基坑變形監(jiān)測方法研究

PAGEPAGEII河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要摘要隨著經(jīng)濟和城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，建筑越來越呈現(xiàn)向高空和地下發(fā)展的趨勢。多層及高層建筑的建造、大型市政設(shè)施及大量地下空間的開發(fā)，都會產(chǎn)生大量的深基坑工程和環(huán)境土工問題?；幼冃伪O(jiān)測與預(yù)報是基坑設(shè)計施工中的一個重要的環(huán)節(jié)，也是測繪工程領(lǐng)域研究的熱點問題之一。如何在保證基坑工程自身穩(wěn)定的同時，有效控制基坑的變形以保證工程及周圍環(huán)境的安全，己經(jīng)成為基坑設(shè)計、監(jiān)測、施工中的重要內(nèi)容。本文重點分析比較幾種不同變形觀測的方法，特別是水平位移的變形監(jiān)測。關(guān)鍵詞：基坑，變形監(jiān)測，分析比較，水平位移 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractAbstractWiththeeconomyandthedevelopmentofurbanization,theconstructionpresentsmoreandmoretotheupperairandtheundergroundtendency.theconstructionofnulti-layedandhigh-risebuildings、largemunicipalfacilitiesandthedevelopmentofalargenumberofundergroundspace,willhavealotofdeepfoundationpitengineeringandenvironmentalgeotechnicalproblems.Deepfoundationdesignandconstruction.Itisalsooneofhottopicsinthefieldofgeotechnicalengineeringresearch.Howtoensurethefoundationpitownstable，andtheactivecontrolthedeformationoffoundationpittoguaranteetheprogetandenvironmentsecurity，isanimportantcontentinthefoundationpitdesignmonitoringandconstruction.Combinedwiththeengineeringpractice,theanalysisandcomparisonofthemoderntoolsusedindifferentmeasuringinstrumenthigh-risebuildingdeformationmonitoringofdifferentmethods,summaryofeachmethodandapplicationadvantagesandlimitationsofdifferent.Keywords:foundationpit，deformationmonitorin，analysis，horizontaldisplacement河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄1緒論 12基坑變形監(jiān)測概述 32.1基坑變形監(jiān)測的必要性 32.2基坑變形監(jiān)測的目的 32.3基坑變形監(jiān)測方案的設(shè)計 42.3.1設(shè)計的原則 42.3.2方案內(nèi)容的制定 43基坑變形監(jiān)測項目內(nèi)容及方法原理 63.1工程概況 63.2變形監(jiān)測的主要內(nèi)容 73.3監(jiān)測方法原理 73.3.1監(jiān)測點水平位移測量 73.3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測 83.3.3坑外土體側(cè)向位移監(jiān)測 93.3.4坑外潛水水位觀測 93.3.5支撐軸力監(jiān)測 103.3.6立柱樁垂直位移監(jiān)測 103.4監(jiān)測點的布置 103.5監(jiān)測頻率與資料整理提交 113.5.1監(jiān)測初始值測定 113.5.2施工監(jiān)測頻率 113.5.3報警指標(biāo) 123.5.4測試主要儀器設(shè)備 134基坑沉降監(jiān)測 144.1監(jiān)測方法的分析與確定 144.2點位布設(shè) 144.3建立高程控制網(wǎng)施測 154.4觀測技術(shù)要求 154.5監(jiān)測頻度 