簡述基坑監(jiān)測技術(shù)
2015-05-14
1 前言：
隨著城市建設(shè)的發(fā)展，世界各大城市都對地下空間進(jìn)行了不同用途的開發(fā)利用，如高層建筑多層地下室、地下鐵道、地下商場以及多種地下民用和工業(yè)設(shè)施等。而基坑規(guī)模和開挖深度的增大使臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定問題變得復(fù)雜和突出，成為工程界十分關(guān)注的問題。一方面，平面尺寸和開挖深度的增大引發(fā)許多新問題，根據(jù)現(xiàn)有理論和經(jīng)驗(yàn)難以解決；另一方面，隨著城市各類建筑物密集程度增大，相鄰環(huán)境、地下管線、地面交通對基坑開挖以及施工之后產(chǎn)生的變位和不利影響有更為嚴(yán)格的限制。因此，做好基坑工程監(jiān)測，尤其是施工過程中的深基坑工程監(jiān)測十分重要。
2 深基坑監(jiān)測的意義
深基坑的理論研究和工程實(shí)踐告訴我們，理論、經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)基坑工程的設(shè)計(jì)和施工的正確途徑。對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項(xiàng)目，往往難從以往的經(jīng)驗(yàn)中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。首先，靠現(xiàn)場監(jiān)測提供動(dòng)態(tài)信息反饋來指導(dǎo)施工全過程，并可通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。第二，可及時(shí)了解施工環(huán)境――地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度。第三，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)生及險(xiǎn)情的發(fā)展程度，為及時(shí)采取安全補(bǔ)救措施充當(dāng)耳目。
3基坑監(jiān)測的目的和內(nèi)容
3.1基坑監(jiān)測的目的
1)及時(shí)掌握基坑開挖、降水及施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)（位移、沉降和變化速率等）及周邊環(huán)境（建筑物、地下管道、道路）的變化情況，為基坑施工和周邊環(huán)境的安全與穩(wěn)定提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；
2)為基坑安全施工提供保證，做到施工可預(yù)控性和防患于未然；
3)將現(xiàn)場測量結(jié)果及時(shí)反饋，做到信息化施工，使施工過程安全、經(jīng)濟(jì)、快捷；
4)將現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果與理論預(yù)測值比較，以指導(dǎo)其它工程。
3.2基坑監(jiān)測內(nèi)容
基坑監(jiān)測的內(nèi)容主要有：支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測、周圍環(huán)境監(jiān)測等。
3.2.1支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測
1)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測。支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移是支護(hù)結(jié)構(gòu)變形最直觀的體現(xiàn)，因此，該部位監(jiān)測是深基坑監(jiān)測工作中最重要的一個(gè)監(jiān)測內(nèi)容。監(jiān)測時(shí)測點(diǎn)的布置和觀測間隔應(yīng)遵循以下原則：一般間隔5～10m布設(shè)一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，在基坑轉(zhuǎn)折處、距周圍建筑物較近處等重要部位適當(dāng)加密布點(diǎn)。基坑開挖初期，可每隔2～3天監(jiān)測一次；隨著開挖卸荷量增加，可適當(dāng)增加觀測次數(shù)，以1天觀測一次為宜。當(dāng)位移較大或超過報(bào)警值時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測。
2)支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測。一般用測斜儀進(jìn)行。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)及周圍環(huán)境等因素，在關(guān)鍵地方預(yù)埋或鉆孔布設(shè)測斜管，用高精度測斜儀進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)在各開挖施工階段的傾斜變化，及時(shí)提供支護(hù)結(jié)構(gòu)沿深度方向的水平位移隨時(shí)問變化的曲線。目前工程中使用最多的是滑移式測斜儀。其基本原理是將測斜探頭放入測斜管底部，提升電纜使測斜探頭沿測斜管導(dǎo)槽滑動(dòng)，自下而上每隔0.5m距離逐點(diǎn)量測每個(gè)測點(diǎn)相對于鉛垂線的偏移量。測點(diǎn)間距一般就是探頭本身長度（一般為0.5m），因而可以認(rèn)為量測結(jié)果沿整個(gè)測斜孔是連續(xù)的。這樣，同一量測點(diǎn)初值與末值兩次測量結(jié)果之差，即表示該監(jiān)測周期內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)在該點(diǎn)的角變位。根據(jù)這個(gè)角變位，利用簡單的幾何關(guān)系把它們換算成每個(gè)測點(diǎn)相對于測斜管基準(zhǔn)點(diǎn)的水平位移。設(shè)置在支護(hù)結(jié)構(gòu)中的測斜點(diǎn)，一般間隔20～30m布設(shè)一個(gè)測斜監(jiān)測點(diǎn)，測斜管埋置深度一般比基坑開挖深度多5米以上。
3)支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測。用精密水準(zhǔn)儀按常規(guī)方法對支護(hù)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行沉降監(jiān)測，其測點(diǎn)布設(shè)密度與支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移點(diǎn)相約，實(shí)際監(jiān)測中多與水平位移監(jiān)測共用一觀測點(diǎn)。
