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1、建筑基坑工程的监测与控制,一、我国结构工程重大理论研究成果,上一世纪90年代 在国家自然科学基金委等部委组织下，进行了我国结构工程学科的发展战略多次专家研讨会，并于1991年公布了“结构工程学科发展战略研究报告”。,一、我国结构工程重大理论研究成果,“结构工程学科发展战略研究报告”指出：目前工程结构学科的发展已全面突破了传统的格式。在空间域，由单一构件的分析理论扩展到整个结构及其耦联系统的分析与综合；在时间域，由单纯重视使用阶段延伸到考虑建造、使用和老化阶段全“生命周期”；整个学科的基础已从单一依靠工程力学发展到依靠多学科的交叉。,一、我国结构工程重大理论研究成果,2000年完成的国家攀登计划
2、“大土木及水利工程安全性与耐久性的基础研究”。主要内容有：几种典型重大结构物（大型隧道边坡，大跨桥梁和高层建筑）为依托，以结构“生命周期”中施工、使用和老化三阶段为主线，系统地进行有关结构安全性和耐久性的基础研究。,一、我国结构工程重大理论研究成果,该研究获得了许多成果，整体水平达到了国际先进水平，个别课题的工作达到了国际领先水平。其中不少己用于三峡等世界一流的水电工程、以及国内各种知名的桥梁、高层建筑上，有的监测系统甚至直接服务重大工程。,一、我国结构工程重大理论研究成果,主要研究成果有：大型隧道、边坡施工的监测与快速反分析方法；高层建筑施工过程安全分析与控制；预应力混凝土斜拉桥拉索式长挂篮
3、悬臂施工控制；大型桥梁模态与损伤识别技术；钢筋混凝土结构剩余寿命评估的基础研究。,一、我国结构工程重大理论研究成果,科学理论和关键技术的重大进展1.大型隧道、边坡施工的监测与快速反分析方法；2.高层建筑施工过程安全分析与控制；3.高层建筑安全性监测与检测集成系统；4.预应力混凝土斜拉桥拉索式长挂篮悬臂施工控制；5.大型桥梁模态与损伤识别技术；6.钢筋混凝土结构剩余寿命评估,一、我国结构工程重大理论研究成果,大型隧道、边坡施工的监测与快速反分析方法 发展了一套用于指导隧道施工快速监测-安全分析-施工控制的方法。使用者可以即时获得各断面测点累积位移、位移速率、断面位移趋势图等信息分析资料，用于分析
4、施工安全状况和指导下一步施工安排。发展了隧道、边坡位移反分析方法，提出了一种弹性模量和初始地应力位移反分析模型和一种反分析优化算法。编制了相应的计算机软件。,二、建筑基坑工程监测的意义,土木工程结构的发展：跨度、高度、深度不断突破基于：结构计算理论和计算技术的发展；高强度、高性能材料的发展；施工技术的发展；监测与检测技术的发展。,基坑工程监测的重要性 地下工程不可预见因素多；周边环境保护要求高；地质条件复杂；施工工况变化多；设计理论与实际差异较大。基坑监测与工程的设计、施工同被列为基坑工程质量保证的三大基本要素。,三、建筑基坑工程监测与控制,1.几个概念支护结构、围护墙、支撑（锚杆）、冠梁监测
5、点 直接或间接设置在监测对象上并能反映其 变化特征的观测点。监测频率单位时间内的监测次数。监测报警值为保证基坑及周边环境安全，对监测对象 可能出现异常、危险所设定的警戒值。,三、建筑基坑工程监测与控制,开挖深度大于等于5m、或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。,2.建筑基坑工程监测,三、建筑基坑工程监测与控制,建筑基坑工程监测应综合考虑基坑工程设计方案、建设场地的岩土工程条件、周边环境条件、施工方案等因素，制定合理的监测方案，精心组织和实施监测。,2.建筑基坑工程监测,三、建筑基坑工程监测与控制,基坑工程设计单位 提出的对基坑
