钢支撑截面积和平均应变，可以计算其轴力。说明：轴力计价格高，但测试简单,可以重复使用；需在施工单位配置钢支撑时就协调好轴力计安装事宜；轴力计安装不好，会影响支撑受力甚至引起支撑失稳或滑脱。,十、土层锚杆拉力监测1、仪器和原理：锚杆拉力计、频率仪或电阻应变仪，直接测得锚杆拉力；钢筋应力计、频率仪或电阻应变仪，钢筋拉力乘以钢筋数量；钢筋应变计、频率仪或电阻应变仪，计算钢筋拉力，乘以钢筋数量。2、埋设a.锚杆拉力计安装在承压板与锚头之间，如图3-15；b.钢筋应力计：割断钢筋，与钢筋串联焊接；c.钢筋应变计：焊在钢筋或钢管上（与锚杆并联连接）。说明:钢筋应力计只能用于由钢筋组成的锚杆；锚杆由几根钢筋组合而成时，每根钢筋都需布设钢筋计。,十一、地下水位监测、仪器水位管：钻有小孔的塑料管，外包细纱布挡泥土；钢尺，或钢尺水位计和水位探测仪。、埋设钻孔埋设注意事项：清水冲孔后放入水位管；在水位管与孔壁间用干净细砂填实，上面2米用粘土球封孔；水位管应高出地面约200mm，上面加盖；做好水位观测井的保护装置。,十二、邻近建筑物变形监测1、邻近建筑物资料收集和调查建筑物平面位置图等；建筑物基础和结构的设计图纸；建筑物基坑工程围护方案；建筑物既有的测点布设图和监测资料；建筑物已有裂缝的宽度、长度和走向等。2、监测内容沉降、水平位移、倾斜、裂缝等。3、倾斜监测4、裂缝监测,十三、相邻地下管线监测1、相邻地下管线资料收集和调查(1)市政综合管线图；(2)管线埋置深度和走向、管材和接头的型式；(3)管线的基础型式、地基处理情况等；(4)管线地面道路人流与交通状况。2、监测内容沉降、水平位移3、测点布设间接测点：设在管线的窨井盖上；将钢筋打入至管底深度。,适用场合：开挖布设直接测点条件不允许；设防标准不高。直接测点：a.抱箍式,如图3-21；b.套筒式,如图3-22。,3-3监测方案设计,监测方案制定步骤：(1)收集和阅读有关资料a.综合平面图b.工程地质勘察报告c.围护结构和主体结构(0.00以下部分)的设计图纸d.围护施工组织设计e.综合管线图等f.相邻建筑物基础和结构的设计图纸；(2)现场踏勘(3)拟定监测方案初稿，提交协调会议讨论，形成会议纪要(4)根据会议纪对监测方案初稿进行修改，形成正式监测方案。,基坑工程监测方案设计的内容：(1)监测内容测什么；(2)监测方法和仪器怎么测；(3)施测部位和测点布置测哪里；(4)监测期限和频度何时测；(5)预警值及报警制度等实施计划怎么办。一、监测内容的确定有关规范确定a.上海市地基基础设计规范(DGJ08-11-1999)（表3-4）b.国家行业标准建筑基坑支护技术规程(表3-5)表3-4基坑工程的施工监测项目表(据DGJ08-11-1999),表3-4基坑工程的施工监测项目表(据DGJ08-11-1999),注：必须监测；选择监测,表3-5基坑工程等级划分及变形监控允许值,注：1.破坏后果系指支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境和地下结构施工影响程度；2.有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定；3.应测；宜测；可测。,二、监测仪器和方法的确定基坑监测内容中，可以选择的仪器和方法的余地较少；各基坑监测内容所能选择的仪器和方法已如3-2所述。三、测点位置及其布置原则1、桩墙顶水平位移和沉降混凝土圈梁或压顶上；测点间距一般取为8-15m，变化较大处应适当加密；有支撑时布置在两根支撑的中间部位；阳角处应布置测点；有测斜管、处；桩墙顶水平位移和沉降测点是合二为一的。,2、立柱沉降立柱桩上方的支撑面上；多根支撑交汇处立柱；作施工栈桥处的立柱。3、桩墙深层水平位移在基坑每边上应布设1个测孔，布设在基坑边中部；较短的边可不布设，长边上应每隔3040米布设1个；测孔一般应布设在两根支撑的中间部位；阳角处应布置测点；测斜管深度与围护桩墙同深度，并延伸至地表；沿深度每隔0.5米或1.0米测一点。