基坑监测技术规范及监测方法技术.ppt

建筑基坑工程监测技术规范及监测方法技术 第一部分建筑基坑工程监测技术规范 GB50497 2009 1 总则2 术语3 基本规定4 监测项目5 监测点布置6 监测方法及精度要求7 监测频率8 监测报警9 信息处理及反馈 1 总则 1 0 1 为规范建筑基坑工程监测工作 保证监测质量 为信息化施工和优化设计提供依据 做到成果可靠 技术先进 经济合理 确保建筑基坑安全和保护基坑周边环境 制定本规范 在基坑工程实践中 基坑工程的实际工作状态与设计工况往往存在一定的差异 设计值还不能全面而准确地反映工程的各种变化 所以在理论分析指导下有计划地进行现场工程监测就显得十分必要 1 0 2 本规范适用于一般土及软土建筑基坑工程监测 不适用于岩石建筑基坑工程以及冻土 膨胀土 湿陷性黄土等特殊土和侵蚀性环境的建筑基坑工程监测 本条是规范适用范围的界定 本规范适用于建 构 筑物地下工程开挖形成的基坑以及基坑开挖影响范围內的建 构 筑物及各种设施 管线 道路等监测 1 0 3 建筑基坑工程监测应综合考虑基坑工程设计方案 建设场地的岩土工程条件 周边环境条件 施工方案等因素 制定合理的监测方案 精心组织和实施监测 影响基坑工程监测的因素很多 主要有 基坑工程设计与施工方案 岩土工程条件 邻近建 构 筑物 设施 管线 道路等的现状及使用状态 施工工期 气候条件 作业条件等 制定合理的监测方案 3 基本规定 3 0 1 开挖深度大于等于5m或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测 本条为强制性条文 本条是对建筑基坑工程监测实施范围的界定 周边环境较复杂的基坑是指基坑周边1 2倍基坑深度范围内存在地铁 共同沟 煤气管道 压力总水管 高压铁塔 历史文物 近代优秀建筑以及其他需要保护的建筑 3 0 2 基坑工程设计提出的对基坑工程监测的技术要求应包括监测项目 监测频率和监测报警值等 由设计方提出的监测要求 并非是一个很详尽的监测方案 详细的监测方案应由第三方监测单位编制 但监测的有些内容或指标应由设计方明确提出 例如 应该进行哪些监测项目的监测 监测频率和监测报警值是多少 只有这样 监测单位才能依据设计方的要以及有关规范的规定 编制出合理的监测方案 3 0 3 基坑工程施工前 应由建设方委托具备相应资质的第三方对基坑工程实施现场监测 监测单位应编制监测方案 监测方案须经建设方 设计方 监理方等认可 必要时还需与基坑周边环境涉及的有关管理单位协商一致后方可实施 建设单位是建设项目的第一责任主体 因此应由建设单位委托基坑工程监测 基坑工程监测对技术人员的专业水平要求较高 实施第三方监测有利于保证监测的客观性和公正性 一发生重大环境安全事故或社会纠纷时 监测结果是责任判定的重要依据 第三方监测并不取代施工单位自己开展的必要的施工监测 3 0 4 监测工作宜按下列步骤进行 1接受委托 2现场踏勘 收集资料 3制定监测方案 4监测点设置与验收 设备 仪器校验和元器件标定 5现场监测 6监测数据的处理 分析及信息反馈 7提交阶段性监测结果和报告 8现场监测工作结束后 提交完整的监测资料 3 0 6 监测方案应包括下列内容 工程概况 建设场地岩土工程条件及基坑周边环境状况 监测目的和依据 监测内容及项目 基准点 监测点的布设与保护 监测方法及精度 监测期和监测频率 监测报警及异常情况下的监测措施 监测数据处理与信息反馈 监测人员的配备 监测仪器设备及检定要求 监测作业安全及其他管理制度 3 0 7 下列基坑工程的监测方案应进行专门论证 1地质和环境条件复杂的基坑工程 2邻近重要建筑和管线 以及历史文物 优秀近现代建筑 地铁 隧道等破坏后果很严重的基坑工程 3已发生严重事故 重新组织施工的基坑工程 4采用新技术 新工艺 新材料 新设备的一 二级基坑工程 5其他需要论证的基坑工程 3 0 8 监测单位应严格实施监测方案 当基坑工程设计或施工有重大变更时 监测单位应与建设方及相关单位研究并及时调整监测方案 3 0 9 监测单位应及时处理 分析监测数据 并将监测结果和评价及时向建设方相关单位作信息反馈 当监测数据达到监测报警值时必须立即通报建设方及相关单位 4 监测项目 4 1 1 基坑工程的现场监测应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法 仪器监测可以取得定量的数据 进行定量分析 目测为主的巡视检查更加及时 可以起到定性 补充的作用 从而避免片面地分析和处理问题 对一级或二级基坑则应强调以仪器监测为主 4 1 2 基坑工程现场监测的对象包括 1支护结构 2地下水状况 3基坑底部及周边土体 4周边建筑 5周边管线及设施 6周边重要的道路 7其他应监测的对象 4 1 1 基坑工程的监测项目应与基坑工程设计方案 施工方案相匹配 应抓住关键部位 做到重点观测 项目配套 形成有效的 完整的监测系统 基坑工程监测又是一个系统 系统内的各项目监测有着必然的 内在的联系 必须形成一个有效的 完整的 与设计 施工工况相适应的监测系统并跟踪监测 才能提供完整 系统的测试数据和资料 才能通过监测项目之间的内在联系做出准确 分析 判断 4 2 1 基坑工程仪器监测项目应根据表4 2 1进行选择 表4 2 1建筑基坑工程仪器监测项目表 基坑工程现场监测项目的选择与基坑工程等级有关 4 3 2 基坑工程巡视检查应包括以下主要内容 1支护结构 1 支护结构成型质量 2 