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1、第6章 基坑工程监测,1 概述,基坑工程在总体数量、开挖深度、平面尺寸等方面都得到高速的发展(紧、近、深、大)地质条件复杂基坑开挖过程中，基坑内外土体应力变化基坑周围的环境保护要求越来越高最近几年出现的一些基坑安全事故,1.1 监测目的将监测获取的数据与理论计算值相比较以判断原施工参数取值是否合理，以便调整下一步有关施工参数，做好信息化施工 将监测结果信息反馈优化设计，使之更符合实际，使支护结构设计更加经济、安全积累基坑工程施工、设计优化的实际资料，用以指导今后设计、施工,1.2监测内容,工程结束时应提交完整的监测报告，报告内容包括：监测项目和各测点的平面和立面布置图采有仪器的型号、规格和标定
2、资料测试资料整理的计算方法监测值全部过程变化曲线监测最终结果评述,1.3 监测点布置设置在围护结构里的测斜管，按对基坑工程控制变形的要求，一般情况下，基坑每边设13点；测斜管深度与结构入土深度一样。围护桩（墙）顶的水平位移、垂直位移测点应沿基坑周边每隔1020m设一点，并在远离基坑（大于5倍的基坑开挖深度）的地方设基准点，对此基准点要按其稳定程度定时测量其位移和沉降,环境监测应包括基坑开挖深度3倍以内的范围。房屋沉降量测点则应布置在墙角、柱身（特别是代表独立基础及条形基础差异沉降的柱身）、门边等外形突出部位，测点间距要能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降为宜立柱桩沉降测点直接布置在立柱桩上方的支
3、撑面上。每根立柱桩的隆沉量、位移量均需测量，特别对基坑中多个支撑交汇受力复杂处的立柱应作为重点测点。对此重点，变形与应力量测应配套进行在实际工程中，应根据工程施工引起的应力场、位移场分布情况分清重点与一般，抓住关键部位，做到重点量测项目配套，强调量测数据与施工工况的具体施工参数配套，以形成有效的整个监测系统。使工程设计和施工设计紧密结合，以达到保证工程和周围环境安全和及时调整优化设计及施工的目的,1.4 监测项目安全警戒值在工程监测中，每一测试项目都应根据实际情况的客观环境和设计计算书，事先确定相应的安全警戒值，以判断位移或受力状况是否会超过允许的范围，判断工程施工是否安全可靠，是否需调整施工
4、步骤或优化原设计方案。因此，测试项目的安全警戒值的确定至关重要一般情况下，每个警戒值应由两部分控制，即总允许变化量和单位时间内允许变化量,安全警戒值确定的原则：满足设计计算的要求，不可超出设计值满足测试对象的安全要求，达到保护目的对于相同的保护对象，应针对不同的环境和不同的施工因素而确定满足各保护对象的主管部门提出的要求满足现行的相关规范、规程的要求在保证安全的前提下，综合考虑工程质量和经济等因素，减少不必要的资金投入,根据以上原则及实践经验，安全警戒值的参考值：基坑围护墙测斜：对于只存在基坑本身安全的测试，最大位移一般取80mm,每天发展不超过10mm。对于周围有需严格保护构筑物的基坑，应根
5、据保护对象的需要来确定。重要建筑物、构筑物，周围施工对其影响所造成的位移不得超过20mm煤气管道的变位：沉降或水平位移均不得超过10mm，每天发展不得超过2mm自来水管道变位：沉降或水平位移均不得超过30mm，每天发展不得超过5mm基坑外水位：坑内降水或基坑开挖引起坑外水位下降不得超过1000mm，每天发展不得超过500mm立柱桩差异隆沉：基坑开挖中引起的立柱桩隆起或沉降不得超过10mm，每天发展不超过2mm弯矩及轴力：根据设计计算书确定，一般将警戒值定在80%的设计允许最大值内对于测斜、围护结构纵横向弯矩等光滑的变化曲线，若曲线上出现明显的折点变化，也应作出报警处理,2 常见的基坑围护结构方
