第八章-基坑工程變形監(jiān)測

第八章基坑工程變形監(jiān)測劉福臻主要內(nèi)容第一部分：概述第二部分：監(jiān)測內(nèi)容和方法第三部分：監(jiān)測方案設計第四部分：監(jiān)測結(jié)果處理第五部分：工程實例第一節(jié)概述

一、基坑工程的現(xiàn)狀1.高樓、超高樓深基坑。我國已建和在建的高樓超高樓基坑深度已由6m、8m，發(fā)展至10m、20m以上。在沿海軟土地區(qū)和北方好土地區(qū)，最深的基坑已達到24m（如福州新世紀大廈）。2.地鐵站深基坑最大深度達26.4m（廣州地鐵2號線海珠廣場站）。上海徐家匯地鐵車站為亞洲最大地鐵車站，開挖寬23m，長660余m。3.市政工程地下設施深基坑近年來各地興建了許多大型市政地下設施，例如：上海人民廣場地下車庫和商場。4.工業(yè)深基坑我國目前已有不少的規(guī)模較大的工業(yè)深基坑，例如，寶鋼熱軋廠鐵皮坑深達32m，浦東耀華皮爾金頓浮法玻璃熔窯坑，亞洲最高煙囪北侖港電廠240m的高煙囪深基坑，等等。二、基坑工程特點基坑工程開挖是一項技術復雜、帶有經(jīng)驗性和風險性的工程。據(jù)有關專家對103項基坑工程事故調(diào)查表明,屬勘察失誤的3項,占總數(shù)的2.9%;屬基坑圍護設計失誤的35項,占總數(shù)的34%;屬對水處理不當?shù)?2項,占總數(shù)的21.4%;屬施工不當?shù)?4項,占總數(shù)的35%。上世紀90年代以來,隨著大量高層建筑的不斷興建,基坑成為工程建設的一項熱點問題。目前我國基坑及其圍護狀況總的說來具有以下特點。

深：基坑越挖越深。過去地下建1層—2層地下室，現(xiàn)在大城市、沿海城市尤其是特區(qū)，地下3層～4層已很尋常，5層—6層也有。因此基坑深度多在l0m～16m間，在20m左右的也為數(shù)不少。

差：工程地質(zhì)條件差。這一點在某些沿海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)較為突出。某些開發(fā)區(qū)位于填海、填湖、淤河、泥塘或沼澤地，工程地質(zhì)條件十分復雜。密：基坑四周已建或在建高大建筑物密集或緊靠重要市政公路。大興土木不僅要確保本身基坑穩(wěn)定，更不能殃及周圍建筑物。

多：圍護基坑方法多。諸如人工挖孔樁，機械鉆孔樁，預制樁，深層攪拌樁，鋼板樁，地下連續(xù)墻，鋼支撐，木支撐，沙袋堆撐，拉錨，杭滑樁，注漿，噴錨網(wǎng)支護法，等等。

低：基坑工程的成功率較低。地質(zhì)條件較好的地區(qū)(加北京)出毛病，地質(zhì)條件差的地區(qū)(如上海、?？?、惠州等)更出，坑淺的出，坑深的更出。最說明問題最典型的是，有的地區(qū)基垃工程成功率大體僅為1／3，另有2／3是出了工程事故的或多少有毛病的。三、基坑支護兩個功能：一是擋土；二是止水?；又ёo分兩類：支護型——將支護墻（排樁）作為主要受力構件；支護型基坑支護包括板樁墻、排樁、地下連續(xù)墻等。在基坑較淺時可不設支撐，成懸臂式結(jié)構；當基坑較深或?qū)χ車孛孀冃螄栏裣拗茣r，應設水平或斜向支撐，或錨定系統(tǒng)；形成空間力系是發(fā)展方向。加固型——充分利用加固土體的強度。加固型包括水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、注漿和樹根樁等。特點平面尺寸不大，且長短邊長相差不多的基坑宜布置角撐。它的開挖土方空間較大，但變形控制要求不能很高鋼支撐和鋼筋混凝土支撐均可布置；支撐受力明確，安全穩(wěn)定，有利于墻體的變形控制，但開挖土方較為困難多采用鋼筋混凝土支撐；中部形成大空間，有利于開挖土方和主體結(jié)構施工多采用鋼筋混凝土支撐；支撐體系受力條件好；開挖空間大，便于施工開挖面積大、深度小的基坑宜采用；在軟弱土層中，不易控制基坑的穩(wěn)定和變形便于土方開挖和主體結(jié)構施工，但僅適用于周邊場地具有拉設錨桿的環(huán)境和地質(zhì)條件土釘墻施工鋼筋灌漿土釘灌注樁擋土、土釘墻支護和二級井點降水SMW工法＋鋼管內(nèi)支撐排樁墻加樁間高噴，預應力錨索腰梁土釘墻支護，第一排是花管，以下是鋼筋做土釘污水廠提升泵房支護全套管咬合樁，樁間采用噴射砼找平四.基坑監(jiān)測的必要性