冠梁 支撑 围檩有无裂缝出现 3 支撑 立柱有无较大变形 4 止水帷幕有无开裂 渗漏 5 墙后土体有无沉陷 裂缝及滑移 6 基坑有无涌土 流砂 管涌 2施工工况 1 开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异 2 基坑开挖分段长度及分层厚度是否与设计要求一致 有无超长 超深开挖 3 场地地表水 地下水排放状况是否正常 基坑降水 回灌设施是否运转正常 4 基坑周围地面堆载情况 有无超堆荷载 3基坑周边环境 1 地下管道有无破损 泄露情况 2 周边建 构 筑物有无裂缝出现 3 周边道路 地面 有无裂缝 沉陷 4 邻近基坑及建 构 筑物的施工情况 4监测设施 1 基准点 测点完好状况 2 有无影响观测工作的障碍物 3 监测元件的完好及保护情况 5根据设计要求或当地经验确定的其他巡视检查内容 5 监测点布置 5 1 1 基坑工程监测点的布置应能反映监测对象的实际状态及其变化趋势 监测应布置在内力及变形关键特征点上 并应满足监控要求 监测点的布置首先要满足对监测对象监控的要求 但监测点的数量直接影响监测费用 保证对监测对象的状况做出准确地判断 在监测对象内力和变形变化大的代表性部位及周边环境重点监护部位 监测点应适当加密 以便更加准确地反映监测对象的受力和变形特征 5 1 2 基坑工程监测点的布置应不妨碍监测对象的正常工作 并应减少对施工作业的不利影响 管线的观测点布设不能影响管线的正常使用和安全 在满足监控要求的前提下 应尽量减少在材料运输 堆放和作业密集区埋设的测点 以减少对施工作业产生的不利影响 同时也可以避免测点遭到破坏 提高测点的成活率 5 1 3 监测标志应稳固 明显 结构合理 监测点的位置应避开障碍物 便于观测 5 2 1 围护墙或基坑边坡顶部的水平和竖向位移监测点应沿基坑周边布置 周边中部 阳角处应布置监测点 监测点水平间距不宜大于20m 每边监测点数目不宜少于3个 水平和竖向位移监测点宜为共用点 监测点宜设置在围护墙顶或基坑坡顶上 5 2基坑及支护结构 观测点设置在基坑边坡混凝土护顶或围护墙顶 冠梁 上 有利于观测点的保护和提高观测精度 5 2 2 围护墙或土体深层水平位移监测点宜布置在基坑周边的中部 阳角处及有代表性的部位 监测点水平间距宜为20 50m 每边监测点数目不应少于1个 用测斜仪观测深层水平位移时 当测斜管埋设在围护墙体内 测斜管长度不宜小于围护墙的深度 当测斜管埋设在土体中 测斜管长度不宜小于基坑开挖深度的1 5倍 并应大于围护墙的深度 以测斜管底为固定起算点时 管底应嵌入到稳定的土体中 对于一级 二级基坑 深层水平位移是一项很重要的监测项目 很多支护形式基坑水平位移的最大值并不发生在坑顶 因此仅仅观测坑顶的水平位移是不安全的 沿基坑围护墙或土体竖向布置测斜管观测不同深度的水平位移是十分必要的 监测孔应布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置 一般情况下基坑每侧中部 阳角处的变形较大 因此该处宜设监测孔 测斜仪测出的是相对位移 若以测斜管底端为固定起算点 基准点 应保持管底端不动 否则就无法准确推算各点的水平位移 所以要求测斜管管底嵌入到稳定的土体中 5 2 3 围护墙内力监测点应布置在受力 变形较大且有代表性的部位 监测点数量和水平间距视具体情况而定 竖直方向监测点应布置在弯矩极值处 竖向间距宜为2m 4m 布置在围护墙出现弯矩极值的部位 平面上宜选择在围护墙相邻两支撑跨中部位 开挖深度较大以及地面堆载较大的部位 竖直方向 监测断面 上监测点宜布置支撑处和相邻两层支撑的中间部位 间距宜为2 4m 5 2 4 支撑内力监测点的布置应符合下列要求 监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用的杆件上 每层支撑的内力监测点不应少于3个 各层支撑的监测点位置宜在竖向保持一致 钢支撑的监测截面宜选择在两支点间1 3部位或支撑的端头 混凝土支撑的监测面宜选择在两支点间1 3部位 并避开节点位置 每个监测点截面内传感器則设置数量及布置应满足不同传感器测试要求 5 2 5 立柱的竖向位移监测点宜布置在基坑中部 多根支撑交汇处 地质条件复杂处的立柱上 监测点不应少于立柱总根数的5 逆作法施工的基坑不应少于10 且不应少于3根 立柱的内力监测点宜布置在受力较大的立柱上 位置宜设在坑底以上各层立柱下部的1 3部位 立柱沉降2 3cm 支撑轴力会增大约1倍 因此对于支撑体系应加强立柱的位移监测 立柱内力截面应选择在轴力较大杆件上受剪力影响小的部位 因此本条规定当采用应力计和应变计测试时 监测截面宜选择在坑底以上各层立柱下部的1 3部位 5 2 6 锚杆的内力监测点应选择在受力较大且有代表性的位置 基坑每边中部 阳角处和地质条件复杂的区段宜布置监测点 每层锚杆的内力监测点数量应为该层锚杆总的l 3 并不应少于3根 各层监测点位置在竖向上宜保持一致 每根杆体上的测试点宜设置在锚头附近和受力有代表性的位置 5 2 7 土钉的内力监测点应选择在受力较大且有代表性的位置 基坑每边中部 角处和地质条件复杂的区段宜布置监测点 监测点数量和间距应视具体情况而定 各层测点位置宜在竖向保持一致 每根土钉杆体上的测试点应设置在受力有代表性的位置 5 2 8 坑底隆起 回弹 监测点应符符合下列要求 监测点宜按纵向或横向剖面布置 剖面宜选择在基坑的中央以及其他能反映变形特征的位置 