6、案,自立式挡土体系放坡大开挖土钉墙水泥搅拌桩重力坝弹性墙加支撑挡土体系SMW工法加支撑钻孔贯灌注桩排桩加支撑加水泥搅拌桩隔水帷幕地下连续墙加支撑,2.1 自立式挡土体系,土钉墙,排桩加支撑挡土、隔水帷幕,2.2 弹性墙加支撑挡土体系,排桩加土锚挡土、隔水帷幕,型钢水泥土挡墙加支撑（土锚）SMW工法,型钢水泥土挡墙加支撑（土锚）SMW工法,3 变形监测,一、垂直位移测量二、水平位移测量三、倾斜测量 四、裂缝观测五、深层水平位移六、围护体系内力七、孔隙水压力八、土压力九、地下水位十、分层沉降(坑底隆起),一、垂直位移测量,1.1 监测项目地表、围护墙顶、坑内立柱、管线、建筑物、防汛墙、高架立柱、地
7、铁隧道等构筑物的垂直位移监测1.2 仪器水准仪，连通管（静力水准仪测量相对变化），全站仪（三角高程，比较少）,1.3 原理方法水准路线的分类：附合水准路线：从一个已知高程的水准点(BM1)起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点(BM2)，称为附合水准路线 如下图所示,支水准路线：从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后不连测到任何已知高程的水准点称为支水准路线。为了对测量成果进行检核，并提高成果的精度，单一水准支线必须进行往返测量。,闭合准路线：从一个已知高程的水准点(B
8、M1)起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后又回到水准点(BM1)，称为闭合水准路线。如右图所示,水准路线的拟定：日常监测中，应采用附合水准路线或闭合水准路线。没有任何规范中规定变形观测采用支水准路线观测,2.1 视准线法,以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量监测点到基准线的距离，确定偏移量的测量方法,二、水平位移测量,2.2 小角度法,在测站上测量测站点至监测点的距离及固定方向与监测点方向间的夹角,以确定位移矢量的方法每次测量夹角的变化，夹角变化量与距离的乘积即位移量,三、倾斜测量,建筑物、构筑物的倾斜监测的方法有两种：一是直接测定建筑物的倾斜二是
9、通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜直接测定建筑物的倾斜应测定建筑物顶部相对于底部或各层间相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度,四、裂缝观测,在监测裂缝中部的两侧各粘贴一块金属不锈钢板，钢板中心钻一小圆孔，埋设时圆孔连线方向垂直于裂缝（裂缝宽度），同时在裂缝的两端也各作一个标记，以观测裂缝的开展情况（裂缝长度）；也可以采用在裂缝两端设置石膏薄片，使其与裂缝两侧牢固粘结，当裂缝裂开或加大时，石膏片也裂开，监测时可测定其裂缝的大小和变化,五 深层侧向位移监测(测斜),5.1 测斜仪的组成1)探头：装有重力式测斜传感器2)测读仪：测读仪是二次仪表
10、，需和测头配套使用3)电缆：连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离4)测斜管：测斜管一般由塑料管或铝合金管制成。常用直径为5075mm，长度每节24m，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动,主要测斜仪,美国Geokon-603测斜仪,美国Geokon公司生产，Geokon603读数仪，配6000系列探头，能自动记录观测数据。系统总量程为53，系统精度6 mm/30 m，灵敏度10弧秒(0.05 mm/m)。,SINCO测斜仪、电缆和读数仪,美国SINCO测斜仪，能自动记录观测数据。测