6、工程监测的技术要求应包括监测项目、监测频率和监测报警值等。监测单位 编制监测方案，监测方案，经建设方、设计方、监理等认可，必要时需与基坑周边环境涉及的有关管理单位协商一致后方可实施。,2.建筑基坑工程监测,三、建筑基坑工程监测与控制,监测工作步骤：1 接受委托；2 现场踏勘，收集资料；3 制定监测方案；4 监测点设置与验收，设备、仪器校验和元器件标定；5 现场监测；6 监测数据的处理、分析及信息反馈；7 提交阶段性监测结果和报告；8 现场监测工作结束后，提交完整的监测资料。,三、建筑基坑工程监测与控制,监测方案应包括下列内容：1 工程概况；2 建设场地岩土工程条件及基坑周边环境状况；3 监测目
7、的和依据；4 监测内容及项目；5 基准点、监测点的布设与保护；6 监测方法及精度；7 监测期和监测频率；8 监测报警及异常情况下的监测措施；9 监测数据处理与信息反馈；10 监测人员的配备；11 监测仪器设备及检定要求；12 作业安全及其他管理制度。,三、建筑基坑工程监测与控制,特殊基坑工程的监测方案应进行专门论证：1 地质和环境条件复杂的基坑工程；邻近重要建筑和管线，以及历史文物、优秀近现代建 筑、地铁、隧道等破坏后果很严重的基坑工程；3 已发生严重事故，重新组织施工的基坑工程；4 采用新技术、新工艺、新材料、新设备的一、二级基坑工程；5 其他需要论证的基坑工程。,三、建筑基坑工程监测与控制
8、,仪器监测和巡视检查 采用仪器监测与巡视检查相结合的方法，多种观测方法互为补充、相互验证。仪器监测可以取得定量的数据，进行定量分析；以目测为主的巡视检查更加及时，可以起到定性、补充的作用，从而避免片面地分析和处理问题。,3.监测项目,三、建筑基坑工程监测与控制,基坑工程现场监测的对象七大类：1 支护结构；2 地下水状况；3 基坑底部及周边土体；4 周边建筑；5 周边管线及设施；6 周边重要的道路；7 其他应监测的对象。,3.监测项目,三、建筑基坑工程监测与控制,表 建筑基坑工程仪器监测项目表,当基坑周边有地铁、隧道或其它对位移有特殊要求的建筑及设施时，监测项目应与有关管理部门或单位协商确定。,
9、三、建筑基坑工程监测与控制,表 建筑基坑工程仪器监测项目表,当基坑周边有地铁、隧道或其它对位移有特殊要求的建筑及设施时，监测项目应与有关管理部门或单位协商确定。,三、建筑基坑工程监测与控制,建筑地基基础工程施工质量验收规范GB50202-2002,表1 基坑工程等级,三、建筑基坑工程监测与控制,巡视检查 基坑工程施工期间的各种变化具有时效性和突发性，加强巡视检查是预防基坑工程事故非常简便、经济而又有效的方法。,3.监测项目,三、建筑基坑工程监测与控制,巡视检查内容：a.支护结构b.施工工况c.周边环境d.监测设施e.根据设计要求或当地经验确定的其他 巡视检查内容。,三、建筑基坑工程监测与控制,
10、a.支护结构a）支护结构成型质量；b）冠梁、围檩、支撑有无裂缝出现；c）支撑、立柱有无较大变形；d）止水帷幕有无开裂、渗漏；e）墙后土体有无裂缝、沉陷及滑移；f）基坑有无涌土、流砂、管涌。,三、建筑基坑工程监测与控制,b.施工工况a）开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异；b）基坑开挖分段长度、分层厚度及支锚设置是否与设计 要求一致；c）场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌设施是否运转正常；d）基坑周边地面有无超载。,三、建筑基坑工程监测与控制,c.周边环境a）周边管道有无破损、泄漏情况；b）周边建筑有无新增裂缝出现；c）周边道路（地面）有无裂缝、沉陷；d）邻近基坑及建筑的施
11、工变化情况。,三、建筑基坑工程监测与控制,d.监测设施a）基准点、监测点完好状况；b）监测元件的完好及保护情况；c）有无影响观测工作的障碍物。,三、建筑基坑工程监测与控制,4.监测点布置基坑工程监测点的布置 应能反映监测对象的实际状态及其变化趋势，监测点应布置在内力及变形关键特征点上，并应满足监控要求。,三、建筑基坑工程监测与控制,(1)基坑及支护结构测点布置 a.围护墙或基坑边坡顶部的水平和竖向位移监测点b.围护墙或土体深层水平位移监测孔c.围护墙内力监测点：d.支撑内力监测点：e.立柱的竖向位移监测点：f.锚杆的内力监测点：g.土钉的内力监测点：h.坑底隆起（回弹）监测点应符合下列要求：i