剖面数量不应少于2个 同一剖面上监测点横向间距宜为10 30m 数量不应少于3个 5 2 9 围护墙侧向土压力监测点的布置应符合下列要求 监测点应布置在受力 土质条件变化较大或其他有代表性的部位 平面布置上基坑每边不宜少于2个监测点 竖向布置上监测点间距宜为2m 5m 下部宜加密 当按土层分布情况布设时 每层应至少布设1个测点 且宜布置在各层土的中部 在平面上宜与深层水平位移间可以相互验证 便于对监测项目的综合分析 5 2 10 孔隙水压力监测点宜布置在基坑受力 变形较大或有代表性的部位 竖向布置上监测点宜在水压力变化影响深度范围内按土层分布情况布设 竖向间距宜为2m 5m 数量不宜少于3个 孔隙水压力的变化是地层位移的前兆 对控制打桩 沉井 基坑开挖 隧道开挖等引起的地层位移起到十分重要的作用 5 2 11 地下水位监测点的布置应符合下列要求 基坑内地下水位当采用深井降水时 水位监测点宜布置在基坑中央和两相邻降水井的中间部位 当采用轻型井点 喷射井点降水时 水位监测点宜布置在基坑中央和周边拐角处 监测点数量应视具体情况确定 基坑外地下水位监测点应沿基坑 被保护对象的周边或在基坑与被保护对象之间布置 监测点间距宜为20 50m 相邻建筑 重要的管线或管线密集处应布置水位监测点 当有止水帷幕时 宜布置在止水帷幕的外侧约2m处 水位观测管的管底埋置深度应在最低设计水位或最低允许地下水位之下3 5m 承压水水位监测管的滤管应埋置在所测的承压含水层中 回灌井点观测井应设置在回灌井点与被保护对象之间 5 3 1 从基坑边缘以外1 3倍基坑开挖深度范围内需要保护的周边环境应作为监测对象 必要时尚应扩大监测范围 例如在粉质黏土中 如果止水帷幕埋深没有达到不透水层 降水期过长 基坑周边土体变形影响范围较广 5 3基坑周边环境 5 3 3 建筑竖向位移监测点布置应符合下列要求 建筑四角 沿外墙每10 15m处或每隔2 3根柱基上 且每侧不少于3个监测点 不同地基或基础的分界处 不同结构的分界处 变形缝 抗震缝或严重开裂处的两侧新 旧建筑或高 低建筑交接处的两侧 高耸构筑物基础轴线的对称部位 每一构筑物不应少于4点 5 3 4 建筑水平位移监测点应布置在建筑的外墙墙角 外墙中中间部位的墙上或柱上 裂缝两侧以及其他有代表性的部位 监测点间距视具体情况而定 一侧墙体的监测点不宜少于3点 5 3 5 建筑倾斜监测点应符合下列要求 监测点宜布置在建筑角点 变形缝两侧的承重柱或墙上 监测点应沿主体顶部 底部上下对应布设 上 下监测点应布置在同一竖直线上 当由基础的差异沉降推算建筑倾斜时 监测点的布置应符合本规范第5 3 3条的规定 5 3 6 建筑裂缝 地表裂缝监测点应选择有代表性的裂缝进行布置 当原有裂缝增大或出现新裂缝时 应及时增设监测点 对需要观测的裂缝 每条裂缝的监测点至少应设2个 且宜设置在裂缝的最宽处及裂缝末端 5 3 7 管线监测点的布置应符合下列要求 应根据管线修建年份 类型 材料 尺寸及现状等情况 确定监测点设设置 监测点宜布置在管线的节点 转角点和变形曲率率较大的部位 监测点平监测点平面间距宜为15 25m 并宜延伸至基坑边缘以外1 3倍基坑开挖深度范围内的管线 供水 煤气 暖气等压力管线宜设置直接监测点 在无法埋设直接监测点的部位 可设置间接监测点 5 3 8 基坑周边地表竖向位移监测点宜按监测剖面设在坑边中部或其他有代表性的部位 监测剖面应与坑边垂直 数量视具体情况确定 每个监测剖面上的监测点数量不宜少于5个 5 3 9 土体分层竖向位移监测孔应布置在靠近被保护对象且有代表性的部位 数量应视具体情况确定 在竖向布置上测点宜设置在各层土的界面上 也可等间距设置 测点深度 测点数量应视具体情况确定 6 监测方法及精度要求 6 1 2 变形监测基准点和工作基点的布设应符合下列要求 每个基坑工程至少应有3个稳定 可靠的点作为基准点 工作基点应选在相对稳定和方便使用的位置 在通视条件良好 距离较近 观测项目较少的情况下 可直接将基准点作为工作基点 监测期间 应定期检查工作基点和基准点的稳定性 6 1 3 监测仪器 设备和元件应满足观测精度和量程的要求 具有良好的稳定性和可靠性 应经过校准或标定 且校核记录和标定资料齐全 并应在规定的校准有期内使用 监测过程中应定期进行监测仪器 设备的维护保养 检测以及监测元件的检查 6 1 4 对同一监测项目 监测时宜符合下列要求 采用相同的观测方法和观测路线 使用同一监测仪器和设备 固定观测人员 在基本相同的环境和条件下工作 将监测中的系统误差减到最小或相对固定 以达到提高监测精度的目的 6 1 5 监测项目初始值应在相关施工工序之前测定 并取至少连续观测3次的稳定值的平均值 6 2 2 水平位移监测基准点的埋设应按现行标准 建筑变形测量规范 JGJ8执行 宜设置有强制对中的观测墩 并宜采用精密的光学对中装置 对中误差不宜大于0 5mm 强制对中装置宜选择防锈的铜质材料 并采用防护装置进行保护 当采用强制对中观测墩时 周围2m内严禁堆积杂物 以免碰到观测墩 并需要定期检查 维护 6 4 2 测斜仪的系统精度不宜低于0 25mm m 分辨率不宜低于 0 02mm 500mm 6 4 3 测斜管应在基坑开挖1周前埋设 埋设时应符合下列要求 1埋设前应检查测斜管质量 测斜管连接时应保证上 下管段的导槽相互对准 顺畅 各段接头及管底应保证密封 2测斜管埋设时应保持竖直 防止发生上浮 断裂 扭转 测斜管一对导槽的方向与所需测量的位移方向保持一致 3当采用钻孔法埋设时 