4)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測。用鋼筋應(yīng)力計(jì)對樁身鋼筋和鎖口梁鋼筋中較大應(yīng)力斷面處的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，以防支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性破壞。
5)支撐結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測。即對錨桿和鋼筋混凝土及鋼筋內(nèi)支撐內(nèi)力狀況進(jìn)行監(jiān)測。對錨桿施工前進(jìn)行錨桿現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，以求得錨桿容許拉力。在錨桿鎖定時(shí)安裝錨索測力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測錨索內(nèi)力變化。對鋼管支撐，可用壓應(yīng)力傳感器或應(yīng)變計(jì)等監(jiān)測其受力狀態(tài)的變化。
3.2.2周圍環(huán)境監(jiān)測
1)鄰近建筑物沉降和傾斜監(jiān)測。觀測點(diǎn)布置根據(jù)建筑物體積、結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)條件、開挖方案等因素綜合考慮，一般在建筑物角點(diǎn)、中點(diǎn)及周邊設(shè)置，每棟建筑物觀測點(diǎn)不少于4個(gè)。觀測方法和觀測精度與一般沉降觀測相同。
2)鄰近建筑物裂縫監(jiān)測。對觀測裂縫統(tǒng)一編號，每條裂縫至少布設(shè)兩組(兩側(cè)各一個(gè)標(biāo)志為一組)觀測標(biāo)志，裂縫寬度數(shù)據(jù)應(yīng)精確至0.1mm，一組在裂縫最寬處，另一組在裂縫末端進(jìn)行測繪。對裂縫觀測日期、部位、長度、寬度進(jìn)行詳細(xì)記錄。裂縫觀測標(biāo)志可用油漆平行性標(biāo)志或用建筑膠粘貼金屬片標(biāo)志，也可采用在主要裂縫部位粘貼騎縫石膏條的簡單方法進(jìn)行觀測。
3)鄰近道路、管線變形監(jiān)測?；娱_挖過程中，同時(shí)對鄰近道路、管線等設(shè)施進(jìn)行水平位移和沉降觀測?；娱_挖時(shí)，受開挖影響較大范圍約為1倍基坑開挖深度，受影響范圍約為3倍開挖深度，因此用于水平位移及沉降的控制點(diǎn)一般設(shè)置在基坑邊3倍開挖距離以外，水平位移控制點(diǎn)可更遠(yuǎn)一些。
3.2.3其它
表層土體沉降、水平位移以及深層土體分層沉降和水平位移監(jiān)測、樁側(cè)土壓力監(jiān)測、坑底隆起監(jiān)測、土層孔隙水壓力測試、地下水位測試等。
4 測點(diǎn)的布設(shè)
測點(diǎn)布設(shè)合理方能經(jīng)濟(jì)有效。監(jiān)測項(xiàng)目的選擇必須根據(jù)工程的需要和基地的實(shí)際情況而定。在確定測點(diǎn)的布設(shè)前，必須知道基地的地質(zhì)情況和基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，再根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和理論的預(yù)測來考慮測點(diǎn)的布設(shè)范圍和密度。
原則上，能埋的測點(diǎn)應(yīng)在工程開工前埋設(shè)完成，并應(yīng)保證有一定的穩(wěn)定期，在工程正式開工前，各項(xiàng)靜態(tài)初始值應(yīng)測取完畢。沉降、位移的測點(diǎn)應(yīng)直接安裝在被監(jiān)測的物體上，只有道路地下管線若無條件開挖樣洞設(shè)點(diǎn)，則可在人行道上埋設(shè)水泥樁作為模擬監(jiān)測點(diǎn)，此時(shí)的模擬樁的深度應(yīng)稍大于管線深度，且地表應(yīng)設(shè)井蓋保護(hù)，不止于影響行人安全；如果馬路上有管線設(shè)備（如管線井、閥門等）的話，則可在設(shè)備上直接設(shè)點(diǎn)觀測。
測斜管(測地下土體、支護(hù)樁體的側(cè)向位移)的安裝：測斜管應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，埋設(shè)在那些比較容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以20～30m的間距布設(shè)；支護(hù)樁體測斜管應(yīng)在支護(hù)樁體澆灌混凝土?xí)r放入；地下土體測斜管的埋設(shè)須用鉆機(jī)鉆孔，放入管子后再用黃砂填實(shí)孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或設(shè)井框保護(hù)。測斜管的埋設(shè)要注意十字槽須與基坑邊垂直。
基坑在開挖前必須要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑內(nèi)滲漏，地下水的流動(dòng)是引起塌方的主要因素，所以地下水位的監(jiān)測是保證基坑安全的重要內(nèi)容；水位監(jiān)測管的埋設(shè)應(yīng)根據(jù)地下水文資料，在含水量大和滲水性強(qiáng)的地方，在緊靠基坑的外邊，以20～30m的間距平行于基坑邊埋設(shè)，埋設(shè)方法與地下土體測斜管的埋設(shè)相同。
分層沉降管的埋設(shè)也與測斜管的埋設(shè)方法相同。埋設(shè)時(shí)須注意波紋管外的銅環(huán)不要被破壞；一般情況下，銅環(huán)每1m放一個(gè)比較適宜?；觾?nèi)也可用分層沉降管來監(jiān)測基坑底部的回彈，當(dāng)然基坑的回彈也可用精密水準(zhǔn)測量法解決。
5 結(jié)語：
深基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測，在實(shí)踐中已逐漸形成統(tǒng)一的系統(tǒng)施工工藝流程，基坑監(jiān)測是其中一個(gè)重要的組成部分。隨著人們對基坑監(jiān)測及其周邊建筑物沉降觀測的重視，基坑監(jiān)測工作將越來越細(xì)化。監(jiān)測單位和監(jiān)測人員將不再僅滿足于提供監(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，能夠在提供及時(shí)有效數(shù)據(jù)的同時(shí)，提供正確可靠的結(jié)論和相應(yīng)的基坑或周邊相鄰建筑物加固方案，提高服務(wù)質(zhì)量和水平。