,4、土体分层沉降平面位置的布设参见桩墙深层水平位移的布设原则；测孔紧邻围护桩墙埋设；在各土层的分界面布设测点；在厚度较大土层中，土层中部增加测点。5、土体回弹基坑中央、特征变形点；距坑底边缘1/4坑底宽度处；方形、圆形基坑可按单向对称布点；矩形基坑可按纵横向布点,复合矩形基坑可多向布点；坑外测点布设在坑内测点延长线上，在2倍基坑深度范围内。,6、支撑轴力测点的布置平面上：轴力最大的支撑；支撑间距最大处的支撑；受力较复杂的支撑；有代表性的支撑；混凝土支撑轴力监测截面应取支撑中部；钢支撑轴力监测截面应取支撑端部。立面上：平面测点对应的每道支撑处都应测。,7、锚杆拉力测点的布置平面上：拉力最大的锚杆；间距最大处的锚杆；平面形状较复杂处的锚杆；有代表性的锚杆；每道土层锚杆中至少测2根；锚杆长度、型式、穿越的土层不同时，每种情况至少测2根。立面上：平面测点对应的每道锚杆处都应测。每道锚杆与平面测点对应处。,8、围护桩墙的内力测点的布置平面上：弯矩最大处；支撑间距最大处；受力较复杂处；有代表性的地方；剖面上：弯矩最大处；反弯点位置；两道支撑（土锚）的跨中；内支撑及拉锚所在位置；各土层的分界面、配筋率改变处。,9、坑外地下水位搅拌桩施工搭接；相邻建筑（构）物处；地下管线相对密集位置；管底标高一般在常年水位以下45m。,10、环境监测环境监测包括3倍基坑开挖深度范围内的建筑（构）物和地下管线。（1）建筑（构）物监测与建筑（构）物长期沉降观测点的布设原则一致；尽量利用建筑（构）物既有沉降观测点；在墙角、柱身、门边等外形凸出部位；能反映基础差异沉降处（房与主楼交接处、基础差异缝处；（2）地下管线监测听取管线主管部门的意见；有弯头和丁字形接头；每隔1012米布设1个测点；管线越长，测点间隔可以放长；对变形敏感的部位，测点间距要变小；承接式接头每23个节度布设1个测点。,三、监测期限与频率(1)围护墙顶水平位移和沉降、围护桩墙深层水平位移监测频率：从开挖到浇筑完结构底板：1次/天；浇筑完结构底板到施工到0.00：23次/周；各道支撑拆除后的3天到一周：1次/天。(2)内支撑轴力和锚杆拉力监测频率：从支撑和锚杆施作到全部支撑拆除：1次/天。(3)土体分层沉降、回弹、水土压力、围护墙体内力监测频率：基坑每开挖其深度的1/51/4，测读23次或12次/周；在每道内支撑(或锚杆)施工间隔的时间内，测读23次或12次/周；开挖到设计深度到浇筑完结构底板，34次/周；浇筑完结构底板到全部支撑拆除，12次/周。,(4)地下水位监测频率从基坑开挖到浇筑完结构底板或整个降水期间：1次/天。环境监测频率围护桩墙和止水帷幕施工期间：1次/天（建筑物倾斜和裂缝：12次/周）；从开挖到浇筑完结构底板：1次/天；浇筑完结构底板到施工到0.00：23次/周；各道支撑拆除后的3天到一周：1次/天。沉降和水平位移到到结构做到0.00：1次/天，这段期限都需进行监测，,说明：在基坑开挖前，取连续三次测量无明显差异时的读取为初读数；埋设在土层中的元件最好在基坑开挖一周前埋设；（土压力盒、孔隙水压力计、测斜管和分层沉降环等）支撑（土锚）内等需随施工进度而埋设的元件，在埋设后读取初读数。监测频率应随基坑状况、变化速率而作适当调整。,四、预警值的确定预警值的确定依据：(1)现行的相关规范、规程；上海市和深圳市基坑设计规程（表3-6、表3-7）；国家建筑基坑工程技术规范（表3-8）；上海地区相邻建筑物的基础倾斜允许值（表3-9）。(2)设计计算预估值（围护结构和支撑轴力、锚杆拉力等）；(3)各保护对象的主管部门提出的要求；(4)经验类比、专家会议。,表3-6基坑工程等级划分及变形监控允许值,应注意变形速率的控制：一级工程：2mm/天；,二级工程：3mm/天。,表3-7深圳地区深基坑地下连续墙安全性判别标准,注：F2上行适用于基坑旁无建筑物或地下管线，下行适用于基坑近旁有建筑物和地下管线。,F6、F7上、中行与F2同，下行适用于对变形有特别严格的情况。,表3-8重力式挡墙最大水平位移预估值,注:H为监控开挖深度。,表3-9建筑物的基础倾斜允许值,注：(1)H为建筑物地面以上高度；,(2)倾斜是基础倾斜方向二端点的沉降差与其距离的比值。