测斜管与钻孔之间的孔隙应填充密实 7 0 2 基坑工程监测工作应贯穿于基坑工程和地下工程施工全过程 监测工作应从基坑施工前开始 直至地下工程完成为止 对有特殊要求的基坑周边环境的监测应根据需要延续至变形趋于稳定后才能结束 7 0 3 监测项目的监测频率应综合考虑基坑类别 基坑及地下工程的不同施工阶段以及周边环境 自然条件的变化和当地经验而确定 当监测值相对稳定时 可适当降低监测频率 对于应测项目 在无数据异常和事故征兆的情况下 开挖后仪器监测频率可按表7 O 3确定 7 0 4 当出现下列情况之一时 应加强监测 提高监测频率 监测数据达到报警值 监测数据变化较大或者速率加快 存在勘察未发现的不良地质 超深 超长开挖或未及时加撑等未按设计工况施工 基坑及周边大量积水 长时间连续降雨 市政管道出现泄漏 基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值 支护结构出现开裂 边地面突发较大沉降或出现严重开裂 邻近建筑突发较大沉降 不均匀沉降或出现严重开裂 坑底部 侧壁出现管涌 渗漏或流砂等现象 坑工程发生事故后重新组织施工 出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况 8 监测报警 8 0 1 基坑工程监测必须确定监测报警值 监测报警值应满足基坑工程设计 地下主体设计以及周边环境中被保护对象的控制要求 监测报警值应由基坑工程设计方确定 监测报警是建筑基坑工程实施监测的目的之一 是预防基坑工程事故发生 确保基坑及周边环境安全全的重要措施 监测报警值是监测工作的实施前提 是监测期间对基坑工程正常 异常和危险三种状态进行判断的重要依据 因此基坑工程监测必须确定监测报警值 监测报警值应由基坑工程设计方根据基坑工程的设计计算结果 周边环境中被保护对象的控制要求等确定 8 0 3 基坑工程监测报警值应以监测项目的累计变化量和变化速率值两个值控制 正常是指基坑的受力和变形均在设计安全范围内 异常是指监测对象受力或变形呈现出不符合一般规律的状态 危险则是指监测对象的受力或变形呈现出低于结构安全储备 可能发生破坏的状态 累计变化量反映的是监测对象即时状态与危险状态的关系 而变化速率反映的是监测对象发展变化的快慢 过大的变化速率 往往是突发事故的先兆 8 0 4 基坑及支护结构监测报警值应根据土质特征 设计结果及当地经验等因素确定 当无当地经验时 可按表8 0 4采用 8 0 5 周边环境监测报警值的限值应根据主管部门的要求确定 如无具体规定 可按8 O 5采用 第二部分 监测方法技术 一 垂直位移测量二 水平位移测量三 倾斜测量四 裂缝观测五 深层水平位移六 围护体系内力七 孔隙水压力八 土压力九 地下水位十 分层沉降 坑底隆起 一 垂直位移测量 1 监测项目 地表 围护墙顶 坑内立柱 管线 建筑物 防汛墙 高架立柱 地铁隧道等构筑物等需要监测垂直位移 2 仪器 水准仪 连通管 静力水准仪 测量相对变化 全站仪 三角高程 比较少 3 原理方法 水准路线的分类 附合水准路线 从一个已知高程的水准点 BM1 起 沿一条路线进行水准测量 以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程 最后连测到另一个已知高程的水准点 BM2 称为附合水准路线 如下图所示 支水准路线 从一个已知高程的水准点起 沿一条路线进行水准测量 以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程 最后不连测到任何已知高程的水准点称为支水准路线 为了对测量成果进行检核 并提高成果的精度 单一水准支线必须进行往返测量 闭合准路线 从一个已知高程的水准点 BM1 起 沿一条环形路线进行水准测量 测定沿线一些水准点或垂直位移监测点的高程 最后又回到水准点 BM1 称为闭合水准路线 如图所示 水准路线的拟定 日常监测中 应采用附合水准路线或闭合水准路线 没有任何规范中规定变形观测采用支水准路线观测 二 水平位移测量 1 视准线法 以两固定点间经纬仪的视线作为基准线 测量监测点到基准线的距离 确定偏移量的测量方法 2 小角度法 在测站上测量测站点至监测点的距离及固定方向与监测点方向间的夹角 以确定位移矢量的方法 每次测量夹角的变化 夹角变化量与距离的乘积即位移量 三 倾斜测量 建筑物 构筑物的倾斜监测的方法有两种 一是直接测定建筑物的倾斜 二是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜 直接测定建筑物的倾斜 应测定建筑物顶部相对于底部或各层间相对于下层的水平位移与高差 分别计算整体或分层的倾斜度 倾斜方向以及倾斜速度 四 裂缝观测 基坑周边建 构 筑物的裂缝往往由不均匀沉降产生 对基坑周边建 构 筑物的裂缝观测与沉降观测同步进行 以便于综合分析 及时采取措施 确保构筑物安全 裂缝观测主要包括测定建筑物上的裂缝分布位置 裂缝走向 长度 宽度及其化程度 裂缝观测包括 周边建构筑物的裂缝 地表裂缝 围护结构裂缝 裂缝观测是基坑巡视中的重要且直观的项目之一 裂缝监测如下图所示 在监测裂缝中部的两侧各粘贴一块金属不锈钢板 钢板中心钻一小圆孔 埋设时圆孔连线方向垂直于裂缝 裂缝宽度 同时在裂缝的两端也各作一个标记 以观测裂缝的开展情况 裂缝长度 也可以采用在裂缝两端设置石膏薄片 使其与裂缝两侧牢固粘结 当裂缝裂开或加大时 石膏片也裂开 