164.6沉降觀測的數(shù)據(jù)處理與預(yù)警措施 164.6.1沉降觀測的數(shù)據(jù)處理 164.6.2水準(zhǔn)測量成果的最終整理 165水平位移的變形監(jiān)測 185.1測點布置和埋設(shè) 185.2平面控制網(wǎng)的建立和初始值的觀測 185.3水平位移監(jiān)測方法的分析和比較 185.3.1視準(zhǔn)線法 195.3.2測小角法 205.3.3極坐標(biāo)法 215.4本章結(jié)論 226變形監(jiān)測新方法的研究 236.1變形監(jiān)測新方法的提出 236.2三維坐標(biāo)法基本原理 236.3三維坐標(biāo)法的觀測方法 246.3.1工作基點及基準(zhǔn)點的觀測 246.3.2變形觀測點的實測 256.4精度分析 266.5工程實例 276.6本章結(jié)論 27結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 30致謝 31PAGE261緒論20世紀(jì)80年代以來，我國基礎(chǔ)工程建設(shè)發(fā)展迅速，伴隨著大型市政設(shè)施的施工及大量地下空間的開發(fā)，基坑工程數(shù)量急劇增加，并向超深、超大方向發(fā)展，技術(shù)上也有了足的進(jìn)步。上世紀(jì)70年代末以前，國內(nèi)只在少數(shù)大型工程項目中存在開挖深度10m以上的基坑工程，且處在較少或沒有相鄰建筑和地下結(jié)構(gòu)區(qū)。到1999年，10層以上的高層建筑累計己達(dá)1億多平方米，多層建筑都有1-3層地下室，基坑開挖深度通常為6-15m。進(jìn)入21世紀(jì)后出現(xiàn)了更多的超高層建筑和大型的地下工程，特別是北京、上海、廣州等城市的地鐵工程的全面開展帶來了超深基坑工程?；庸こ淌菍嵱眯?、經(jīng)驗性極強的學(xué)科，是隨著工程實踐不斷提高的科學(xué)。然而由于基坑設(shè)計理論不盡完善、施工的不可預(yù)見性、地層性質(zhì)變異性大，周邊環(huán)境的錯綜復(fù)雜，深基坑施工所造成的基坑坍塌、建筑物或道路開裂、管線爆裂等事故屢有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失、引起了嚴(yán)重的社會后果。在國務(wù)院頒布的《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例》中，列出了建設(shè)工程七大危險性較大的分部分項工程，基坑工程占了其中的兩項:(l)基坑支護(hù)與降水工程;(2)土方開挖工程，可見基坑安全己成為工程建設(shè)領(lǐng)域影響安全生產(chǎn)的一個重要方面。唐業(yè)清教授曾對全國160余項深基坑事故進(jìn)行了細(xì)致的調(diào)查分析。從這些事故分析中得出一個重要結(jié)論:基坑工程事故大多與監(jiān)測不力或險情預(yù)報不準(zhǔn)確有關(guān)。換言之，如果基坑工程監(jiān)測與險情預(yù)報準(zhǔn)確而及時，并采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，就可以防止重大事故的發(fā)生，或者可以將事故所造成的損失減少到最小。經(jīng)過近些年的理論研究和工程實踐，人們逐漸認(rèn)識到基坑工程監(jiān)測既是實現(xiàn)信息化施工、避免事故發(fā)生的有效措施，又是完善、發(fā)展設(shè)計理論、設(shè)計方法和提高施工水平的重要手段。通過對基坑工程施工進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測可以為施工及時提供反饋信息;為基坑周圍環(huán)境進(jìn)行及時有效的保護(hù)提供依據(jù);將監(jiān)測結(jié)果反饋設(shè)計，通過對監(jiān)測結(jié)果同設(shè)計預(yù)估值的比較、分析，檢驗設(shè)計理論的正確性，并且可以為今后的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。迄今為止，我國頒布了《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GBS0007一2002、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330一2002、《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ12099、《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB9258一97等國家規(guī)范、規(guī)程及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);上海、廣東、浙江、湖北等地也根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況頒布了相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)。