武林门电器市场深层土体水平位移监测分析.doc

武林门电器市场深层土体水平位移监测分析摘要：深层土体水平位移的监测在基坑开挖中至关重要。以武林门电器市场深层土体水平位移监测为例，探讨了该工程的深层土体水平位移的动态变化。监测表明：基坑北侧累计位移偏大，多次超过了报警值。由于监测数据准确，反馈及时，业主及监理单位重视，施工单位及时处理、应用方法得当，保证了基坑的正常运行。0 引 言基坑监测包括支护结构应力及变位监测、地下水位观测及周围建筑物沉降、 土体分层竖向位移监测、深层土体水平位移监测等等。基坑开挖时导致土体向坑内位移，而土体位移又危及周围建筑物的安全。深层土体水平位移可间接反映支护结构位移、应力变化，以及周围建筑设施安全状况等。建筑地基基础设计规范(GB50007 - 2002)、建筑基坑支护技术规程(JGJ120 - 99)及许多地方规范明确规定，重要基坑工程或深基坑施工中，必须进行深层土体水平位移监测，目前国内外对此也有相关的研究：斜测管与土体变形协调不一致1；深层土体水平位移距离施工区域越大其影响越小2等等。笔者结合前人理论，通过工程实践，以武林门电器市场迁建工程项目深层土体水平位移监测分析为例，介绍成功经验，提出了更好地协调测斜管与土体变形的建议以及得出监测土体内部水平位移等相关结论。1 工程概况杭州市武林门电器市场迁建工程项目是以办公、商业为主要功能的综合性大厦，基坑深4.80 m。总占地面积为15 538 m2。主楼19层，裙楼34层，地下车库1层。该工程由浙江浙华建筑设计有限公司设计，本工程基坑围护设计工作由华东勘测设计研究院承担。该工程主体及地下室基础采用管桩。本工程场地第四系覆盖层除表层杂填土外，以下分布有耕植土、塘泥、粉质粘土夹粉土、淤泥质粘土、粉质粘土和砂质粘土。地下水属空隙性潜水，水位变化和水量与大气降水有直接的影响，地下水位埋深在0.00.5 m左右。本基坑工程0.00 m相当于黄海高程为4.60 m。场地地面绝对标高在3.60 m（黄海高程，下同）左右，相对标高为-1.00 m。基坑开挖深度为-4.60 m。拟建场地原来以农田为主，局部地区有居民房，现已经迁除，地表地势相对平坦。2 测斜仪2.1 测斜仪概述测斜仪是一种测量仪器轴线和铅垂线之间夹角的变化量，进而计算出土层各点的水平位移大小的仪器，它被广泛地应用于交通、冶金、煤炭、水利水电及城建部门的岩土工程原位监测中，尤其是在边坡、地基、土石坝及地下洞室的深部水平位移监测中具有不可替代的优越性和实用性。2.2 测斜仪的原理测斜仪的测试原理如图1所示。设测头上下两组滑轮间的距离为标距L，测头感应元件测得的测头与垂线间的夹角为。1-测读设备； 2-电缆； 3-导向槽； 4-侧头； 5-钻孔； 6-测斜管；7-导向轮； 8-测读间距；9-位移；10-原准线 图1 测斜仪量测原理示意图2.3 影响因素针对基坑深层土体水平位移监测，综合规范、前人研究成果及工程实际经验，主要从表1中 5个方面影响因素进行了讨论3：表1 位移监测影响因素序号影响因素注意事项12345钻孔倾斜度测斜管埋深填料测斜管周围土层稳定时间及初始值测斜仪探头稳定倾斜不宜过大，防止出现“跳槽”现象综合分析确定零位移基准点密实度要高，不可形成空洞考虑周围土质影响孔底需预热5min2.4 测斜管和土体的变形协调性能分析 目前国内外主要用测斜仪进行对土体内部水平位移的观测，但有一定的弊端，即测斜管和土体的变形协调有不一致之处，主要有以下两点原因：(1)土体发生变形的同时，管体本身会产生抵抗变形的反力。变形越大, 此反力也越大, 测斜管的位移量与软土的实际位移量有不同程度的偏差。(2)测斜管之间采用连接管和自攻螺丝固定，整体性加强, 导致其刚度远远大于土体，这种刚度的差异造成土体与测斜管不能很好地协调变形, 而且刚度差异越大，变形协调更不一致。