监测时可测定其裂缝的大小和变化 围护结构裂缝观测围护结构裂缝观测是基坑巡视较为关键的内容之一 主要对观测如下几方面 1 冠梁 支撑 围檩目测是否有明显裂缝 如果有明显裂缝的 需对其进行裂缝跟踪观测 2 止水帷幕是否开裂 渗漏 3 墙后土体的裂缝 基坑开挖取土后 围护结构会产生变形 通常会出现围护墙与墙后土体脱开的情况 出现新的裂缝 五 深层水平位移监测 一 测斜仪系统简介 1 测斜仪是通过测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角变化量 来监测围护墙体 土体深层侧向位移的高精度仪器 2 测斜仪分为固定式和活动式两种 按与垂线夹角监测范围不同又分为垂直向测斜仪和水平向测斜仪 固定式是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上 活动式即先埋设带导槽的测斜管 间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动测定斜度变化 计算水平位移 3 按传感器型式分类 可细分为滑动电阻式 电阻应变片式 振弦式及伺服加速度计式四种 4 活动式测斜仪系统组成 由探头 测读仪 电缆和测斜管四部分组成 1 探头 装有重力式测斜传感器 2 测读仪 测读仪是二次仪表 需和探头配套使用 3 电缆 连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用 同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离 4 测斜管 测斜管一般由塑料管或铝合金管制成 常用直径为50 75mm 长度每节2 4m 测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽 测量时 测头导轮在导槽内可上下自由滑动 5 主要测斜仪 美国Geokon 603测斜仪 美国Geokon公司生产 Geokon 603读数仪 配6000系列探头 能自动记录观测数据 系统总量程为 53 系统精度 6mm 30m 灵敏度 10弧秒 0 05mm m SINCO测斜仪 电缆和读数仪 美国SINCO测斜仪 能自动记录观测数据 测量范围 垂直方向 53 精度 0 02mm 每500mm 重复性 0 003 工作温度范围 20 50 重量 1 8公斤 北京航天CX 06A测斜仪 北京航天测斜仪 能自动记录观测数据 传感器分辨率 0 02mm 8 系统总精度 4mm 15m测量范围 50 数字显示 4 5位测量电缆 9 5mm六芯导线导轮间距 500mm 测斜用PVC高精度测斜管 ABS 铝合金高精度测斜管 二 深层侧向位移 测斜 原理 1 结构原理1 1 电阻应变片式测斜仪 探头内有一青铜弹簧片做的下挂摆锤 弹簧片两侧各贴两片电阻应变片 构成差动可变阻式传感器 使之在弹性极限内探头的倾角与电阻应变读数呈线性关系 代表仪器 葛南测斜仪优点 产品价格便宜缺点 量程有限 耐用时间不长 1 2 伺服加速度计式测斜仪 探头内有一个受重力作用的摆锤 并布置有力平衡伺服加速度计 其内部的位置传感器可以探测摆锤的位置 并且提供足够的恢复力使摆块回到其铅直零位置 此恢复力的大小可转变成电信号输出 在读数仪上显示为倾斜量的测量 代表仪器 基康603 SINCO测斜仪 两个加速度计 北京航天部CX 06测斜仪 一个加速度计 优点 精度高 量程大和可靠性好缺点 抗震性能较差 激震时传感器容易损坏 2 计算原理 基坑监测时 一般只考虑垂直于围护体的方向 即X X 方向 需连续测二次来消除力平衡伺服加速度仪零漂的影响 一测回 每点水平偏移量是通过计算上部滑轮组相对于下部滑轮组所产生的倾角 乘以观测读数间距 L 和相应的系数得到 总水平偏移量是将每点的水平偏移量进行累加获到 该偏移曲线为一条连续的曲线 也就是说只要确定了一个基准点 整条曲线的位置就能确定下来 三 测斜操作方法和注意事项 1 测斜测读方法1 测斜管口应可靠固定 并做好水平位移测点的标记 每次测斜前 先用测量方法测读管口水平位移 以这个读数作为测斜的基准读数 2 每次测读前 应将测斜传感器放在管底停置几分钟 使得传感器的温度与管内的水温一致 最下面一点的位置应是从管口向下n倍传感器滑轮中心距 3 从下而上 每提一个滑轮中心距就读一次数 直到管口 每个深度的读数同时记录X Y互相垂直的二个方向的读数 4 将传感器探头旋转180度 重复3步操作 完成一个测回 可以进行多个测回读数 检查多次重复读数的误差 取平均值作为测量结果 1 每测孔第一次测试前应定义一个正方向 基坑监测中以朝基坑方向位移作为正方向 即A0或X 一般测斜仪探头向高轮方向倾斜数据显示为正值 因此可以高轮方向作为正方向 2 每个工程开始前 应对测斜仪进行全面维修保养 检查导轮 弹簧等是否需要更换 尽可能避免中途更换仪器 2 操作中的注意事项 3 测斜仪探头内加速度计比较容易损坏 使用过程中一定注意要小心轻放 在工地现场测试过程和使用间隙 测试人员一定不能离开仪器 绝不可将仪器随意放置在路边等处 4 测斜仪探头和电缆联接时应检查定位槽和O型圈 小心仔细连接电缆和探头 要保持插头和插座成一直线 避免硬插将插针折弯或折断 四 几点重要提示 水平位移要作为重点项目进行观测 并以此修正测斜曲线顶部位移 要与测斜管同点 要相信测斜数据 测斜仪在仪器状况良好时反推孔口位移 精度在1 2mm以内是绝对有保证的 