12、.围护墙侧向土压力监测点：j.孔隙水压力监测点：k.地下水位监测点：基坑内、基坑外。,三、建筑基坑工程监测与控制,a.围护墙或基坑边坡顶部的水平和竖向位移监测点 间距不大于20m，每边监测点数目不少于3个。水平和 竖向位移监测点宜为共用点。围护墙或土体深层水平位移监测孔 间距2050m，每边监测点数目不应少于1个。b.围护墙或土体深层水平位移监测孔 间距2050m，每边监测点数目不应少于1个。,三、建筑基坑工程监测与控制,c.围护墙内力监测点 布置在受力、变形较大且有代表性的部位，竖向间距 24m。d.支撑内力监测点 设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用 的杆件上；每层支撑不少于3个
13、；,三、建筑基坑工程监测与控制,e.立柱的竖向位移监测点 布置在基坑中部、多根支撑交汇处、地质条件复杂处 的立柱上。监测点不少于立柱总根数的5%，逆作法施工的基坑不 少于10%，并均不少于3根。,三、建筑基坑工程监测与控制,f.锚杆的内力监测点 应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂的区段宜布置监测点。数量应为该层锚杆总数的1%3%，并不应少于3根。g.土钉的内力监测点 应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂的区段宜布置监测点。,三、建筑基坑工程监测与控制,h.坑底隆起（回弹）监测点 按纵向或横向剖面布置，剖面宜选择在基坑的中央及其他
14、能反映变形特征的位置，剖面数量不少于2个；同一剖面上监测点横向间距1030m，数量不少于3个。,三、建筑基坑工程监测与控制,i.围护墙侧向土压力监测点 布置在受力、土质条件变化较大或其他有代表性的部位。平面每边不少于2个监测点；竖向间距为25m。,三、建筑基坑工程监测与控制,j.孔隙水压力监测点 布置在基坑受力、变形较大或有代表性的部位。竖向布置在水压力变化影响深度范围内按土层分布情况布设，竖向间距25m，数量不少于3个。,三、建筑基坑工程监测与控制,k.地下水位监测点基坑内当采用深井降水布置在基坑中央和两相邻降水井的中间部位；采用轻型井点、喷射井点降水水布置在基坑中央和周边拐角处。基坑外沿基
15、坑、被保护对象的周边或两者之间布置，间距2050m。如有止水帷幕，布置在止水帷幕的外侧约2m处。,三、建筑基坑工程监测与控制,(2)基坑周边环境监测范围：基坑边缘以外13倍基坑开挖深度范围内。监测内容：建筑的竖向位移监测点布置：建筑水平位移监测点应布置：建筑倾斜监测点布置：建筑裂缝、地表裂缝监测点布置：管线监测点的布置：周边地表竖向位移监测剖面布置：土体分层竖向位移监测孔布置：,三、建筑基坑工程监测与控制,a.建筑的竖向位移监测点布置：建筑四角、沿外墙每1015m处或每隔23根柱 基上，每侧不少于3个监测点；不同地基或基础的分界处；不同结构的分界处；变形缝、抗震缝或严重开裂处的两侧；新、旧建筑
16、或高、低建筑交接处的两侧；烟囱、水塔和大型储仓罐等高耸构筑物基础轴线的 对称部位，每一构筑物不少于4点。,三、建筑基坑工程监测与控制,b.建筑水平位移监测点应布置：建筑的外墙墙角、外墙中间部位的墙上或柱上、裂缝两侧以及其他有代表性的部位；一侧墙体的监测点不少于3点。c.建筑倾斜监测点布置：建筑角点、变形缝两侧的承重柱或墙上；沿主体顶部、底部上下对应布设，上、下监测点 应布置在同一竖直线上。,三、建筑基坑工程监测与控制,d.建筑裂缝、地表裂缝监测点布置：选择有代表性的裂缝。每一条裂缝的测点至少设2组，测点宜设置在裂缝的最宽处及裂缝末端。,三、建筑基坑工程监测与控制,e.管线监测点的布置：应根据管