在基坑工程實踐中常常發(fā)現(xiàn)，與設計預估值相比，實際工程的工作狀態(tài)往往存在一定的差異性，有時差異的程度還相當大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①基坑工程設置于地層之間，而地層性質(zhì)存在著相當大的變異性和離散性；②對地層和圍護結(jié)構本身所作的分析模型、構筑設計簡化假定以及參數(shù)選用等，與實際狀況相比存在一定的近似性；③施工過程中，存在著時間和空間效應，以及降雨、地面堆載和挖機撞擊等偶然因素作用?；谏鲜銮闆r，必須在基坑開挖和支護施筑期間開展嚴密的現(xiàn)場監(jiān)測，以保證工程的順利進行。五、基坑監(jiān)測的目的

1．檢驗設計所采取的各種假設和參數(shù)的正確性，指導基坑開挖和支護結(jié)構的施工

2．確保基坑支護結(jié)構和相鄰建筑物的安全；

3．積累工程經(jīng)驗，為提高基坑工程的設計和施工的整體水平提供依據(jù)。05年7月21日發(fā)生在廣州市海珠城廣場的深基坑坍塌事故,奪去2人生命，并殃及一幢樓房倒塌、三幢樓房成為危房。六、基坑監(jiān)測的基本要求

1.監(jiān)測工作必須是有計劃的，應先制訂詳細的基坑監(jiān)測方案；

2．監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是可靠真實的，監(jiān)測數(shù)據(jù)真實性要求所有數(shù)據(jù)必須以原始記錄為依據(jù)，原始記錄任何人不得更改、刪除；

3．監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是及時的，監(jiān)測數(shù)據(jù)需在現(xiàn)場及時計算處理，計算有問題可及時復測，盡量做到當天報表當天出，才能有利于及時發(fā)現(xiàn)隱患，及時采取措施；

4．埋設于結(jié)構中的監(jiān)測元件應盡量減少對結(jié)構的正常受力的影響；

5．采納多種方法、施行多項內(nèi)容的監(jiān)測方案，以互相印證、互相檢驗，從而對監(jiān)測結(jié)果有全面正確的把握；

6．對重要的監(jiān)測項目，應按照工程具體情況預先設定預警值和報警制度，預警值應包括變形或內(nèi)力量值及其變化速率；

7．基坑監(jiān)測應整理完整的監(jiān)測記錄表、數(shù)據(jù)報表、形象的圖表和曲線，監(jiān)測結(jié)束后整理出監(jiān)測報告；7.基坑變形內(nèi)容1.支護結(jié)構的變形，其變形表現(xiàn)為兩個方面：水平變形和豎向變形。2.基坑周圍地表變形一是地下水疏干而產(chǎn)生的差異性沉降二是由于支護結(jié)構的變形而引起的地面沉降3.基坑失穩(wěn)一是基坑支護結(jié)構的強度不夠二是支護結(jié)構地基土的強度不夠4.基坑管涌和流沙5.基坑隆起變形監(jiān)測內(nèi)容安全等級一級二級三級支護結(jié)構水平位移●●●周圍建筑物及地下管線變形●●○地下水位●●○樁墻內(nèi)力●○錨桿拉力●○支撐軸力●○立柱變形●○土體分層沉降●○支護結(jié)構側(cè)向壓力注：1.