监测要与施工工况相结合 数据分析要与人工巡视相结合 发现施工与设计工况不符时 及时在监测意见提出合理建议 把握测点埋设的时间 注意测点的时效性 可靠性 测斜管应尽可能紧贴围护墙布置 密切注意围护墙端部的变形 孔底不应采用归零计算 测斜管测点被埋 被压在报告中予以注明 测点布置图与实际布点相一致 应同等重视最大变形量和变形速率这两个指标 数据变化较大 有危险征兆时要及时签发报警备忘录 工程联系单 并签收 不利环境 恶劣天气的监测工作不能放松 需要重视的围护形式 采用钢板桩 厚度600的地墙 土钉墙 重力坝等围护的工程要特别小心 这种围护形式因为刚度小 整体性差 柔度大 施工质量得不到保证 开挖速度快或超挖 隔水性差 位移变形发展迅速等多方面原因 令人防不胜防 开挖前期掌握变形发展规律 监测频率要视变形发展而定 六 围护体系内力 1 监测项目主要包括支撑内力 锚杆拉力 围护墙内力 围檩内力 立柱内力等 支撑内力 锚杆拉力为板式围护体系一 二级监测等级必测项目 三级监测等级选测项目 围护墙内力 围檩内力为板式围护体系一级监测等级必测项目 二级监测等级选测项目 立柱内力为板式围护体系一 二级监测等级选测项目 主要用于逆作法施工 一 围护体系内力 支撑轴力 地墙内力 锚索拉力 立柱内力 2 仪器和设备钢弦式传感器基本原理 钢弦式传感器测定的参数为钢弦的自振频率 钢弦的自振频率取决于钢弦的长度 钢弦材料的密度和钢弦所受的内应力 关系式 传感器的激振由一个电磁线圈 磁芯 来完成 2 仪器和设备钢弦式传感器基本原理 钢弦张力与自振频率的平方差呈正比关系 计算公式 式中 待测物理量 与待测物理量相匹配的标定系数 测试频率 Hz 初始频率 Hz 根据预先标定的频率 应力曲线或频率 应变曲线即可换算出所需测定的压力值或变形值 2 仪器和设备测读设备 频率仪注意 由于频率仪在测试时会发出很高的脉冲电流 所以在测试时操作者必须使测试接头保持干燥 并使接头处的两根导线相互分开 不要有任何接触 不然会影响测试结果 2 仪器和设备2 1钢筋应力计用于测量钢筋混凝土构件内的钢筋应力 2 1钢筋应力计 原理 钢筋的变形 即应变 使两端圆盘相对移动 这样就改变了张力 用电磁线圈激振钢弦 通过监测钢弦的频率求钢筋的变形 钢筋应力计的率定报告 2 2应变计埋入式应变计埋入式应变计可在混凝土结构浇筑时 直接埋入混凝土中用于地下工程的长期应变测量 埋入式应变计的两端有两个不锈钢圆盘 圆盘之间用柔性的铝合金波纹管连接 中间放置一根张拉好的钢弦 将应变计埋入混凝土内 混凝土的变形 即应变 使两端圆盘相对移动 这样就改变了张力 用电磁线圈激振钢弦 通过监测钢弦的频率求混凝土的变形 2 2应变计表面应变计基坑监测中主要安装在钢支撑表面 用于钢支撑受力后的应变测量 表面应变计由两块安装钢支座 微振线圈 电缆组件和应变杆组成 安装时使用一个定位托架 用电弧焊将两端的安装钢支座焊 或安装 在待测结构的表面 2 3轴力计在基坑工程中轴力计主要用于测量钢支撑的轴力 轴力计的外壳是一个经过热处理的高强度钢筒 在筒内装有应变计 用来测读作用在钢筒上的荷载 轴力计可直接监测支撑轴力表面应变计则是通过量测到的应变再计算支撑轴力钢筋应力计则通过钢筋和混凝土应变协调的假定来换算支撑轴力 采用轴力计测试钢支撑注意事项 1 钢支撑轴力采用轴力计测试时 安装前须确定要预留的尺寸 并及时与有关单位协商以便在支撑制作时予以考虑 2 在没有确保支撑稳定措施情况下 钢支撑不应使用钢弦式轴力计 在受力方向易发生偏心的角撑等位置 也不易使用钢弦式轴力计 3 将轴力计圆形钢筒安装架上没有开槽的一端面与支撑固定端断面钢板焊接牢固 电焊时安装架必须与钢支撑中心轴线与安装中心点对齐 轴向受力 4 在轴力计与墙体 或围檩 间插入一块250mm 250mm 25mm钢板 防止钢支撑受力后轴力计陷入墙体 或围檩 内 造成测值不准等情况发生 5 注意测点处所选择的轴力计量程应与设计值相匹配 钢支撑 采用轴力计 钢支撑 采用应变计 1 应变计的布置应在预应力施加前安装 初读数测定时应等支架充分冷却 如预应力已施加 报表中必须注明支撑轴力数据反映的是钢支撑预应力施加后受力的变化量 2 安装架焊接在钢支撑表面后 将应变计平稳 自由状态下推入 不要弯曲和扭转 安装架 应变计的安装均应保持与支撑轴线平行 拧紧螺钉时应注意合理控制应变计的频率 应变计的安装位置应尽可能选择在宜于保护的部位 3 基本概念3 1应力 应变及弹性模量应力 单位面积所受的 轴向 压力或拉力值 单位 N m2 Pa N A应变 单位长度上的拉伸或缩短量 单位 无量纲 l l假设 混凝土轴向应力与应变关系是线性的 即钢筋 混凝土是弹性的 产生单位应变所需的应力即为弹性模量EE 杆件的轴向受力 N A E A 4 计算公式4 1 混凝土支撑轴力假设钢筋混凝土变形协调 c s基本公式 N Nc Ns Ac c As s Ac Ec c As Es s Ac Ec As Es Es Ac Ec Es As js Ac Ec Es As 钢弹模 HRD335取200GPa 2 105N mm2 砼弹模 C30时取30GPa 3 104N mm2 4 2 钢支撑轴力轴力计F k fi2 f02 表面应变计 F K fi2 f02 S E式中 F为支撑轴力 kN 计算结果精确至1kN fi为应变计的本次读数 Hz f0为应变计的初始读数 Hz K为应变计的标定系数 kpa Hz2 S为钢支撑截面积 m2 E为钢弹模 