17、线修建年份、类型、材料、尺寸及现状等情况，确定监测点设置；布置在管线的节点、转角点和变形曲率较大的部位；间距宜为1525m，并延伸至基坑边缘以外13倍基坑开挖深度范围。尽可能设置直接监测点，在无法埋设直接监测点的部位，方可设置间接监测点。,三、建筑基坑工程监测与控制,直接法测点：抱箍法、套管法间 接 法：底面观测、顶面观测,三、建筑基坑工程监测与控制,f.周边地表竖向位移监测剖面布置：宜设在坑边中部或其他有代表性的部位，与坑边 垂直；每个监测剖面上的监测点数量不少于5个。g.土体分层竖向位移监测孔布置：靠近被保护对象且有代表性的部位。,三、建筑基坑工程监测与控制,5.监测频率监测频率系统反映监
18、测对象所测项目的重要变化过程 而又不遗漏其变化时刻；贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程。,三、建筑基坑工程监测与控制,表 现场仪器监测的监测频率,注：1.有支撑的支护结构各道支撑开始拆除到拆除完成后3d内监测频率应为1次/1d；2.基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情况确定；3当基坑类别为三级时，监测频率可视具体情况适当降低；4宜测、可测项目的仪器监测频率可视具体情况适当降低。,表 现场仪器监测的监测频率,三、建筑基坑工程监测与控制,上表说明1.有支撑的支护结构各道支撑开始拆除到拆除 完成后3d内监测频率应为1次/1d；2.基坑工程施工至开挖前的监测频率视具体情 况确定；3当基坑类别为三级时
19、，监测频率可视具体情 况适当降低。,三、建筑基坑工程监测与控制,当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率：1 监测数据达到报警值；2 监测数据变化较大或者速率加快；3 存在勘察未发现的不良地质；4 超深、超长开挖或未及时加撑等未按设计工况施工；5 基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏；6 基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值；7 支护结构出现开裂；8 周边地面突发较大沉降或出现严重开裂；9 邻近建筑突发较大沉降、不均匀沉降或出现严重开裂；10 基坑底部、侧壁出现管涌、渗漏或流砂等现象；11 基坑工程发生事故后重新组织施工；12 出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况。
20、,三、建筑基坑工程监测与控制,当出现施工违规操作、外部环境变化趋向恶劣、基坑工程临近或超过报警标准、有可能导致或出现基坑工程安全事故的征兆或现象，应引起各方的足够重视，因此应加强监测，提高监测频率。当有危险事故征兆时，还应实时跟踪监测。,三、建筑基坑工程监测与控制,6.监测报警 基坑工程监测必须确定监测报警值，监测报警值应满足基坑工程设计、地下主体结构设计以及周边环境中被保护对象的控制要求。监测报警值应由基坑工程设计方确定。,三、建筑基坑工程监测与控制,监测报警值是监测工作的实施前提，是监测期间对基坑工程正常、异常和危险三种状态进行判断的重要依据，因此基坑工程监测必须确定监测报警值。监测报警值
21、应由基坑工程设计方根据基坑工程的设计计算结果、周边环境中被保护对象的控制要求等确定。,三、建筑基坑工程监测与控制,异常 监测对象受力或变形呈现出不符合一般规律的状态。危险 监测对象的受力或变形呈现出低于结构安全储备、可能发生破坏的状态。,三、建筑基坑工程监测与控制,基坑工程监测报警值两个值控制 累计变化量和变化速率值两个值控制。当监测数据超过其中之一时即进入异常或危险状态，必须及时报警。累计变化量反映监测对象即时状态与危险状态的关系；变化速率反映监测对象发展变化的快慢。过大的变化速率，往往是突发事故的先兆。,三、建筑基坑工程监测与控制,监测报警值确定的主要依据：a.设计结果；b.相关规范标准的
