建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)研究
2015-05-14
引言
隨著改革開放的深入和國家各種經(jīng)濟(jì)政策的貫徹執(zhí)行，我國國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源、交通以及通訊等等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃發(fā)展，基坑工程設(shè)計(jì)已是城市建設(shè)之中高層建筑、地鐵工程等的重要組成部分近年來也越來越普遍。基坑工程是國家規(guī)定的具有較大危險(xiǎn)性的工程之一，基坑工程不僅工程規(guī)模逐漸擴(kuò)大，而且施工條件，主要包括有工程地質(zhì)條件以及水文地質(zhì)條件逐漸變得復(fù)雜，出于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，施工同周圍環(huán)境影響的限制變得逐漸嚴(yán)密，因?yàn)楣芾淼牟缓侠砘蛘呤窃O(shè)計(jì)、施工技術(shù)較為落后等等原因使得事故以及問題變得越來越多，不僅僅會(huì)對工期產(chǎn)生重要的影響，一些還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)棘手的遺留問題，同時(shí)還可能造成人員以及物質(zhì)遭到損失。為確?；庸こ痰氖┕べ|(zhì)量，以便可以確保工程自身安全穩(wěn)定，又需要照顧周圍環(huán)境的安全，所以要在施工之中對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測。
1、基坑監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀
由于城市地下空間的大量開發(fā)促使了基坑工程的發(fā)展，針對施工中安全控制的要求，人們開始把監(jiān)測運(yùn)用到基坑開挖過程當(dāng)中。國外在20世紀(jì)60年代，奧斯陸和墨西哥地區(qū)有軟土土質(zhì)的深基坑運(yùn)用了基坑監(jiān)測技術(shù)。國內(nèi)自20世紀(jì)80年代監(jiān)測技術(shù)在基坑工程中開始運(yùn)用，積累大量的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)和理論研究成果。
現(xiàn)今，隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)大踏步的發(fā)展，基坑監(jiān)測技術(shù)在新技術(shù)、新儀器和不斷發(fā)展的計(jì)算技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的條件下，取得了長足的發(fā)展，自動(dòng)化采集程度和遠(yuǎn)程控制程度大大提高了監(jiān)測精度和頻率，在技術(shù)可靠的同時(shí)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。
基坑監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀如下:監(jiān)測儀器多樣化，同時(shí)監(jiān)測儀器的精密度更高，伴隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)測量儀器的發(fā)展，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件也不斷更新。監(jiān)測技術(shù)理論不斷發(fā)展，國內(nèi)對工程數(shù)據(jù)及監(jiān)測理論進(jìn)行不斷的探索研究，取得了大量的有關(guān)監(jiān)測技術(shù)的成果。我國先后頒布了一些國家規(guī)范以及地方規(guī)程指導(dǎo)工程的基坑監(jiān)測，為基坑監(jiān)測的廣泛運(yùn)用提供了有利依據(jù)。
2、基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測的技術(shù)
2.1、我國的基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測的主要內(nèi)容
基坑開挖時(shí)期施工現(xiàn)場監(jiān)測的內(nèi)容主要可以分成兩大部分，則是支護(hù)結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性以及與之相鄰的環(huán)境的變化。
2.1.1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要監(jiān)測內(nèi)容
圍護(hù)結(jié)構(gòu)完整性以及強(qiáng)度的監(jiān)測；圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測；對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜進(jìn)行監(jiān)測；對圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降進(jìn)行監(jiān)測；圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。
2.1.2、對周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測
周圍環(huán)境的監(jiān)測一般主要包括有：鄰近建筑物的沉降、傾斜以及裂縫發(fā)生時(shí)間、對發(fā)展過程進(jìn)行監(jiān)測；對鄰近構(gòu)筑物、道路以及地下管網(wǎng)等等設(shè)施進(jìn)行變形監(jiān)測；表層土體沉降、水平位移和深層土體分層沉降以及水平位進(jìn)行監(jiān)測；樁側(cè)土壓力監(jiān)測；坑底隆起監(jiān)測；土層孔隙水壓力的測試；地下水位測試等等內(nèi)容。
2.2、基坑工程監(jiān)測主要的方法
2.2.1、圍護(hù)以及支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測
第一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移進(jìn)行監(jiān)測。圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移則是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形最為直觀的表現(xiàn)，所以，圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移的監(jiān)測則就成為基坑監(jiān)測工作之中非常重要的一個(gè)監(jiān)測內(nèi)容。
第二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測