HRD335取200GPa 2 105N mm2 钢筋轴力计算表 6 几个需注意的问题问题 1 每年高温期支撑轴力要超设计报警值 有时要超设计值的两倍甚至更多 2 钢筋应力计安装时没有置换原钢筋主筋 钢筋混凝土支撑 解释 问题一 1 支撑如果是在气温较低的冬天形成的 在开挖过程中气温上升 会引起支撑结构的热胀效应 如气温增长30度可能会引起20 至30 的内力增加 2 混凝土变形有两类 一类是荷载作用下的受力变形 包括一次短期加荷时的变形 多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形 另一类是体积变形 包括收缩 膨胀和温度变形 钢筋混凝土固结过程时会产生缩收缩 使得钢筋受压 混凝土受拉 3 钢筋的弹模基本上是固定的 而混凝土的弹模在凝固和受力过程中是变化的 4 前提条件只是一种理想状态下的假定 混凝土支撑受力后其徐变就已经发生了 混凝土的徐变能使钢筋混凝土结构中混凝土应力与钢筋应力引起重新分布 就好比混凝土变 软 了 导致了混凝土应力的降低与钢筋应力的增大 而我们是通过测试钢筋的受力来换算整个截面的受力 这里有一个 以点概面 的问题 5 影响徐变的因素很多 温度 湿度 龄期 加荷量 加荷时间甚至水灰比 骨料对徐变均会有影响 因此徐变的精确计算相当困难 这方面权威性的资料相当少 6 鉴于目前的科技水平与检测技术 支撑轴力只能根据传感器实测频率进行换算 非荷载因素对混凝土轴力的影响不可能有很精确计算 钢筋混凝土支撑 钢筋混凝土支撑 钢筋混凝土支撑 建议 问题一 1 合理选择确定初始值的时间 建议在混凝土浇筑后第二天就采集数据 对数据变化作综合分析 2 在同一截面上同时安装钢筋应力计 混凝土应变计及无应力计进行比对测试 问题二 1 应采用等直径的钢筋应力计置换原支撑内的主筋 如确有困难 采用埋设法安装时要用加长的钢筋应力计的拉杆 达到钢筋绑扎法锚固力的要求 注意计算公式中钢筋应力计应按实际面积计算 7 围护墙内力监测点布置 围护墙内力监测点应布置在受力 变形较大且有代表性的部位 监测点数量和水平间视具体情况而定 平面上宜选择在围护墙相邻两支撑的跨中部位 开挖深度较大以及地面堆载较大大的部位 竖直方向监测点应布置在弯矩极值处 且宜布置支撑处和相邻两层支撑的中间部位 间距宜为2m 4m 且应考虑如下因素 计算的最大弯矩所在的位置和反弯点位置 各土层的分界面 结构变截面或配筋率改变的截面位置 结构内支撑及拟锚索所在位置 振弦式钢筋计与结构主筋轴心对焊 由于主钢筋多沿混凝土结构截面周边分布 所以一般情况下 应上下或左右对称布置一对钢筋计 或在4个角处布置4个钢筋计 方形截面 8 支撑内力测点布置 1 监测点宜布置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用的杆件上 2 每道支撑内力监测点不应少于3个 并且各层支撑的监测点位置宜在竖向保持一致 3 每个监测点截面内传感器的设置数量及布置应满足不同传感器测试要求 为了能真实反映出支撑杆件的受力状况 测试断面内一般配置4个钢筋计 4 钢支撑的监测截面宜选择在两支点间1 3部位或支撑的端头 且传感器要对称布设 要上下或者左右对称 防止出现偏心 混凝土支撑的监测截面宜选择在两支点问1 3部位 并避开节点位置 5 轴力监测断面应布设在支撑的跨中部位 对监测轴力的重要支撑 宜同时监测其两端和中部的沉降和位移 9 立柱内力测点布置 立柱的内力监测点宜布置在受力较大的立柱上 位置宜设在坑底以上各层立柱下部的1 3部位 七 孔隙水压力 一 基本内容主要用于堆载预压的施工速率控制 沉桩施工及基坑开挖等施工项目中 静态孔隙水压力监测相当于水位监测 潜水层的静态孔隙水压力测出的是孔隙水压力计上方的水头压力 可以通过换算计算出水位高度 微承压水和承压水层 孔隙水压力计可以测出水的压力 结合土压力监测 量测结果可应用于固结度计算及进行土体有效应力分析 作为土体稳定计算的依据 不同深度孔隙水压力监测可以为围护墙后水 土压力分算提供设计依据 孔隙水压力监测为重力式围护体系一 二级监测等级 板式围护体系一级监测等级选测项目 二 仪器 设备简介1 孔隙水压力计 种类 钢弦式 水管式 电阻应变式 气压式等 工作原理 孔隙水压力计由两部分组成 第一部分为滤头 由透水石 开孔钢管组成 主要起隔断土压的作用 第二部分为传感部分 土孔隙中的有压水通过透水石汇集到承压腔 作用于承压膜片上 膜片中心产生扰曲引起钢弦应力发生变化 钢弦的自振频率随之发生变化 2 测试仪器 设备频率计 孔隙水压力计的率定报告 三 孔隙水压力计安装1 安装前的准备将孔隙水压力计前端的透水石和开孔钢管卸下 放入盛水容器中热泡 以快速排除透水石中的气泡 然后浸泡透水石至饱和 安装前透水石应始终浸泡在水中 严禁与空气接触 2 钻孔埋设孔隙水压力计埋设是一项技术性很强的工作 各个环节都要认真仔细对待才可能取得最后的成功 方法一 一个钻孔埋设一个孔隙水压力计 具体步骤为 钻孔到设计深度以上0 5m 1 0m 放入孔隙水压力计 采用压入法至要求深度 回填1m以上膨润土泥球 封孔 2 钻孔埋设 方法二 一孔内埋设多个孔隙水压力计时 压力计间隔不应小于1m 并作好各元件间的封闭隔离措施 埋设顺序为 钻孔到设计深度 放入第一个孔隙水压力计 观测段内应回填透水填料 再用膨润土球隔离 回填膨润土泥球至第二个孔隙水压力计位置以上0 5m 放入第二个孔隙水压力计至要求深度 回填透水填料 回填膨润土泥球 