一級、二級、三級分別表示破壞后果很嚴重、一般、不嚴重。2.●應測；○宜測；可測。第二節(jié)、監(jiān)測儀器和方法圍護結(jié)構本身基坑監(jiān)測內(nèi)容相鄰環(huán)境圍護樁墻：支撐結(jié)構：圍檁和圈梁：立柱：坑內(nèi)土層：相鄰土層：分層沉降和水平位移地下管線：垂直沉降和水平位移相鄰房屋：垂直沉降和水平裂縫一、基坑監(jiān)測內(nèi)容樁墻頂部水平位移與沉降樁墻深層撓度樁墻內(nèi)力和水土壓力內(nèi)力和水平位移垂直隆起垂直沉降支撐軸力序號監(jiān)測對象監(jiān)測項目監(jiān)測元件與儀器(一)圍護結(jié)構1圍護樁墻(1)樁墻頂水平位移與沉降經(jīng)緯儀、水準儀(2)樁墻深層撓曲測斜儀(3)樁墻內(nèi)力鋼筋應力傳感器、頻率儀(4)樁墻水土壓力壓力盒、孔隙水壓力探頭、頻率儀2水平支撐軸力鋼筋應力傳感器、位移計、頻率儀3圈梁、圍檁(1)內(nèi)力鋼筋應力傳感器、頻率儀(2)水平位移經(jīng)緯儀4立柱垂直沉降水準儀5坑底土層垂直隆起水準儀6坑內(nèi)地下水水位監(jiān)測井、孔隙水壓力探頭、頻率儀序號監(jiān)測對象監(jiān)測項目監(jiān)測元件與儀器(二)相鄰環(huán)境7相鄰地層(1)分層沉降分層沉降儀、頻率儀(2)水平位移經(jīng)緯儀8地下管線(1)垂直沉降水準儀(2)水平位移經(jīng)緯儀9相鄰房屋(1)垂直沉降水準儀(2)傾斜經(jīng)緯儀(3)裂縫裂縫監(jiān)測儀10坑外地下水(1)水位監(jiān)測井、孔隙水壓力探頭、頻率儀(2)分層水壓孔隙水壓力探頭、頻率儀（一）肉眼觀察（巡視）肉眼巡視是不借助任何量測儀器，而用肉眼對樁頂圈梁、鄰近建筑物、鄰近地面的裂縫、塌陷以及支護結(jié)構工作失常、流土、滲漏或局部管涌等不良象的發(fā)生和發(fā)展進行記錄、檢查和分析。一、基坑監(jiān)測方法（二）圍護墻頂水平位移和沉降監(jiān)測

圍護樁墻頂水平位移和垂直沉降是基坑工程中員直接、最重要的內(nèi)容。沉降監(jiān)測方法主要采用精密水準測量，在一個測區(qū)內(nèi)，應設3個以上基準點，基準點要設置在距基坑開挖深部5倍的距離以外的穩(wěn)定地方。水平位移監(jiān)測，有場地時，用軸線法即視準線法;場地有限時采用前方交會法。自由設站法。（三）深層水平位移測量

1．測量原理深層水平位移就是測量圍護樁墻和土體在不向深度上的點的水平位移，通常采用測斜儀測量。測斜管可以用于測單向位移，也可以測雙向位移。測斜儀由測斜管、測斜探頭、數(shù)字式測讀儀三部分組成，測斜管在基坑開挖前埋設于圍護樁墻和土體內(nèi)，測斜管內(nèi)有4條十字型對稱分布的凹型導槽，作為測斜儀滑輪上下滑行軌道，測量時，使測斜探頭的導向滾輪卡在測斜管內(nèi)壁的導槽中，沿槽滾動將測斜探頭放入測斜管，并由引出的導線將測斜管的傾斜角或其正弦值顯示在測讀儀上。實際測量時，將測斜儀探頭沿管內(nèi)導槽插入測斜管內(nèi)，緩慢下滑，按取定的間距逐段測定各量測段處的測斜管與鉛直線的傾角，就能得到整個樁墻軸線的水平撓曲或土體不同深度的水平位移。測斜儀原理2．埋設測斜管有綁扎埋設和鉆孔埋設兩種方式：