這些規(guī)范、規(guī)程及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)中都有涉及基坑工程的條文，指導(dǎo)著基坑工程的設(shè)計、施工及監(jiān)測。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第二章基坑變形監(jiān)測概述2基坑變形監(jiān)測概述2.1基坑變形監(jiān)測的必要性在基坑開挖施工的過程中采用科學(xué)儀器和手段，對支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境的位移、地下水位的動態(tài)變化及土層孔隙水壓力的變化等進(jìn)行的綜合觀測稱為基坑的監(jiān)測。通過監(jiān)測工作可及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素、驗證設(shè)計、指導(dǎo)施工、保障業(yè)主和相關(guān)社會的利益及分析區(qū)域性施工特征等。在深基坑的施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動和主動土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變這一改變必然導(dǎo)致應(yīng)力狀態(tài)的改變，而應(yīng)力狀態(tài)的改變自然會引起土體的變形即使是當(dāng)時采取了有效的支護(hù)方式，一定量的變形還是不可避免的。如果變形的位移量超過了設(shè)計容許的范圍，就會對擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)本身造成危害，進(jìn)而危及到基坑周圍的建筑及地下管線，當(dāng)然其所造成的損害程度也隨情況而不同。所以實施監(jiān)測也得到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)同，因為只有在深基坑的施工過程中實施監(jiān)測才能對工程情況有全面的了解確保工程安全的順利的進(jìn)行。2.2基坑變形監(jiān)測的目的由基坑的理論研究和工程實踐知道，理論、經(jīng)驗和變形監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)深基坑工程設(shè)計和施工的正確方法。傳統(tǒng)的深基坑工程的設(shè)計計算是以基坑開挖的最終狀態(tài)為基礎(chǔ)，采用極限平衡的分析方法，驗算基坑土體在所設(shè)計的支護(hù)條件下的穩(wěn)定性，這種設(shè)計方法是在特定的空間域內(nèi)對工程項目的“靜態(tài)設(shè)計”，而在實際工程中包括土層參數(shù)在內(nèi)的多種參數(shù)都是變化的，為解決這一矛盾應(yīng)該根據(jù)施工過程中反饋的信息不斷對設(shè)計加以修正，這就是動態(tài)設(shè)計的思想所在。動態(tài)設(shè)計的核心環(huán)節(jié)是預(yù)測分析，變形預(yù)測是其主要項目，而變形預(yù)測則主要依賴于系統(tǒng)合理的變形監(jiān)測，因此施工過程中變形監(jiān)測的目的主要有:l)為信息化施工提供依據(jù)。通過監(jiān)測可隨時掌握土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和周邊環(huán)境中各種建筑設(shè)施的變形情況。將監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計值進(jìn)行對比，分析并判斷前步施工是否達(dá)到預(yù)期要求，然后確定和優(yōu)化下一步施工工藝和參數(shù)以此達(dá)到信息化施工的目的，使得監(jiān)測成果成為現(xiàn)場施工工程技術(shù)人員作出正確判斷的依據(jù);2)為基坑周邊環(huán)境中的建筑和各種設(shè)施的保護(hù)提供依據(jù);3)為優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù);4)監(jiān)測工作是發(fā)展基坑工程設(shè)計理論的重要手段。2.3基坑變形監(jiān)測方案的設(shè)計2.3.1設(shè)計的原則監(jiān)測方案必須在收集各種相關(guān)資料和信息的基礎(chǔ)上綜合分析而進(jìn)行設(shè)計，因為其對基坑的設(shè)計、施工及運行都有很大影響。