22、规定值以及有关部门的 规定；c.工程经验类比。,三、建筑基坑工程监测与控制,当无当地经验时，可按下表采用：,表 基坑及支护结构监测报警值,三、建筑基坑工程监测与控制,当无当地经验时，可按下表采用：,表 基坑及支护结构监测报警值,三、建筑基坑工程监测与控制,当无当地经验时，可按下表采用：,表 基坑及支护结构监测报警值,三、建筑基坑工程监测与控制,上表说明：1h 基坑设计开挖深度；f1 荷载设计值；f2 构件承载能力设计值；2累计值取绝对值和相对基坑深度(h)控制值两者的小值；3.当监测项目的变化速率达到表中规定值或连续3天超过该值的70%，应报警；4.嵌岩的灌注桩或地下连续墙报警值宜按上表数值的
23、50%取用。,三、建筑基坑工程监测与控制,土压力和孔隙水压力等的报警值采用了对应于荷载设计值的百分比确定。荷载设计值是具有一定安全保证率的荷载取值（荷载标准值乘以荷载分项系数）。对基坑工程，如监测到的荷载已达到设计值的60%80%，说明实际荷载已经达到或接近理论计算的荷载标准值，虽然此时不会引起基坑安全问题，但应该报警引起重视。,三、建筑基坑工程监测与控制,支撑及围护墙等结构内力报警值则采用了对应于构件承载能力设计值的百分比确定。构件的承载能力设计值材料强度设计值和几何参数设计值所确定的结构构件所能承受最大外加荷载的设计值。为了满足结构规定的安全性，构件的承载力设计值应大于或等于荷载效应的设计
24、值。当设计中构件的承载力设计值等于荷载效应的设计值，如监测到构件内力已达到承载能力设计值的60%80%时，结构仍能满足结构设计的安全性而不至于引起构件破坏，但此时构件的内力已相当于按荷载标准值计算所得的内力，所以应及时报警以引起重视。而当设计中构件的承载力较为富裕，其设计值大于荷载效应的设计值，则构件的实际内力一般不会达到其承载能力设计值的60%80%。,三、建筑基坑工程监测与控制,周边环境监测报警值的限值应根据主管部门的要求确定。,三、建筑基坑工程监测与控制,如无具体规定，可按下表采用：,表 建筑基坑工程周边环境监测报警值,三、建筑基坑工程监测与控制,当出现下列情况之一时，必须立即进行危险报
25、警，并对基坑支护结构和周边环境中的保护对象采取应急措施。1 当监测数据达到监测报警值的累计值；2 基坑支护结构或周边土体的位移突然明显增长或基坑出现流 砂、管涌、隆起、陷落或较严重的渗漏等；3 基坑支护结构的支撑或锚杆体系出现过大变形、压屈、断裂、松弛或拔出的迹象；4 周边建筑的结构部分、周边地面出现较严重的突发裂缝或危 害结构的变形裂缝；5 周边管线变形突然明显增长或出现裂缝、泄漏等。6 根据当地工程经验判断，出现其他必须进行危险报警的情况。,6.工程实例a.江苏润扬大桥,三、建筑基坑工程监测与控制,a.江苏润扬大桥南北锚碇基坑,监测项目 地下连续墙垂直沉降、平面位移、纵向变形、墙体钢筋应力
26、、内支撑轴力、立柱桩内力、坑内外地下水位、坑外孔隙水压力、坑外地基沉降、长江大堤及附近建筑物变形等等复杂情况进行监测。测点埋设南北锚碇内埋设3800多个监测点，两个锚碇共汇集了处理了50万个数据。建立现场信息分析小组，对监测数据进行分析处理，进行了空间模型计算反演分析、神经网络反演分析预测、结构安全复核计算（正演计算）等。,三、建筑基坑工程监测与控制,a.江苏润扬大桥南北锚碇基坑,a.江苏润扬大桥南北锚碇基坑,a.江苏润扬大桥,三、建筑基坑工程监测与控制,6.工程实例b.CCTV新台址,三、建筑基坑工程监测与控制,b.CCTV新台址基坑工程,监测项目：1）土钉墙监测包括面层土压力和土钉受力状态；2）基坑边坡土体水平位移；3）桩锚支护体系监测圈梁受力，桩体变形及钢筋应力、锚杆拉力等。4）土层锚杆的最优长度、预应力损失及应力变化规律；5）护坡桩配筋率的大小及优化布置；6）支护结构的整体受力及变形规律评价及预测等。,三、建筑基坑工程监测与控制,实时监测与控制实现信息化施工。通过监测，并运用数值方法，分析、拟合实测数据，提出符合基坑变形特点的计算模型和设计参数，提高基坑工程设计水平，施工中通过变形预测，避免基坑垮塌和环境影响，确保安全、降低工程造价。,三、建筑基坑工程监测与控制,谢谢！,欢迎批评指正！,