,经验类比值：煤气管的沉降和水平位移：均不得超过10mm，每天发展不得超过2mm；自来水管的沉降和水平位移：均不得超过30mm，每天发展不得超过5mm；坑外水位下降：不得超过1000mm，每天发展不得超过500mm；立柱桩隆起或沉降：不得超过10mm，每天发展不得超过2mm；位移时程曲线变形加速度小于0，则该工程是稳定的；变形加速度等于0，工程进入“定常蠕变”状态，须发出警告；变形加速度大于0，工程进入危险状态，须立即停工，进行加固。各种时程曲线、特征曲线发生明显转折点或突变点，也应引起重视,五、预警制度达到报警值的80%时，在日报表上作上预警记号，并报告管理人员；达到报警值的100%时，在日报表上作上报警记号，写出书面报告面交管理人员；达到报警值的110%时，在日报表上作上紧急报警记号，写出书面报告外，开现场会。,3-4监测报表与监测报告,一、监测报表（典型报表格式）二、监测曲线（典型报表格式）(1)各监测项目时程曲线；(2)各监测项目的速率时程曲线；(3)各监测项目在各种不同工况和特殊日期变化发展的形象图如：围护墙顶、建筑物和管线的水平位移平面图；深层侧向位移曲线；不同深度的孔隙水压力和土压力图线。,三、监测报告监测报告主要内容：(1)工程概况；(2)监测项目和各测点的平面和立面布置图；(3)所采用的仪器设备和监测方法；(4)监测数据处理方法和监测结果汇总表和有关汇总和分析曲线；(5)对监测结果的评价。,3-5基坑工程施工监测实例,一、大众汽车基坑工程监测1、工程概况开挖深度7.15米挡土结构：650800灌注桩，桩长13米；支撑：609钢管；止水帷幕：700500（双头）搅拌桩，桩长12米。2、环境条件西侧电缆沟：距基坑净距约1.52米，埋深1.35米；工程桩（灌注桩和树根桩）：基坑内外都有，已打好。,3、监测主要目的确保基坑稳定和施工的安全；控制基坑内外承台桩基的位移；有效保护电缆沟。4、监测内容（测点布置见图3-23）围护墙顶水平位移：J2-2光学经纬仪；围护墙顶沉降：DSZ2自动安平水准仪配FS1测微计；围护墙体水平变形：SX-20型伺服式测斜仪；钢支撑轴力：FLJ40型轴力计配VW-1振弦频率；电缆沟水平位移：J2-2光学经纬仪；电缆沟沉降：DSZ2自动安平水准仪配FS1测微计。,图3-23大众汽车基坑测点布置图,5、监测预警值（见）表3-10,表3-10基坑监测预警值,6、监测结果及分析（有关曲线）,图3-24主要工况下围护桩体和土体深层侧向位移曲线,7、结语支撑拆除前，个别围护桩顶沉降达到预警值，基坑稳定；支撑拆除后，局部围护桩顶沉降和水平位移超过预警值，基坑整体仍稳定；局部测点超过预警值系基坑换撑的设计和施工做得不太好造成的。,二、木渎港泵闸基坑工程监测1、工程概况基坑规模：深度8.05米，长120米，宽45米；南侧放坡：按1：2坡比放坡8米，留5米宽的缓冲平台，再按1：2坡比放坡8米，坡脚用搅拌桩加固宽2米、深4米的区域；北侧：先按1：1坡比放坡1米，将围护结构标高降低1m，进水池和泵站部位：800950长19米灌注桩桩；土锚：325钢筋，长度为20米或24米止水帷幕：700500（双头）搅拌桩，桩长12米。出水池部位：水泥土重力式挡墙加门架式挡墙的围护；大孔径灌注桩（1200）悬臂式结构，搅拌桩加固被动土体。,2、环境条件北侧西部：5层办公楼及4层厂房各1栋；靠近建筑物的最小处仅1.9米。3、监测主要目的确保基坑稳定和施工的安全；有效保护5层办公楼及4层厂房。,4、监测内容（测点布置见图3-26）围护墙顶水平位移：J2-2光学经纬仪；围护墙顶沉降：DSZ2自动安平水准仪配FS1测微计；围护墙体水平变形：SX-20型伺服式测斜仪；土层锚杆拉力：钢筋应力计配便携式数字频率计；周围建筑物倾斜：J2-2光学经纬仪；周围建筑物沉降：DSZ2自动安平水准仪配FS1测微计；周围建筑物裂缝：裂缝计基坑内外地下水位：钢尺,图3-26,5、监测预警值（见）表3-8,表3-8基坑监测预警值,6、监测结果及分析（有关曲线）,7、结语各项监测内容均未达到预警值，说明基坑是安全稳定的。,