監(jiān)測方案設(shè)計的原則主要有如下幾個主要的方面:①可靠性原則:為了保證監(jiān)測的可靠必需要有可靠的儀器設(shè)備且必需在監(jiān)測期內(nèi)保護(hù)好監(jiān)測點。這是監(jiān)測設(shè)計需要考慮的最重要的原則。②多層次原則。主要包括以下幾個方面:1、監(jiān)測對象上在考慮監(jiān)測其他物理量的基礎(chǔ)上以位移監(jiān)測為主;2、在監(jiān)測方法上以儀器監(jiān)測為主，并輔以目測巡視的方法;3、在監(jiān)測儀器上以機測儀器為主并輔以電測試儀器;4、為了保證監(jiān)測的可靠性，監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)采用多種原理不同的方法和儀器。③重點監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)的原則。所謂關(guān)鍵區(qū)是指易出問題且一旦出問題將會造成很大損失的部分。對其要進(jìn)行重點監(jiān)測并盡早實施。④實用方便的原則。為了減少監(jiān)測與施工之間的相互干擾，監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和測試要盡可能的做到方便實用。⑤經(jīng)濟合理的原則。為了減少監(jiān)測成本費用在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)盡可能選實用又便宜的儀器。⑥以位移為主的原則。變形監(jiān)測是監(jiān)測的主要手段和變形破壞的依據(jù)。⑦整體控制的原則。這是為了保證監(jiān)測系統(tǒng)能覆蓋整個基坑。⑧遵照工程需要的原則。充分考慮工程的特點和要求來布置監(jiān)測系統(tǒng)。2.3.2方案內(nèi)容的制定應(yīng)在施工前制定嚴(yán)密的監(jiān)測方案，因為基坑監(jiān)測是一個集信息采集及預(yù)測于一體的完整的系統(tǒng)，而不是一個簡單的信息采集過程。監(jiān)測方案設(shè)計一般應(yīng)包括以下幾個主要方面:①確定監(jiān)測目的，不同的基坑的監(jiān)測目的應(yīng)有所側(cè)重和不同。要根據(jù)場地的水文條件、工程地質(zhì)條件、支護(hù)體系設(shè)計及周圍環(huán)境來確定。②根據(jù)監(jiān)測目的和方案設(shè)計的原則，在制定基坑監(jiān)測方案時，合理的選擇現(xiàn)場測試的監(jiān)測項目;③確定并保護(hù)基準(zhǔn)點與監(jiān)測點;④確定監(jiān)測方法的精度、頻率及監(jiān)測周期;⑤建立監(jiān)測成果反饋制度;⑥確定監(jiān)測報警值及異常情況的監(jiān)測措施，以便及時研究和處理問題;⑦監(jiān)測方案設(shè)計應(yīng)密切配合施工組織計劃，因為監(jiān)測方案只有在符合施工組織的總體計劃安排下才有可能得以順利實施。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第三章基坑變形監(jiān)測項目內(nèi)容及方法原理3基坑變形監(jiān)測項目內(nèi)容及方法原理本章將結(jié)合相關(guān)的工程實例來了解基坑變形監(jiān)測的項目內(nèi)容，同時研究分析與每項監(jiān)測內(nèi)容相關(guān)的的方法原理。3.1工程概況在深基坑工程監(jiān)測內(nèi)容設(shè)計前,應(yīng)參照國家及當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),熟悉基坑支護(hù)的設(shè)計方案和施工圖紙,了解工程施工組織設(shè)計,并進(jìn)行必要的現(xiàn)場踏勘。確定變形監(jiān)測內(nèi)容及相應(yīng)的監(jiān)測方法。本章結(jié)合工程實例確定基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容及方法原理，其工程概況如下：本工程位于運樂路以南、金豐路以西地塊，場地南側(cè)為西厙?yán)锔邸１竟こ探ㄔO(shè)用地面積約34955m2，總建筑面積約86519m2，其中，地上建筑面積約48440m2，地下建筑面積約38079m2。本工程建筑±0.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高+4.350，場地自然標(biāo)高均為+4.250，即相對標(biāo)高-0.100m。本工包括西區(qū)及東區(qū)兩部分，西區(qū)基坑在東區(qū)Ⅰ、Ⅱ塊底板施工完畢后開挖。