深基坑工程變形監(jiān)測實(shí)例分析
2015-04-14
隨著我國城市進(jìn)程的不斷加快，建筑行業(yè)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，許多建筑空間逐漸向地下室發(fā)展，基坑的開挖深度越來越大，對深基坑工程的施工技術(shù)和施工質(zhì)量要求也有所提高。在深基坑工程施工中，由于受到地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、降水不到位和施工環(huán)境等復(fù)雜因素的影響，基坑施工必然會影響到周圍建筑物、地下設(shè)施和周圍環(huán)境，因此，施工人員有必要加強(qiáng)深基坑工程變形監(jiān)測工作，通過運(yùn)行專業(yè)的儀器和各種方法對深基坑變形進(jìn)行監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確掌握深基坑工程施工情況和預(yù)測基坑施工未來發(fā)展的趨勢，對確保深基坑工程的質(zhì)量安全具有重要的意義。
1基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容
深基坑監(jiān)測的主要內(nèi)容有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移監(jiān)測、沉降監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測，及地下水位監(jiān)測、護(hù)坡監(jiān)測和周圍環(huán)境監(jiān)測等，一般通過設(shè)定監(jiān)測項(xiàng)目的報警值來保障基坑施工和周邊環(huán)境的安全。在監(jiān)測過程中，不僅要提供精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，還應(yīng)加強(qiáng)對基坑水文地質(zhì)的了解與分析、基坑與周邊相鄰建筑物關(guān)系的分析研究。
2.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測
（1）水平位移監(jiān)測
圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形最直觀的體現(xiàn)，是整個監(jiān)測過程的重點(diǎn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形是由于水平方向上基坑內(nèi)外土體的原始應(yīng)力狀態(tài)改變而引起的地層移動。
（2）沉降監(jiān)測
基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降多與地下水活動有關(guān)。地下水位的升降使基底壓力產(chǎn)生不同的變化，造成基底的突涌或下陷。通常使用精密電子水準(zhǔn)儀按水準(zhǔn)測量方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行沉降監(jiān)測。
?。?）應(yīng)力監(jiān)測
基坑穩(wěn)定狀態(tài)下，側(cè)壁受主動土壓力，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受被動土壓力，主動土壓力與被動土壓力之間成動態(tài)平衡。隨著基坑的開挖，平衡被破壞，基坑將發(fā)生變形。
2.2周圍環(huán)境監(jiān)測
（1）鄰近建筑物沉降監(jiān)測
當(dāng)軟土地區(qū)開挖深基坑時，基坑周圍土體塑性區(qū)比較大，土的塑性流動也比較大，土體從圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)向坑內(nèi)和基底流動，因此地表產(chǎn)生沉降，這是沉降產(chǎn)生的主要原因。
?。?）鄰近建筑物裂縫監(jiān)測
地基發(fā)生不均勻沉降后，基礎(chǔ)產(chǎn)生相對位移，建筑物出現(xiàn)傾斜。傾斜使結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生附加拉力和剪力，當(dāng)應(yīng)力大于材料的承載能力時即會出現(xiàn)裂縫。裂縫多出現(xiàn)在房屋下部沉降變化劇烈處附近的縱墻。
?。?）道路、管線變形監(jiān)測
基坑開挖過程中，應(yīng)同時對鄰近道路、管線等設(shè)施進(jìn)行水平位移和沉降觀測。盡可能以儀器觀測或測試為主、目測調(diào)查為輔相結(jié)合，通過目測對儀器觀測進(jìn)行定性補(bǔ)充。
3典型工程實(shí)例分析
3.1工程概況