以此反复 直到最后一个 回填封孔 优缺点比较 方法一 该方法的优点是埋设质量容易控制 缺点是钻孔数量多 比较适合于能提供监测场地或对监测点平面要求不高的工程 方法二 此种方法的优点是钻孔数量少 比较适合于提供监测场地不大的工程 缺点是孔隙水压力计之间封孔难度很大 封孔质量直接影响孔隙水压力计埋设质量 成为孔隙水压力计埋设好坏的关键工序 封孔材料一般采用膨润土泥球 四 监测技术1 测试方法用频率计测读 记录孔隙水压力计频率即可 2 测试数据处理计算公式 式中 孔隙水压力 kPa 标定系数 kPa Hz2 测试频率 Hz 初始频率 Hz 3 计算实例孔隙水压力计算表 五 注意事项 1 孔隙水压力计应按测试量程选择 上限可取静水压力与超孔隙水压力之和的1 2倍 2 采用钻孔法施工时 原则上不得采用泥浆护壁工艺成孔 如因地质条件差不得不采用泥浆护壁时 在钻孔完成之后 需要清孔至泥浆全部清洗为止 然后在孔底填入净砂 将孔隙水压力计送至设计标高后 再在周围回填约0 5m高的净砂作为滤层 3 在地层的分界处附近埋设孔隙水压力计时应十分谨慎 滤层不得穿过隔水层 避免上下层水压力的贯通 4 在安装孔隙水压力计过程中 始终要跟踪监测孔隙水压力计频率 看是否正常 如果频率有异常变化 要及时收回孔隙水压力计 检查导线是否受损 5 孔隙水压力计埋设后应量测孔隙水压力初始值 且连续量测一周 取三次测定稳定值的平均值作为初始值 6 当一孔内埋设多个孔隙水压力计时 压力计间隔不应小于1m 并作好各元件间的封闭隔离措施 八 土压力 一 基本内容基坑工程土压力监测主要用于量测围护结构内 外侧的土压力 用土压力盒进行量测时 主要是针对法向的总应力 结合孔隙水压力监测 可以进行土体有效应力分析 作为土体稳定计算的依据 不同深度土压力的监测可以为围护墙后水 土压力分算提供设计依据 量测所获得的土压力可能为土中压力和土体结构间接触压力 土压力监测为板式围护体系一 二级监测等级选测项目 二 仪器 设备简介1 土压力计 盒 土压力盒有钢弦式 差动电阻式 电阻应变式等多种 目前基坑工程中常用的是钢弦式 土压力盒又有单膜和双膜两类 单膜一般用于测量界面土压力 并配有沥青压力囊 双膜式一般用于测量自由土体土压力 2 测试仪器 设备频率仪 三 土压力计 盒 安装1 钻孔法钻孔法是通过钻孔和特制的安装架将土压力计埋入土体内 具体步骤如下 先将土压力盒固定在安装架内 钻孔到设计深度以上0 5m 1 0m 放入带土压力盒的安装架 逐段连接安装架 土压力盒导线通过安装架引到地面 然后通过安装架将土压力盒送到设计标高 回填封孔 2 挂布法挂布法用于量测土体与围护结构间接触压力 具体步骤如下 先用帆布制作一幅挂布 在挂布上缝有安放土压力盒的布袋 布袋位置按设计深度确定 将挂布绑在钢筋笼外侧 并将带有压力囊的土压力盒放入布袋内 压力囊朝外 导线固定在挂布上引至围护结构顶部 放置土压力计的挂布随钢筋笼一起吊入槽 孔 内 混凝土浇筑时 挂布将受到流态混凝土侧向推力而与槽壁土体紧密接触 挂布法埋设 四 监测技术1 测试方法用频率计测读 记录土压力计频率 2 测试数据处理土压力计算式如下 式中 土压力 kPa 标定系数 kPa Hz2 测试频率 Hz 初始频率 Hz 3 计算实例土压力计算表1 钻孔埋设 土压力计算表2 挂布埋设 五 注意事项 1 土压力计应按测试量程选择 上限可取预计最大量程的1 5倍 2 压力盒固定在安装架时 压力盒侧向的固定螺丝不能拧得太紧 以免造成压力盒内钢弦松弛 3 压力盒沉放过程中 始终要跟踪监测土压力盒频率 看是否正常 如果频率有异常变化 要及时收回 检查导线是否受损 4 压力盒沉放到位施压前 到检查压力盒是否垂直 压力盒面的方向是否与被测土压力的方向垂直 5 采用挂布法安装时 由于土压力盒挂在钢筋笼外侧 因此在钢笼下槽过程中 要格外小心压力囊经过导墙时受挤压 摩擦而破损漏油 挂布要尽可能兜住钢筋笼外侧 防止混凝土浇筑时水泥浆液流到挂布外侧裹住土压力盒 九 地下水位 一 基本内容基坑工程地下水位监测包含坑内 坑外水位监测 基坑工程地下水位监测又有浅层潜水和深层承压水位之分 通过坑内水位观测可以检验降水方案的实际效果 如 降水速率和降水深度 坑内应采用大井 通过坑外水位观测可以了解坑内降水对周围地下水位的影响范围和影响程度 防止基坑工程施工中坑外水土流失 坑外水位监测为基坑监测必测项目 二 仪器 设备简介水位测量系统由三部分组成 第一部分为地下埋入材料部分 水位管 第二部分为地表测试仪器 钢尺水位计 由探头 钢尺电缆 接收系统 绕线架等部分组成 第三部分为管口水准测量 由水准仪 标尺 脚架 尺垫等组成 三 水位管构造与埋设水位管选用直径50mm左右的钢管或硬质塑料管 管底加盖密封 防止泥砂进入管中 下部留出0 5 1m的沉淀段 不打孔 用来沉积滤水段带入的少量泥砂 中部管壁周围钻出6 8列直径为6mm左右的滤水孔 纵向孔距50 100mm 相邻两列的孔交错排列 呈梅花状布置 管壁外部包扎过滤层 过滤层可选用土工织物或网纱 上部管口段不打孔 以保证封孔质量 四 监测技术1 测试方法先用水位计测出水位管内水面距管口的距离 然后用水准测量的方法测出水位管管口绝对高程 最后通过计算得到水位管内水面的绝对高程 四 监测技术2 测试数据处理水位管内水面应以绝对高程表示 计算式如下 式中 水位管内水面绝对高程 m 水位管管口绝对高程 m 水位管内水面距管口的距离 m 本次水位变化 累计水位变化 式中 第i次水位绝对高程 m 第i