西區(qū)地下室底板頂相對標(biāo)高-8.200m底板厚800mm，墊層100mm，坑底標(biāo)高-9.100m，基坑開挖深度9.00m，電梯井等局部深坑加深1.8m；東區(qū)地下室底板頂相對標(biāo)高-5.900m，底板厚700mm，墊層100mm，坑底標(biāo)高-6.700m，基坑開挖深度6.60m，電梯井等局部深坑加深1.35m～1.80m。本基坑采用鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，三軸攪拌樁止水，西區(qū)二道混凝土支撐體系，東區(qū)一道混凝土支撐體系，坑內(nèi)采用攪拌樁墩加固，局部深坑采用壓密注漿封底，鉆孔灌注樁結(jié)合型鋼格構(gòu)柱作為支撐立柱。東區(qū)基坑圍護(hù)墻體主要采用φ700@900鉆孔灌注樁，有效樁長12.5m，坑邊局部落深處采用φ800@1000鉆孔灌注樁，有效樁長16.0m；西區(qū)基坑圍護(hù)墻體主要采用φ800@1000鉆孔灌注樁，有效樁長17.5m，坑邊局部落深處采用φ900@1100鉆孔灌注樁，有效樁長21.0m。東區(qū)南側(cè)及西區(qū)止水帷幕采用單排三軸3φ850@1200攪拌樁，軸間距600，相互搭接250，幅與幅間搭接850，樁長14.5、17.5m；東區(qū)其余部分止水帷幕采用單排三軸3φ650@900攪拌樁，軸間距450，相互搭接200，幅與幅間搭接650，樁長14.5、17.5m；采用一噴一攪工藝。攪拌樁與灌注樁間凈距100～200mm，圍護(hù)樁與攪拌樁間設(shè)壓密注漿；攪拌樁頂設(shè)150mm厚C20混凝土壓頂?？拥准庸滩捎秒p軸水泥攪拌樁2φ700@1000，加固深度坑底以下4m；深坑采用壓密注漿封底，深度自坑底至坑底下2m。3.2變形監(jiān)測的主要內(nèi)容根據(jù)工程的要求、周圍環(huán)境、基坑本身的特點及相關(guān)工程的經(jīng)驗，按照安全、經(jīng)濟、合理的原則，測點布置主要選擇在2倍以上基坑開挖深度范圍布點，擬設(shè)置的監(jiān)測項目如下：(一)周邊環(huán)境監(jiān)測地下綜合管線垂直位移監(jiān)測周邊河堤垂直位移、水平位移及裂縫監(jiān)測(二)基坑圍護(hù)監(jiān)測圍護(hù)頂部垂直、水平位移監(jiān)測圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測坑外土體側(cè)向位移監(jiān)測支撐軸力監(jiān)測坑外潛水水位觀測立柱樁垂直位移監(jiān)測3.3監(jiān)測方法原理為保證所有監(jiān)測工作的統(tǒng)一，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度，使監(jiān)測工作有效的指導(dǎo)整個工程施工，監(jiān)測工作采用整體布設(shè)，分級布網(wǎng)的原則。即首先布設(shè)統(tǒng)一的監(jiān)測控制網(wǎng)，再在此基礎(chǔ)上布設(shè)監(jiān)測點(孔)。3.3.1監(jiān)測點水平位移測量采用軸線投影法。在某條測線的兩端遠(yuǎn)處各選定一個穩(wěn)固基準(zhǔn)點A、B，經(jīng)緯儀架設(shè)于A點，定向B點，則A、B連線為一條基準(zhǔn)線。觀測時，在該條測線上的各監(jiān)測點設(shè)置覘板，由經(jīng)緯儀在覘板上讀取各監(jiān)測點至AB基準(zhǔn)線的垂距E，某監(jiān)測點本次E值與初始E值的差值即為該點累計水平位移，各變形監(jiān)測點初始E值均為取兩次平均的值。采用瑞士WILDT2經(jīng)緯儀來測試。3.3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移監(jiān)測在基坑圍護(hù)地下鉆孔灌注樁的鋼筋籠上綁扎安裝帶導(dǎo)槽PVC管，測斜管管徑為Φ70mm，內(nèi)壁有二組互成90°的縱向?qū)Р?，?dǎo)槽控制了測試方位。埋設(shè)時，應(yīng)保證讓一組導(dǎo)槽垂直于圍護(hù)體，另一組平行于基坑墻體。測試時，測斜儀探頭沿導(dǎo)槽緩緩沉至孔底，在恒溫一段時間后，自下而上逐段（間隔0.5米）測出X方向上的位移。同時用光學(xué)儀器測量管頂位移作為控制值。在基坑開挖前，分二次對每一測斜孔測量各深度點的傾斜值，取其平均值作為原始偏移值?！埃敝当硎鞠蚧觾?nèi)位移，“－”值表示向基坑外位移。儀器采用美國Geokon-603測斜儀或北京航天CX-06型測斜儀進(jìn)行測試，測斜精度±0.1mm/500mm，見下圖：圖3.1測斜儀測試原理見下圖：圖3.2測斜儀工作原理計算公式：式（3.1）式中：△Xi為i深度的累計位移(計算結(jié)果精確至0.1mm)Xi為i深度的本次坐標(biāo)(mm)Xi0為i深度的初始坐標(biāo)(mm)Aj為儀器在0