1）綁扎埋設。主要用于樁墻體深層撓曲測試，埋設時將測斜管在現(xiàn)場組裝后綁扎固定在樁墻鋼筋籠上，隨鋼筋籠—起下到孔槽內(nèi)，并將其撓筑在混凝土中。

2）鉆孔埋設。首先在土層中預鉆孔，孔徑略大于所選用測斜管的外徑，然后將測斜管封好底蓋逐節(jié)組裝逐節(jié)放入鉆孔內(nèi)，并同時在測斜管內(nèi)注滿清水，直到放到頂定的標高為主。隨后在測斜管與鉆孔之間空隙內(nèi)回填細砂，或水泥和粘土拌合的材料固定測斜管。a.埋入測斜管時，應保持垂直，如埋在樁體或墻體內(nèi)應與鋼筋籠扎牢；b.測斜管有兩對方向相互垂直的定向槽，其中一對須與基坑邊線垂直；c.測量時，必須保證測斜儀與管內(nèi)溫度基本一致，顯示儀讀數(shù)穩(wěn)定才能開始測量；d.選擇測斜管中的不動點作為測量基準點。3．量測將測頭插入測斜管，使?jié)L輪卡在導槽上，緩慢下至孔底，測量自孔底開始，自下而上沿導槽全長每隔一定距離測讀一次，每次測量時，應將測頭穩(wěn)定在某一位置上。測量完畢后，測頭旋轉(zhuǎn)180度插入同一對導槽，按以上方法重復測量。兩次測量的各測點應在同一位置上，此時各測點的兩個讀數(shù)應是數(shù)值接近、符號相反，如果測量數(shù)據(jù)有疑問，應及時復測。基坑工程中通常只需監(jiān)測垂直于基坑邊線方向的水平位移。但對于基坑陽角的部位，就有必要測量兩個方向的深層水平位移，（四）土體分層沉降測試分層沉降是土層內(nèi)離地表不同深度處的沉降或隆起，通常用磁性分層沉降儀量測。用鉆機在預定位置鉆孔，然后將引導管放入，再用一只鉛質(zhì)開口送筒裝上沉降環(huán)，套在引導管上，沿引導管送至預埋位置，再用450mm的硬質(zhì)塑料管把沉降環(huán)推出并壓入土中，彈開沉降鋼環(huán)卡子，使沉降環(huán)的彈性卡子牢固地嵌入土中，再用如上步驟推入上一標高的沉降環(huán)，直至埋完全部沉降環(huán)。固定孔口，做好孔口的保護裝置，并測量孔口標高和各磁性沉降鋼環(huán)的初始標高。磁性分層沉降儀組成：探頭、分層沉降管、鋼環(huán)、帶刻度的導線、電感探測裝置。（五）基坑回彈監(jiān)測圖

基坑回彈是基坑開挖對坑底的土層的卸荷過程引起基坑底面及坑外一定范圍內(nèi)土體的回彈變形或隆起?；踊貜棻O(jiān)測可采用回彈監(jiān)測標和深層沉降標兩種，當分層沉降環(huán)埋設于基坑開挖面以下時所監(jiān)測到的土層隆起也就是土層回彈量。

1．回彈標及其埋設回彈監(jiān)測標如圖，其埋設方法如下：

1）鉆孔至基坑設計標高以下200mm，將回彈標旋入鉆桿下端，順鉆孔徐徐放至孔底，并壓入孔底土中400～500mm，即將回彈標尾部壓入土中。旋開鉆桿，使回彈標脫離鉆桿，提起鉆桿。

2）放入輔助測桿，用輔助測桿上的測頭進行水準測量，確定回彈標頂面標高。

3）監(jiān)測完畢后，將輔助測桿、保護管(套管)提出地面，用砂或素土將鉆孔回填，為了便于開挖后找到回彈標，可先用白灰回填500mm左右。

用回彈標監(jiān)測回彈一般在基坑開挖之前測讀初讀數(shù)，在基坑開挖到設計標高后再測讀一次，在澆筑基礎底板混凝土之前再監(jiān)測一次?；貜棻O(jiān)測標2．深層沉降標及其埋設深層沉降標由一個三卡錨頭、一根1／4英寸的內(nèi)管和一根1英寸的外管組成，內(nèi)管和外管都是鋼管。用光學儀器測量內(nèi)管頂部的標高，標高的變化就相當于錨頭位置土層的沉降或隆起。其埋設方法如下：

1）用鉆機在預定位置鉆孔。

2）將1/4英寸鋼管旋在錨頭頂部外側(cè)的螺紋聯(lián)結(jié)器上，用管鉗旋緊。

3）將裝配好的深層沉降標慢慢地放入鉆孔內(nèi)，直到放入孔底。用外管將錨頭壓入預測土層的指定標高位置。

4）在孔口臨時固定外管，將內(nèi)管壓下約150mm，此時錨頭上的三個卡子會向外彈，卡在土層里?？ㄗ右坏楅_就不會再縮回。

5）順時針旋轉(zhuǎn)外管，使外管與錨頭分離。上提外管。

6）固定外管，將外管與鉆孔之間的空隙填實，做好測點的保護裝置?？卓谝话阋愿叱龅孛?00～1000mm為宜，當?shù)乇硐陆导翱卓诨貜検箍卓诟叱龅乇硖鄷r，因?qū)⑵渫陆亍?/p>

