探析深基坑開(kāi)挖的安全監(jiān)測(cè)
2015-05-26
深基坑安全監(jiān)測(cè)能較客觀地反映深基坑深層土體及基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)相鄰建筑物、道路、管網(wǎng)等設(shè)施當(dāng)前所處的狀態(tài)；較客觀地反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的穩(wěn)定性；可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，預(yù)測(cè)險(xiǎn)情，短時(shí)間采取措施，消除不穩(wěn)定因素；可以修正設(shè)計(jì)方案，通過(guò)最經(jīng)濟(jì)的手段最大限度地發(fā)揮支護(hù)能力；在基坑施工過(guò)程中對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析， 通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)情況進(jìn)行對(duì)比，判斷現(xiàn)設(shè)計(jì)施工的合理性，必要時(shí)及早調(diào)整施工方案，確?；邮┕ぐ踩?。1 深基坑工程安全監(jiān)測(cè)方案
1 工程概況
南京市某醫(yī)院中心大樓建設(shè)工程是南京市重點(diǎn)建設(shè)工程之一,該工程地處南京市中心繁華地段,西邊、北邊為城市道路,有多種地下管線;東邊、南邊為已有建筑。基坑開(kāi)挖深度為18m左右,面積約為4700m2,基坑性質(zhì)屬于深基坑,等級(jí)為一級(jí)。該基坑施工場(chǎng)地小、基坑深、周邊環(huán)境比較復(fù)雜,施工難度大。基坑土質(zhì)為淤泥質(zhì)填土、素填土、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土混粗砂等,地質(zhì)條件一般。在施工過(guò)程中,采用了地下連續(xù)墻(人工挖土樁等)作為圍護(hù)止水、擋土,而水平支撐對(duì)側(cè)向壓力起到至關(guān)重要的作用,布設(shè)3道支撐梁?；訛橹占颁摻罨炷嗤琳寤A(chǔ),柱墩共56個(gè),柱墩直徑為1.5m～4.5m,柱墩深度3m～6m不等,支護(hù)樁為6m干旋挖樁,直徑為0.8m、0.9m、1.0m干旋挖樁為高壓旋噴樁,止水樁為雙軸深攪樁。該深基坑工程監(jiān)測(cè)自2006年6月起,歷時(shí)16個(gè)月。
為了工程建設(shè)的順利進(jìn)行,采用常規(guī)測(cè)量的方法(沉降和水平位移)和先進(jìn)的測(cè)量手段,即埋設(shè)水位儀、測(cè)斜儀、振弦讀數(shù)儀等監(jiān)測(cè)元件,測(cè)量出基坑微小的變化量,及時(shí)準(zhǔn)確為該工程安全施工提供科學(xué)數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目利用的建筑沉降自動(dòng)處理系統(tǒng),是根據(jù)變形的機(jī)理和工程設(shè)計(jì)理論,采用了先進(jìn)的變形預(yù)報(bào)模型,自動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警,及時(shí)掌握建筑物的穩(wěn)定性,為安全運(yùn)行診斷提供必要的信息,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取措施。
2 圍護(hù)工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
圍護(hù)工程的設(shè)計(jì)是以有關(guān)規(guī)范為準(zhǔn)則,以巖土工程勘察報(bào)告為依據(jù),以建筑物設(shè)計(jì)要求為根本,還要考慮到經(jīng)濟(jì)、合理、高效和現(xiàn)有的施工條件等因素。圍護(hù)工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是確定施工監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。深基坑工程的理論和技術(shù)還很不成熟,因?yàn)槊總€(gè)深基坑的條件不同。在復(fù)雜的地層中,基坑圍護(hù)體系所承受的土壓力等荷載存在著較大的不確定性;對(duì)地層和圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般都作了較多的簡(jiǎn)化和假定,與工程實(shí)際有一定差異;基坑開(kāi)挖與圍護(hù)機(jī)構(gòu)施工過(guò)程中,存在著時(shí)間和空間上的延遲過(guò)程,以及降雨、地面荷載和挖機(jī)撞擊等偶然因素的作用,使得在基坑工程設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)結(jié)構(gòu)和土體變形的預(yù)估與工程實(shí)際情況有較大的差異,并在相當(dāng)程度上依靠經(jīng)驗(yàn)。
3 監(jiān)測(cè)工作的內(nèi)容與要求
基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容分為三大部分,即圍護(hù)機(jī)構(gòu)和支撐體系監(jiān)測(cè)、周?chē)貙颖O(jiān)測(cè)和相鄰環(huán)境監(jiān)測(cè)。
3.1 圍護(hù)機(jī)構(gòu)和支撐體系
監(jiān)測(cè)圍護(hù)機(jī)構(gòu)和支撐體系監(jiān)測(cè)包括的內(nèi)容有:圍護(hù)樁樁頂圈梁水平位移、沉降觀測(cè);圍護(hù)體周?chē)顚铀轿灰?測(cè)斜管)監(jiān)測(cè);砼支撐應(yīng)力或軸力量測(cè);支護(hù)樁樁身側(cè)向應(yīng)力量測(cè);支撐立柱樁的沉降、位移監(jiān)測(cè);水位測(cè)試等。
3.2 周?chē)貙雍拖噜彮h(huán)境監(jiān)測(cè)