某深基坑工程，基坑長度為150m，寬度為90m，開挖深度約23m?；?xùn)|側(cè)緊鄰某7層大酒店，西側(cè)緊鄰某9層大樓，且地下為回填雜土，地下水位較高，涌水量約2000m3/d。周邊市政管線密布。深基坑西邊坡土質(zhì)為回填土，基坑周邊放坡空間有限，幾乎垂直放坡，支護(hù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，西邊坡的變形監(jiān)測為本工程的重點(diǎn)。
3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測
水平位移監(jiān)測采用坐標(biāo)法和基線法。
（1）坐標(biāo)法
坐標(biāo)法為全站儀結(jié)合反射片進(jìn)行動態(tài)掃描式變形點(diǎn)監(jiān)測，采用整體平面控制網(wǎng)法對變形監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測。在基坑區(qū)北面道路和南面道路上共選擇4個穩(wěn)定點(diǎn)，構(gòu)成平面控制基準(zhǔn)點(diǎn)。在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端布置3排圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測點(diǎn)，如圖1所示。沿基坑周邊道路及施工道路布設(shè)控制網(wǎng)過渡點(diǎn)，以連接圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移監(jiān)測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)成網(wǎng)，通過監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，對基坑內(nèi)錨桿、樁頂冠梁及護(hù)坡變形點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。但受場地條件限制，其組成的監(jiān)測控制網(wǎng)圖形規(guī)則性較弱，因此需定期進(jìn)行整體控制網(wǎng)的復(fù)測。為提高對中精度，埋設(shè)觀測墩在監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行強(qiáng)制對中，各變形觀測點(diǎn)設(shè)置固定反射片裝置，采用全站儀極坐標(biāo)法直接掃描式觀測基坑側(cè)壁各觀測點(diǎn)的坐標(biāo)，以三維坐標(biāo)的變化來反映基坑的水平與豎向位移，高效準(zhǔn)確地采集基坑側(cè)壁的動態(tài)變化數(shù)據(jù)。
?。?）基線位移觀測覘法
同時，利用基線法測量圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移。在基坑西邊坡坡頂北部選擇1個監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)，利用經(jīng)緯儀基線法，在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)儀器，瞄準(zhǔn)基坑西邊坡南部開挖影響范圍外的目標(biāo)，確定基線，然后在基線上每5m選擇1個位移變形監(jiān)測點(diǎn)，共選擇16個邊坡變形監(jiān)測點(diǎn)。隨著基坑的開挖，變形監(jiān)測點(diǎn)將向著基坑開挖的方向移動。其移動的距離即為變形監(jiān)測點(diǎn)的位移。
傳統(tǒng)的方法為在變形監(jiān)測點(diǎn)處多次立測釬，使測釬處于基線上，利用直尺直接讀出數(shù)值，兩次讀數(shù)的差值即為變形監(jiān)測點(diǎn)的位移值。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用基線法時，傳統(tǒng)的瞄準(zhǔn)方式為測釬與直尺讀數(shù)，誤差較大，而且經(jīng)緯儀對中測釬是一個往復(fù)定位的過程，立釬者需要左右移動測釬，同時保持測釬的垂直狀態(tài)，這都降低了測量的精確度與效率。為提高基線法的觀測精度與效率，可制作一種軌道化標(biāo)尺，使繁瑣的立測釬過程通過標(biāo)尺的一次滑動即可完成。于是研制出了一種測量輔助裝置―基線位移觀測覘。
該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）覘板與反射片的強(qiáng)制對中作用，使經(jīng)緯儀能夠精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)；
2）激光器具有調(diào)節(jié)方向的作用，能夠使觀測覘精確對準(zhǔn)經(jīng)緯儀，確保在經(jīng)緯儀確定的基線上；