3 监测方案 3.1 监测内容根据本工程的具体情况，依据有关规范规定和围护设计方案对施工监测工作的要求，监测内容如下：基坑外侧的土体侧向位移(土体测斜)，8个测点（CX1CX8），整个监测过程将自土体开挖施工开始，到地下结构基本上出0.00，监测数据基本稳定为止。为了保证测量精度，基坑开挖前测读两次初始数据。测点具体布置位置详见下图1。图2 监测点平面布置图3.2 监测依据（1）杭州市武林门电器市场迁建工程基坑工程监测咨询合同；（2）杭州市武林门电器市场迁建工程基坑支护结构设计方案；（3）国标建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）；（4）省标建筑基坑工程技术规程（DB33/T1008-2000）；（5）其他相关规范及规程。3.3 监测说明3.3.1 监测频率在基坑开挖时，正常情况平均每一天监测两次，开挖期间如果变化速率较大时应按小时监测。如出现险情，则跟踪监测。基坑开挖至底部地下室地板混凝土浇捣完成且变形稳定后，可适当减少监测频度。实际测量频率根据前两次测量情况而定。当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标或观测值变化速率加快时，应加密观测。3.3.2 监测报警值该基坑变形预警值：基坑开挖支护过程中，连续每天（累计3天）变形速度大于3 mm/d；基坑开挖至坑底后，连续每天变形速度大于1 mm/d，或累计达到40 mm，应向有关各方报警，提出处理建议，以保证基坑安全。3.3.3 应急措施当基坑变形累计值及变形速率等指标达到预警值时，将增加监测频率，必要时，增加监测点的布置。同时及时通知设计方、委托方、监理及施工方，配合采取措施，防止发生安全事故。当监测项目已超过其警戒值时，必须迅速停止开挖，查明原因，对支护方案进行修改，待加固处理后方能进行下一步开挖，一般应急措施有：(1)快速原位回填土，保证警戒值不再增大；(2)放坡、卸土；(3)修改方案，进行加固。4 监测分析自2007年8月23日始，监测人员进场，由专业勘探队埋设深层土体水平位移监测孔（测斜孔）8只，埋设完毕后8月29日进行现场观测，各点第一次测试进行两次以上，确定初值。基坑采取分区开挖，地下室分区施工，测试也分区段测试。CX1, CX2号孔被车辆压坏，不能正常测试。在基坑开挖及工程建至0.0 m施工期间（2007.82007.11），依照监测方案以及基坑围护设计方案规定的频率进行监测，共进行55次监测，提供监测报告50期。由于数据较多，本文取具有代表性数据，各测斜管水平位移变化曲线见图3至图8所示：图3 *3 测斜孔位移变化曲线图4 *4 测斜孔位移变化曲线 2007年10月3日在CX3处测斜读数偏大，原因有二：一是2007年9月28日在CX3附近堆积了很多模板，二是CX3旁边0.5 m 处水笼头漏水，造成测斜管松动，读数变大。9月21日至25日，变化值高达11.14 mm，但之后变化稳定；9月17日至9月24日CX4测斜读数有较大跳动，跳动幅度将近5 mm，分析其原因，主要因为在CX4孔旁修建了塔基，造成土体扰动较大，读数也就随之较大跳动。 图6 *6 测斜孔位移变化曲线图5 *5 测斜孔位移变化曲线2007年9月18日CX5被模板覆盖，无法正常测试。图5显示CX5位移随深度呈近似线性关系，除了从8月31日到9月5日有较大幅度6.65 mm跳动外，其它没有出现大幅度数据跳动，读数稳定。相比图5，图6监测时间更长，8月30日至9月1日，变化3.731 mm，但之后变化小；CX6最大位移为9.611 5 mm发生在0.5 m处，也远没有达到报警值。图8 *8 测斜孔位移变化曲线 图7 *7 测斜孔位移变化曲线 9月2日、3日两天下雨，CX7读数变化明显。9月4日CX7处发生滑坡，后来进行放坡、加固措施，出现异常情况，致使此孔此后不能正常测试。