周?chē)貙雍拖噜彮h(huán)境監(jiān)測(cè)包括鄰近道路沉降、位移觀測(cè)、周?chē)匾叵鹿芫€監(jiān)測(cè)、鄰近房屋沉降監(jiān)測(cè)等?；又?chē)缆芳捌渌O(shè)施上每隔15m左右設(shè)置1個(gè)沉降、位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),共計(jì)12個(gè)。地下管線監(jiān)測(cè)在主要管線正上方每隔15m布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),共12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。基坑的東側(cè)依次為磚混結(jié)構(gòu)房屋、砼結(jié)構(gòu)房屋等,考慮到基坑開(kāi)挖可能對(duì)它們產(chǎn)生一定的影響,在以上房屋附近布設(shè)了22個(gè)房屋沉降觀測(cè)點(diǎn)。以上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)都按二級(jí)變形測(cè)量的相關(guān)要求進(jìn)行。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位分布詳見(jiàn)圖1。
4 監(jiān)測(cè)手段及作業(yè)方法
參照國(guó)家精密水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范中關(guān)于國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的作業(yè)方法及工程測(cè)量中關(guān)于城市沉降觀測(cè)的各項(xiàng)限差進(jìn)行作業(yè),具體要求詳見(jiàn)表1。
所用測(cè)量?jī)x器為N3,其編號(hào)為(466192),標(biāo)尺為蘇州產(chǎn)2m因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺一付,其編號(hào)為№.011、012,轉(zhuǎn)點(diǎn)所用尺墊為5kg鑄鐵尺墊,該套設(shè)備經(jīng)檢驗(yàn)后符合作業(yè)要求。外業(yè)觀測(cè)記錄由本公司編制的程序在廣州市朗特?cái)?shù)碼科技有限公司開(kāi)發(fā)研制的HT-2680A型機(jī)上進(jìn)行,內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用我公司最新研制的建筑沉降信息處理系統(tǒng)進(jìn)行處理,自動(dòng)生成文件和圖表,并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行變形分析。
在施工區(qū)附近選擇安全穩(wěn)定的地方埋設(shè)水準(zhǔn)工作基點(diǎn),距離約200m處,按二等水準(zhǔn)作業(yè)要求對(duì)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。作業(yè)中每周進(jìn)行檢測(cè),以掌握工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。對(duì)各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí),一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)工作基點(diǎn)和所有沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成一個(gè)環(huán)形監(jiān)測(cè)網(wǎng),其環(huán)線閉合差限差按二級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量要求,即環(huán)形閉合差不大于規(guī)定限差為±1.0mm(n為測(cè)站數(shù))。水平位移測(cè)量采用小角法,儀器為T(mén)C1800全站儀(精度為1秒)。
采用了先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)手段對(duì)基坑各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè),水位儀、測(cè)斜儀、振弦讀數(shù)儀等專門(mén)監(jiān)測(cè)儀器,定期進(jìn)行檢核。每監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)扇艘唤M(同項(xiàng)目、同儀器、同人員),每組數(shù)據(jù)采用儀器直接讀數(shù)記錄,避免人為因素對(duì)讀數(shù)的影響。在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,自動(dòng)生成文件和圖表,并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行變形分析。如有異常要進(jìn)行第二次監(jiān)測(cè),保證數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。
利用的測(cè)試系統(tǒng)和傳感器對(duì)深基坑監(jiān)測(cè),具有高靈敏度、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性。輸出與輸入之間成比例關(guān)系,直線性好,靈敏度高,抗干擾能量強(qiáng)(即受被測(cè)量之外的因素影響小),滯后、漂移誤差小,不因其接入而使測(cè)試對(duì)象受到影響。選擇傳感器時(shí),注意固體介質(zhì)(如巖體)與傳感器的變形特征要相似,保證介質(zhì)與傳感器相匹配,這樣監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)呈直線性,降低了匹配誤差,確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
5 確定觀測(cè)頻率和變形量報(bào)警值
5.1 確定觀測(cè)頻率