(六）土壓力與孔隙水壓力監(jiān)測

樁墻側(cè)向水土壓力的監(jiān)測通常是在樁墻迎土面埋設土壓力傳感器，通過相應的接收儀器來讀取所需的數(shù)據(jù)。①土壓力盒

常用的土壓力傳感器有鋼弦式和電阻式兩大類，如圖9、10所示。對應于鋼弦式和電阻式兩種傳感器的接收裝置分別為頻率儀和電阻應變儀。

其中鋼弦式土壓力盒耐久性好，能適合各種復雜環(huán)境，因而盡管其精度相對較差，但在目前工程實踐中應用日趨廣泛，大有逐步取代電阻式土壓力傳感器的趨勢。②孔隙水壓力測試孔隙水壓力量測結(jié)果可用于固結(jié)計算及有限應力法的穩(wěn)定性分析，在打樁、堆載預壓法地基加固的施工速度控制、基坑開挖、沉井下沉和降水等引起的地表沉降的控制中具有十分重要的作用?？紫端畨毫μ筋^分鋼弦式、電阻式和氣動式三種類型，探頭由金屬殼體和透水石組成。埋設方法有壓入法和鉆孔法。(七)支擋結(jié)構內(nèi)力監(jiān)測

采用鋼筋混凝土材料制作的圍護支擋構件，其內(nèi)力或軸力通常是在鋼筋混凝土中埋設鋼筋計，通過測定構件受力鋼筋的應力或應變，然后根據(jù)鋼筋與混凝土共同作用、變形協(xié)調(diào)條件計算得到。①鋼筋計類型鋼筋計有鋼弦式和電阻應變式兩種，二次儀表分別用頻率計和電阻應變儀。2023/2/553（a）鋼筋應力計布置（b）鋼筋應變計布置鋼筋計的布置(八)土層錨桿試驗和監(jiān)測土層錨桿是一種埋入土層深部的受拉桿件，它一端與構筑物相連，另一端錨固在土層中。(9)地下水位監(jiān)測地下水位監(jiān)測可采用鋼尺或鋼尺水位計。鋼尺水位計的工作原理是在已埋設好的水管中放入水位計測頭，當側(cè)頭接觸到水位時，啟動訊響器，此時讀取測量鋼尺與管頂?shù)木嚯x，根據(jù)管頂高程即可計算地下水位的高程。對于地下水位比較高的水位觀測井，也可用干的鋼尺直接插入水位觀測井中測量。①相鄰建筑物變形監(jiān)測建筑物的變形觀測可以分為沉降觀測、傾斜觀測相裂縫觀測三部分內(nèi)容。建筑物的沉降觀測沉降觀測點布設的位置和數(shù)量以及埋設方式，應根據(jù)基坑開挖有可能影響到的范圍和程度，同時計入建筑物本身的結(jié)構特點和重要性予以全盤考慮和確定。通常情況下，觀測點布置在房屋承重構件或基礎的角點上，長邊上可適當加密測點。(十)相鄰環(huán)境監(jiān)測

相鄰環(huán)境監(jiān)測的范圍宜從基坑邊線起到開挖深度約2.0～3.0倍的距離，監(jiān)測周期應從基坑開挖開始，至地下室施工結(jié)束為止。建筑物的傾斜觀測距變形點水平距離1.5～2.0H處設工作點。兩工作點的方向交角接近90°；建筑物的裂縫觀測建筑物的沉降和傾斜必然會導致結(jié)構構件的應力調(diào)整，有關裂縫開展狀況的監(jiān)測通常作為開挖影響程度的重要依據(jù)。建筑物裂縫有直接觀測和間接觀察兩種。直接觀測是將裂縫進行編號并劃出測讀位置．通過裂縫觀測儀進行裂縫寬度測讀取該儀器肉眼觀測的精度為0.1mm，在無裂縫觀測儀的情況下，也可更簡單地對照裂縫寬度測板大致確定所觀察裂縫的寬度。②相鄰地下管線監(jiān)測相鄰地下管線的監(jiān)測內(nèi)容包括垂直沉陷和水平位移兩部分，其測點布置和監(jiān)測頻率應在對管線狀況進行充分調(diào)查，與管線單位充分協(xié)商后予以確定，調(diào)查內(nèi)容包括：

a.管線埋置深度和埋設年代，這在城市測繪部門提供的綜合管線圖上有所反映，但并不十分全面，如能結(jié)合現(xiàn)場踏勘更好。管線種類，管線走向，管線與基坑的相對位置等。

b.管線所在道路的地面人流與交通狀況，以便制定