圍護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測通常使用測斜儀來進(jìn)行。依據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)同附近環(huán)境等等因素，在重要的地方鉆孔布設(shè)測斜管，使用高精度測斜儀來進(jìn)行監(jiān)測，依據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在各開挖竣工階段傾斜變化可以及時(shí)提供圍護(hù)結(jié)構(gòu)沿深度方向水平位移隨時(shí)間變化曲線。當(dāng)前工程之中使用較多的則是滑移式測斜儀。
第三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降的監(jiān)測
使用精密水準(zhǔn)儀依照傳統(tǒng)的方法來對圍護(hù)結(jié)構(gòu)重要的部位來進(jìn)行沉降的監(jiān)測。
第四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測
圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測則是使用鋼筋應(yīng)力計(jì)來對樁身鋼筋以及鎖口梁鋼筋之中比較大應(yīng)力斷面處應(yīng)力來進(jìn)行監(jiān)測，防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能遭到破壞。
第五、支撐結(jié)構(gòu)的監(jiān)測
支撐結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測通常是對錨桿、鋼筋混凝土以及鋼筋之內(nèi)支撐受力狀況來監(jiān)測。對于錨桿施工之前應(yīng)該進(jìn)行錨桿現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，尋求錨桿容許拉力。在施工的過程之中使用錨桿測力計(jì)監(jiān)測錨桿具體的受力情況，對于鋼管支撐可以使用壓應(yīng)力傳感器或者是應(yīng)變計(jì)等等來監(jiān)測其受力狀態(tài)的具體變化。
2.2.2、對附近環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測
第一、對于附近的建筑物裂縫進(jìn)行監(jiān)測
對觀測裂縫來進(jìn)行統(tǒng)一的編號(hào)，任何一條裂縫應(yīng)該布設(shè)兩組（兩側(cè)各一個(gè)標(biāo)志為一組）觀測標(biāo)志，裂縫的寬度數(shù)據(jù)應(yīng)該精確到0.1mm，一組在裂縫的最寬處，而另外一組則在裂縫末端來進(jìn)行監(jiān)測。
第二、對鄰近道路、管線變形監(jiān)測
基坑在開挖過程中，應(yīng)該對附近的道路、管線等等設(shè)施進(jìn)行水平位移以及沉降的觀測，基坑開挖之時(shí)水平方向影響的范圍一般是1.5倍～2倍開挖深度，所以水平位移以及沉降的控制點(diǎn)通常應(yīng)該設(shè)置在基坑邊2.5倍～3.0倍開挖距離之外，水平位移控制點(diǎn)后方向可以變得更遠(yuǎn)一些。
第三、對地下水位進(jìn)行測試
通常可以通過監(jiān)測井來進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測井的布置可以比較隨意，通常設(shè)置在止水帷幕之外就可。監(jiān)測井沒有必要埋設(shè)較深，井底標(biāo)高通常在常年水位之下4m～5m。
第四、土體分層沉降以及水土壓力進(jìn)行測試
應(yīng)該設(shè)置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系之中受力較為具有代表性的位置，土體分層沉降以及空隙水壓力計(jì)測孔可以緊鄰圍護(hù)樁墻埋設(shè)，土壓力應(yīng)該盡量在施工圍護(hù)樁墻之時(shí)埋設(shè)在土體與圍護(hù)樁墻的接觸面之上。
第五、土體回彈
深大基坑的回彈量對于基坑本身以及附近的建筑物的影響較大，所以，就有必要做基坑回彈的監(jiān)測。在基坑中央以及距坑底邊緣1/4坑底寬度之處或者是特征變形點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，方形、圓形基坑可以依照單向?qū)ΨQ布點(diǎn)，矩形基坑可按縱橫向布點(diǎn)，復(fù)合矩形基坑可多向布點(diǎn)，地質(zhì)情況復(fù)雜之時(shí)可以增加點(diǎn)數(shù)。
第六、對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測的范圍一般是基坑開挖3倍深度之內(nèi)的區(qū)域，建筑物使用沉降觀測為主要，測點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置在墻角、樁身等等方位，可以充分反映出建筑物各個(gè)部分不均勻沉降的情況。
3、數(shù)據(jù)分析處理
3.1、圍護(hù)墻頂變形
在基坑開挖過程中基坑圍護(hù)墻頂?shù)拇怪蔽灰婆c水平位移變形，僅分別達(dá)報(bào)警值(±20mm)的40%，30%。這一監(jiān)測結(jié)果表明，在基坑挖土達(dá)到第二道支撐以下時(shí)圍護(hù)墻頂?shù)拇怪迸c水平位移變形幅度處于較為穩(wěn)定的變形狀態(tài)。
3.2、圍護(hù)墻體變形
在基坑開挖過程中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的最大側(cè)向位移變形幅值一般可達(dá)其報(bào)警值(30mm)的70%。這一監(jiān)測結(jié)果表明，該工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體剛度滿足需求，其側(cè)向位移變形安全。
3.3、基坑外水位變化
在開挖過程中，基坑周邊的地下水位一般均處于逐漸下降的變化過程。
5、結(jié)語
深基坑的理論研究以及具體的工程實(shí)踐顯示，理論、經(jīng)驗(yàn)以及監(jiān)測有機(jī)結(jié)合這是指導(dǎo)基坑工程的設(shè)計(jì)以及施工的正確途徑。遇到的大中型工程或者是對于環(huán)境要求較為嚴(yán)格的項(xiàng)目，通常較難借鑒之前的經(jīng)驗(yàn)，較難以從理論上尋找到定量分析以及預(yù)測的方法，那么應(yīng)該依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。第一、依靠現(xiàn)場監(jiān)測提供動(dòng)態(tài)信息來反饋指導(dǎo)施工的全過程，同時(shí)也可以通過監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了解基坑設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，可以給降低工程成本指標(biāo)提供依據(jù)。第二，可以及時(shí)掌握施工環(huán)境主要包括有：地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程之中的影響以及影響程度。第三，將會(huì)及時(shí)找到和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)展程度，便于及時(shí)使用安全補(bǔ)救措施。