11、量范围：垂直方向53 精度：0.02mm/每500mm重复性：0.003 工作温度范围：-20-+50重量：1.8公斤,北京航天CX-06A测斜仪,北京航天测斜仪，能自动记录观测数据。传感器分辨率：0.02mm/8系统总精度：4mm/15m 测量范围：50数字显示：4.5位测量电缆：9.5mm六芯导线导轮间距：500mm,测斜用PVC高精度测斜管,ABS、铝合金高精度测斜管,5.2 测试方法测斜管应在工程开挖前1530d埋设完毕，在开挖前的35天内复测23次。取其平均值作为初始值，开始正式测试工作每次测试时，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底。待探头与管内温度基本一致、显示仪
12、读数稳定后开始监测。一般以管口作为确定测点位置的基准点，每次测试时管口基准点必须是同一位置，按探头电缆上的刻度分划，均速提升每隔500mm读数一次，并做记录。待探头提升至管口处。旋转180后，再按上述方法量测，以消除测斜仪自身的误差,5.3 计算原理,基坑监测时，一般只考虑垂直于围护体的方向，即X+、X-方向，需连续测二次来消除力平衡伺服加速度仪零漂的影响(一测回)每点水平偏移量是通过计算上部滑轮组相对于下部滑轮组所产生的倾角()乘以观测读数间距(L)和相应的系数得到总水平偏移量是将每点的水平偏移量进行累加获到，该偏移曲线为一条连续的曲线，也就是说只要确定了一个基准点，整条曲线的位置就能确定下
13、来,土体深层水平位移监测,L为传感器两对滑轮中心距(一般为500)k为读数的放大倍数，采用公制时取25000，英制时取20000L/k称为仪器的标定系数,【标定系数】,5.4 测斜数据处理,计算方法 以孔口作为基准点 以孔底作为基准点 测斜数据的矢量和,5.5 注意事项测斜管中有一对槽口应自上而下始终垂直于基坑边线，若因施工原因致使槽口转向而不垂直于基坑边线，则须对两对槽口进行测试，然后在同一深度取矢量和测点间距应为0.5m，以使导轮位置能自始至终重合相连，而不宜取1.0m测点间距，导致测试结果偏离,六 围护体系内力,6.1 监测项目主要包括支撑内力、锚杆拉力、围护墙内力、围檩内力、立柱内力等
14、支撑内力、锚杆拉力为板式围护体系一、二级监测等级必测项目，三级监测等级选测项目围护墙内力、围檩内力为板式围护体系一级监测等级必测项目，二级监测等级选测项目立柱内力为板式围护体系一、二级监测等级选测项目，主要用于逆作法施工,支撑轴力,地墙内力,锚索拉力,立柱内力,6.2 仪器和设备6.2.1 钢筋应力计 用于测量钢筋混凝土构件内的钢筋应力,6.2.2 应变计埋入式应变计埋入式应变计可在混凝土结构浇筑时，直接埋入混凝土中用于地下工程的长期应变测量,埋入式应变计的两端有两个不锈钢圆盘。圆盘之间用柔性的铝合金波纹管连接中间放置一根张拉好的钢弦，将应变计埋入混凝土内。混凝土的变形(即应变)使两端圆盘相对
15、移动，这样就改变了张力，用电磁线圈激振钢弦，通过监测钢弦的频率求混凝土的变形,表面应变计基坑监测中主要安装在钢支撑表面，用于钢支撑受力后的应变测量表面应变计由两块安装钢支座、微振线圈、电缆组件和应变杆组成。安装时使用一个定位托架，用电弧焊将两端的安装钢支座焊（或安装）在待测结构的表面,6.2.3 轴力计 在基坑工程中轴力计主要用于测量钢支撑的轴力。轴力计的外壳是一个经过热处理的高强度钢筒。在筒内装有应变计，用来测读作用在钢筒上的荷载,轴力计可直接监测支撑轴力表面应变计则是通过量测到的应变再计算支撑轴力钢筋应力计则通过钢筋和混凝土应变协调的假定来换算支撑轴力,钢筋混凝土支撑,钢筋混凝土支撑,建议