3）上部瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可以在基座平臺軌道上滑動，一次滑動便可測出位移量；
4）基座可以利用3個調(diào)節(jié)螺旋整平，由圓水準(zhǔn)器體現(xiàn)；
5）讀數(shù)系統(tǒng)由指針與刻度尺組成，可估讀到0.1mm。
使用時在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)經(jīng)緯儀，確定基線。將觀測覘某一刻度貼緊變形觀測點(diǎn)，轉(zhuǎn)動經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡，粗瞄位移觀測覘。然后滑動上部系統(tǒng)使觀測覘上的反射片位于望遠(yuǎn)鏡中心，從刻度盤上直接讀出觀測點(diǎn)的位移值。觀測臺的讀數(shù)可估讀至0.1mm，而傳統(tǒng)基線法只能精確到1mm，精度大大提高。 3.3周圍建筑物沉降監(jiān)測
周圍建筑物的沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)測量的方法，利用高精度電子水準(zhǔn)儀周期性地觀測建筑物上的沉降觀測點(diǎn)和水準(zhǔn)基點(diǎn)之間的高差變化值。在基坑西邊坡周邊道路上選擇10個地下管線沉降監(jiān)測點(diǎn)。在大樓上靠基坑邊選擇8個建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)。
3.4錨索應(yīng)力監(jiān)測
錨索測力計為高強(qiáng)度的合金鋼圓筒，不同荷載的錨索測力計分別內(nèi)置3～6支高精度振弦式傳感器。傳感器可監(jiān)測作用在錨索測力計上的總荷載，同時通過測讀每只傳感器，還可測出不均勻荷載或偏心荷載。本工程使用基康三弦式錨索測力計。在基坑西邊坡下挖后，根據(jù)支護(hù)施工進(jìn)度，在西邊坡內(nèi)壁2排樁頂冠梁處選定5根錨索進(jìn)行錨索應(yīng)力監(jiān)測。
該錨索測力計處于基坑位移較大處，應(yīng)力變化具有典型性。錨索應(yīng)力與基坑變形有著必然的聯(lián)系，將錨索應(yīng)力監(jiān)測與基坑位移監(jiān)測統(tǒng)一進(jìn)行變形數(shù)據(jù)分析，更有效準(zhǔn)確地反映出了基坑的變化狀態(tài)。由圖2可以看出，在第43d左右，錨索應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)迅速增加，呈直線上升態(tài)勢。如此下去，當(dāng)應(yīng)力超出錨索承載力時，基坑必將超出穩(wěn)態(tài)，破壞將難以阻止。通過與變形監(jiān)測數(shù)據(jù)比對發(fā)現(xiàn)，在此階段基坑發(fā)生明顯水平位移，最大位移量可達(dá)3mm/d。規(guī)范指出，觀測值為基坑開挖深度的3‰或位移速率連續(xù)3d不小于3mm/d時，基坑的變形超限。而該基坑的側(cè)移量已超限，必須采取防治加固措施。
通過對基坑現(xiàn)場考察得出，變形主要是由于基坑爆破施工過程中對地基土體產(chǎn)生擾動，使地基土原有的受力平衡遭到破壞。因此，提出了采用設(shè)置鋼支撐的方法對圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。即將雙拼H型鋼一端支撐于東側(cè)澆筑完成的地下室底板預(yù)留的鋼筋混凝土牛腿上，另一端支撐于原圍護(hù)結(jié)構(gòu)中部的圈梁上，并施加1000kN的預(yù)應(yīng)力。由于對圍護(hù)結(jié)構(gòu)背后的土體形成有效的抵抗作用，從而控制了位移的繼續(xù)發(fā)展。該支護(hù)方案取得了良好的效果，有效避免了基坑危險情況的出現(xiàn)。
3.5周圍環(huán)境監(jiān)測
在基坑開挖到底部時，毗鄰基坑西側(cè)的地面沉降最為明顯。多處路面產(chǎn)生縱向裂痕，在古力井蓋、道路中縫、建筑物地基交接處裂縫較為明顯。經(jīng)過實(shí)時監(jiān)測與分析發(fā)現(xiàn)，裂縫主要是由于第43d左右基坑側(cè)壁移動而產(chǎn)生的，在采取支護(hù)措施后，并沒有超限值發(fā)展，建筑物雖有輕微沉降，但沉降在允許范圍之內(nèi)?？梢?，采用斜向支撐的支護(hù)方案已經(jīng)快速有效地遏了基坑位移的發(fā)展，及時防止了災(zāi)害的產(chǎn)生。
4結(jié)束語
深基坑工程變形監(jiān)測是確?；雍椭車ㄖ锇踩闹匾e措。因此，在基坑施工過程中，當(dāng)位移檢測值接近規(guī)范規(guī)定的報警值時，施工單位應(yīng)給與高度重視，根據(jù)變形監(jiān)測實(shí)時數(shù)據(jù)采取積極的控制措施，確保基坑工程的質(zhì)量安全，避免基坑施工對周圍建筑物、地下設(shè)施和各種管線的破壞性影響，從而發(fā)揮出工程的綜合效益。