在基坑開(kāi)挖前可以埋設(shè)的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目,必須在基坑開(kāi)挖前埋設(shè)并讀取初始值,初始值是監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn),需復(fù)校無(wú)誤后才能確定,通常連續(xù)三次測(cè)量無(wú)明顯差異時(shí),取其中一次的測(cè)量值作為初始讀數(shù),否則應(yīng)繼續(xù)測(cè)讀。測(cè)斜管和水位孔在基坑開(kāi)挖一周前埋設(shè),使讀數(shù)有足夠的穩(wěn)定過(guò)程。混泥土支撐內(nèi)的鋼筋計(jì)等需隨施工進(jìn)度而埋設(shè)的元件,在埋設(shè)后讀取初讀數(shù)。圍護(hù)墻頂水平位移和沉降、土體深層位移監(jiān)測(cè)貫穿基坑開(kāi)挖到主體結(jié)構(gòu)施工到±0.00標(biāo)高的全過(guò)程。監(jiān)測(cè)頻率開(kāi)始為2～3天一次,從基坑開(kāi)始開(kāi)挖到澆筑完主體結(jié)構(gòu)底板,每天監(jiān)測(cè)一次?，F(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)的頻率因隨監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的性質(zhì)、施工速度和基坑狀況而變化,適時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率。測(cè)讀的數(shù)據(jù)必須在現(xiàn)場(chǎng)整理,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有疑慮可及時(shí)復(fù)測(cè),當(dāng)數(shù)據(jù)接近或達(dá)到報(bào)警值時(shí)應(yīng)盡快通知甲方,以便施工單位盡快采取應(yīng)急措施。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時(shí)提供才能有效指導(dǎo)施工,確?；影踩?。
5.2 確定變形量報(bào)警值
對(duì)基坑工程監(jiān)測(cè)預(yù)警值的設(shè)定需綜合考慮基坑的規(guī)模、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、周?chē)h(huán)境的重要性程度以及基坑的施工方案等因素。根據(jù)不同項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)定,控制監(jiān)測(cè)值的變化速率,水平位移速率。一級(jí)工程在3mm/d之內(nèi)控制;支護(hù)結(jié)構(gòu)體系報(bào)警臨界值,一級(jí)控制(0.1～0.25)H%,H為基坑的深度,單位為m;支撐軸力以設(shè)計(jì)軸力作為監(jiān)控值,報(bào)警值為大于設(shè)計(jì)值的80％,第一道支撐軸力設(shè)計(jì)值3068.6kN,第二道支撐軸力設(shè)計(jì)值為5770kN,東南角角撐軸力6688.9kN。鋼材允許撓度取1/400～1/500,混凝土允許撓度取1/250～1/300。例如:煤氣 管 道 的 沉 降 和 水 平 位 移 均 不 得 超 過(guò)10mm;自來(lái)水管道的沉降和水平位移均不得超過(guò)30mm等。
6 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
南京市某醫(yī)院中心大樓深基坑安全監(jiān)測(cè)于2006年6月進(jìn)場(chǎng),按監(jiān)測(cè)方案埋設(shè)了周邊各監(jiān)測(cè)點(diǎn),陸續(xù)按監(jiān)測(cè)方案埋設(shè)了測(cè)斜管和其他各類監(jiān)測(cè)點(diǎn),與基坑工程同步進(jìn)行了各類監(jiān)測(cè)工作,并將每次監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)提交甲方、監(jiān)理方及施工方。
由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜,深層土體位移測(cè)量尤為重要,因?yàn)樯顚油馏w位移量能較直觀反映深層土體位移變化情況。各量測(cè)段的水平位移△應(yīng)該是各次測(cè)的水平偏差與測(cè)斜管的初始水平偏差之差,即:
式中δ0n為從管口下數(shù)第n量測(cè)段處的水平偏差初始值;
ω0i為從管口下數(shù)第n量測(cè)段處的傾角初始值;
△0為實(shí)測(cè)的管口水平位移,當(dāng)從管口起算時(shí),管口沒(méi)有水平偏差初始值;L為為量測(cè)段的長(zhǎng)度,取0.5m整數(shù)(單位:mm)。
利用測(cè)斜儀測(cè)雙向位移,由兩個(gè)方向的測(cè)量值求出其矢量和,得位移的最大值和方向。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,真實(shí)準(zhǔn)確地反映出深層土體位移的變化量。
測(cè)試結(jié)果表明:基坑邊最大沉降量5.0mm(E4號(hào)點(diǎn)處),基坑邊最小沉降量0.5mm(D12號(hào)點(diǎn)處),平均沉降速率為0.015mm/d;基坑周邊建筑物最大沉降量13.6mm(L8號(hào)點(diǎn)),最小沉降量0.2mm(5號(hào)點(diǎn)),平均沉降速率為0.016mm/d,深層土體位移最大位移點(diǎn)在基坑西側(cè)為C9號(hào)孔,最大位移量為24.49mm(地面下9.0m處),基坑周邊水平位移最大位移量8.5mm(D13號(hào)點(diǎn)處);支撐軸力最大受力為-2694kN(Y5點(diǎn)),監(jiān)測(cè)結(jié)果符合技術(shù)方案要求。
7 結(jié)語(yǔ)
本次對(duì)南京市某醫(yī)院中心大樓基坑的監(jiān)測(cè),從工程概況、監(jiān)測(cè)工作的內(nèi)容與要求、作業(yè)方法、觀測(cè)頻率和變形量報(bào)警值的確定、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行了全面的闡述。實(shí)踐證明監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)合理、使用設(shè)備先進(jìn)、作業(yè)方法得當(dāng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確,為確?；庸こ贪踩┕ぬ峁┝酥匾罁?jù),滿足了工程項(xiàng)目需求,對(duì)類似工程具有一定的借鑒意義。