16、:问题一,1）合理选择确定初始值的时间，建议在混凝土浇筑后第二天就采集数据，对数据变化作综合分析2）在同一截面上同时安装钢筋应力计、混凝土应变计等进行比对测试,问题二,1)应采用等直径的钢筋应力计置换原支撑内的主筋如确有困难，采用埋设法安装时要用加长的钢筋应力计的拉杆，达到钢筋绑扎法锚固力的要求注意计算公式中钢筋应力计应按实际面积计算,七 孔隙水压力监测,7.1 监测内容用于量测基坑工程坑外不同深度土的孔隙水压力 监测目的由于饱和土受荷载后首先产生的是孔隙水压力的变化，随后才是颗粒的固结变形，孔隙水压力的变化是土体运动的前兆结合土压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据；不同
17、深度孔隙水压力监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据孔隙水压力监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级选测项目,7.2 仪器设备孔隙水压力计 主要有钢弦式(常用形式)、气压式等几种孔压计孔隙水压力计组成:滤头(由透水石、开孔钢管组成，主要起隔断土压的作用)；传感部分数显频率仪,7.3 测试数据计算 式中：孔隙水压力（kPa）标定系数（kPa/Hz2）测试频率（Hz）初始频率（Hz）,八 土压力监测,8.1 监测内容主要用于量测围护结构内、外侧的土压力 监测目的结合孔隙水压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据不同深度土压力监测可以为围护墙后水、土压
18、力分算提供设计依据土压力监测为板式围护体系一、二级监测等级选测项目,8.2 仪器设备土压力计（盒）主要有钢弦式(常用形式)、差动电阻式、电阻应变式等土压力盒又有单膜和双膜两类，单膜一般用于测量界面土压力；双膜一般用于测量自由土体土压力数显频率仪,8.3 土压力计（盒）安装钻孔法 钻孔法是通过钻孔和特制的安装架将土压力计埋入土体内。具体步骤如下先将土压力盒固定在安装架内钻孔到设计深度以上0.5m-1.0m；放入带土压力盒的安装架，逐段连接安装架，土压力盒导线通过安装架引到地面。然后通过安装架将土压力盒送到设计标高回填封孔,挂布法 挂布法用于量测土体与围护结构间接触压力 具体步骤如下：先用帆布制作
19、一幅挂布，在挂布上缝有安放土压力盒的布袋，布袋位置按设计深度确定将挂布绑在钢筋笼外侧，并将带有压力囊的土压力盒放入布袋内，压力囊朝外，导线固定在挂布上引至围护结构顶部放置土压力计的挂布随钢筋笼一起吊入槽（孔）内混凝土浇筑时，挂布将受到流态混凝土侧向推力而与槽壁土体紧密接触,挂布法埋设,8.4 测试数据计算 式中：土压力（kPa）；标定系数（kPa/Hz2）测试频率（Hz）初始频率（Hz）,8.5 注意事项(1)土压力计应按测试量程选择，上限可取预计最大量程的1.5倍(2)压力盒固定在安装架时，压力盒侧向的固定螺丝不能拧得太紧，以免造成压力盒内钢弦松弛(3)压力盒沉放过程中，始终要跟踪监测土压力
20、盒频率，看是否正常，如果频率有异常变化，要及时收回，检查导线是否受损(4)压力盒沉放到位施压前，到检查压力盒是否垂直，压力盒面的方向是否与被测土压力的方向垂直(5)采用挂布法安装时，由于土压力盒挂在钢筋笼外侧，因此在钢笼下槽过程中，要格外小心压力囊经过导墙时受挤压、摩擦而破损漏油。挂布要尽可能兜住钢筋笼外侧，防止混凝土浇筑时水泥浆液流到挂布外侧裹住土压力盒,九 地下水位监测,9.1 监测内容坑内、坑外水位监测监测目的通过坑内水位观测可以检验降水方案的实际效果，如降水速率和降水深度通过坑外水位观测可以控制基坑工程施工降水对周围地下水位下降的影响范围和程度，防止基坑工程施工中的水土流失；同时也可以