9月2日、3日、4日CX7孔水平位移发展较快，超过2 mm/d，达7.64 mm。从9月7日开始监测CX8时，随着开挖的进行，处于各深度的水平位移呈近似线性变化，变化幅度小且稳定，而9月29日开始，在深度0.5 m至3 m范围内，位移读数突然增大，原因有二：一是因为在CX8周围堆积了很多砖石建筑材料；二是因为距离不到1 m处总是通过运输车辆，造成读数失真，受影响较大。在0.5 m左右处，位移多次超过警报值40 mm。从以上6附图可以看出：(1)基坑开挖过程情况正常，也发生过险情，9月2日、3日、4日CX7孔水平位移发展较快，超过2 mm/d，达7.64 mm；CX8孔多次达到预警值，均已经单独提出通知单。其余各孔总体情况基坑周围土体水平位移均较小，各孔的最大变形量如表2所示，最大变形量基本位于深度0.5 m左右，在安全范围内，且最终趋于稳定。(2)随着时间的增大，位移也基本处于增大状态。各阶段水平位移与时间变化规律有较大不同，开挖开始时，水平位移随深度变化成近似线性关系，之后成非线性关系，可近似理解为“弓型”或“括号弧型”。(3)深层土体水平位移对周边因素比较敏感，基坑开挖监测时，应尽量避免周围堆积砖石等建筑材料或车辆频繁通过等因素，以免数据失真，影响较大。表2 测斜孔的变形最大值孔号最大变形量/mm深度位置/m测试时间34567823.4613.2546.79.611 57.637 543.20.510.50.50.50.52007-10-142007-10-192007-09-212007-09-152007-09-032007-10-235 结论与建议 (1)为保证深层土体水平位移的监测准确性，必须从以下五方面考虑：钻孔倾斜度；测斜管埋深；填料；测斜管周围土层稳定时间及初始值；测斜仪探头稳定时间等。尽量减少人为误差，确保工程结果接近事实。(2)为更好地保证测斜管与土体之间变形的相互协调，可改变测斜管接口处的连接方法，变自攻螺丝固定为铰接连接，并缩短每节测斜管的管长，目前每节测管长有2 m和4 m两种，可增加为0.5 m, 1 m, 2 m, 4 m四种。选择管长较小且用铰接连接的测斜管对土体的反作用力或抵抗力大大减小,这极大地保证了测斜管与土体之间变形的相互协调。其它的改进办法有待进一步深入研究。(3)基坑开挖时，深层土体水平位移随深度变化成近似线性关系，之后成非线性关系，大多数研究将其近似理解为“弓型”，本文提出近似为“括号弧型”。(4)本基坑施工开挖对CX8处影响较大，这不仅仅与基坑CX8处地质条件较差有关，同时也与CX8测点距基坑边缘的距离以及周边环境有一定关系。(5)2007年9月18日CX5被模板覆盖，无法正常测试，监测应尽量避免被模板覆盖；深层土体水平位移对周边因素比较敏感，基坑开挖监测时，为免数据失真，建议尽量避免周围堆积砖石等建筑材料或车辆频繁通过等因素。(6)当监测项目已超过其警戒值时，必须迅速停止开挖，查明原因，采取应急措施。CX8在深度 0.5 m位移已超过报警值，通过及时通知设计方、委托方、监理及施工方，配合采取快速原位回填土等措施，有效控制了险情。参考文献：1 刘金龙, 朱建群, 王吉利等. 测斜仪在路基水平位移监测中的若干问题探讨J. 湖南科技大学学报:自然科学版, 2007, 22(3): 71-74.2 琚娟, 叶耀东, 王如路. SMW工法桩施工对深层土体水平位移影响试验研究J. 建筑技术, 2006, 37 (12): 903-905.3 顾培英, 吴亚忠, 邓昌. 基坑深层土体水平位移监测影响因素浅析J. 监测与分析, 2006, 10 (6): 76-78.4 姜忻良, 宗金辉, 孙良涛. 天津某深基坑工程施工监测及数值模拟分析J. 土木工程学报, 2007, 40(2): 79-82. 5 覃卫民,