21、了解围护墙的止水（隔水）效果坑外水位监测为基坑监测必测项目,9.2 仪器设备水位管(地下埋入材料)钢尺水位计(地表测试仪器)由探头、钢尺电缆、接收系统、绕线架等部分组成管口水准测量 由水准仪、标尺、脚架、尺垫等组成,水位管 水位计 水准仪,9.3 测试方法先用水位计测出水位管内水面距管口的距离，然后用水准测量的方法测出水位管管口绝对高程，最后通过计算得到水位管内水面的绝对高程,9.4测试数据计算水位管内水面应以绝对高程表示 式中：水位管内水面绝对高程(m)水位管管口绝对高程(m)水位管内水面距管口的距离(m),本次变化和累计水位变化 式中：第i次水位绝对高程(m)第i-1次水位绝对高程(m)水
22、位初始绝对高程(m)累计水位差(m),十 土体分层垂直位移监测,10.1 监测内容坑内、外土体深层垂直位移 坑内土体深层垂直位移亦称坑内土体回弹或坑底隆起 基坑底部隆起原因 基坑在开挖后由于上部土体开挖卸载，深层土体应力释放向上隆起；另外，由于基坑内土体开挖后，支护内外的压力差使其底部产生侧向位移，导致靠近围护结构内侧的土体向上隆起，严重者产生塑性破坏土体分层垂直位移监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级选测项目,10.2 仪器设备埋入地下的材料部分 由沉降导管、底盖和沉降磁环等组成分层沉降仪(地面测试仪器)由测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等组成管口水准测量 由水准仪
23、、标尺、脚架、尺垫等组成,沉降管与磁环 水准仪 分层沉降仪,10.3 测试方法先用水准仪测出沉降管的管口高程然后将分层沉降仪的探头缓缓放入沉降管中，当接收仪发生蜂鸣时，就是磁环的位置。捕捉响第一声时测量电缆在管口处的深度尺寸。这样由上向下地测量到孔底，这称为进程测读回收测量电缆时，测头再次通过土层中的磁环，接收系统的蜂鸣器会再次发出蜂鸣声。此时读出测量电缆在管口处的深度尺寸，如此测量到孔口，称为回程测读磁环距管口深度取进、回程测读数平均数,10.4 测试数据计算分层沉降标（磁环）位置以绝对高程表示：式中：分层沉降标（磁环）绝对高程(m)沉降管管口绝对高程(m)分层沉降标（磁环）距管口的距离(m
24、),本次垂直位移量和累计垂直位移量：式中：第i次磁环绝对高程(m)第i-1次磁环绝对高程(m)磁环初始绝对高程(m)本次垂直位移(mm)累计垂直位移(mm),现场巡检案例,杭州地铁某地铁站,车站标准段深度约14.7米，端头井处深约16.3米车站采用明挖顺做法施工，围护结构采用地下连续墙加四道钢支撑，车站两侧区间采用盾构法施工标准段采用600厚地下连续墙，端头井采用800厚地连墙。地连墙插入比为1：1，标准段地连墙插入深度为28m左右 地连墙底部土层为2淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，含有机质，夹少量薄层状粉土,杭州地铁XX站地下连续墙变形,实际变形超过40cm,报表变形约4cm,监测报告数据仅为实际值的10%,导致墙体侵限超过30cm,差一点造成不可弥补的严重后果。,围墙裂缝超过15cm,地面裂缝超过2cm,杭州地铁XX站,地连墙裂缝超过2mm,杭州地铁XX站,地表裂缝随处可见,杭州地铁XX站,基坑工程成败的五个要点,完善的设计方案详实的工程地质报告高质量的施工队伍周密的信息化监测系统高度重视安全的项目管理组织,The end,
