德国大使公寓深基坑监测报告

1 德国大使公寓深基坑监测报告 边坡测斜仪监测研究报告边坡测斜仪监测研究报告 1 前言 1 1岩土工程现场监测的重要性 岩土工程是指修建在岩体土体中以及其为依托的工程 例如隧 道 地下洞室 边坡 采矿场 坝基 桥梁道路基础 建筑物基础 等 一般来说 设计岩土工程前都必须进行工程地质水文地质调查 物理力学参数的测定 由于绝大多数岩土体在形成过程中经历过造 岩运动 构造运动以及非构造运动 其结构构造体系是极其复杂的 物理力学参数很难测定而且不确定 岩土体是非均质 非弹性 非 连续并且具有初始应力 因此 无论调查工作多么细致 也不可能 完全描述岩土体的结构构造 科学试验如何精确 也不足以准确测 定其物理力学参数 即使作了大量工作 投入了大量资金 取得了 比较详细的地质资料和大量的参数 在设计计算中还必须作各种假 设和简化 这些简化又可分为两类 一类是几何方面的 另一类是 物理方面的 在几何方面的简化以建立计算剖面和计算模型 在这 类简化中可能失去了天然岩土体在边界条件方面和空间分布形式方 面的客观信息 在物理方面的简化首先失去许多岩土体物理力学参 数方面的真实性 其次在物理模型或本构关系的描述上与实际岩土 体相差千里 由于岩土材料和结构是自然赋存的 具有很强的不确定性 从 而辨识参数 岩土力学参数 地质条件参数等 非唯一 力学和数 2 学 模型非唯一 决策方法非唯一 施工方案非唯一 这也反映了 地下工程系统的运动是目标可接近 信息可补充 方案可完善 关 系可协调 思维可多向 认识可深化 轨迹可优化的特点 在勘察 测试和设计的每一个阶段都存在不确定性因素 因此岩土工程的设 计不可能是最优的 而只能是最合理的 这种合理性只能通过施工 期和运行期的监测来保证施工安全 验证设计合理性并通过信息反 馈及时修正设计和施工方法 但遗憾的是目前相当多的工程负责人 和技术人员对岩土工程的这一特点认识不足 影响岩土工程特性的因素可分为两大类 一类天然因素 即岩 土体本身所固有的 称为固有因素 如工程地质水文地质条件 岩 土体的物理力学特性及其参数 初始应力状态等 人们只能认识它 而无法改变它 另一类为工程因素 即修建岩土工程而进行的活动 可称为人为因素 如工程规模 枢纽布置 开挖方法 支护措施等 人们可以适当地控制这些因素以达到合理地修建岩土工程的目的 依目前科技水平 只要具备需要和资金两大条件 绝大部分情况下 都可从事岩土工程 问题的关键是所采取的设计方案和施工方法是 否合理 即既安全又经济 岩土工程有两种结局 成功或失败或部 分失败 但成功不等于合理 它可能是过于保守 意味着不必要的 浪费 判断合理性的唯一方法是现场监测 综上所述 岩土工程的 现场监测主要有两大功能 一是为岩土工程过程提供指导 补充由 于不确定性造成的信息短缺和误差 使得工程顺利进行 二是对岩 土工程设计进行实际验证 为今后的岩土工程设计积累资料 3 正是由于现场监测的重要性和必要性 新奥法将其列为该法三 大组成部分之一 纵观重大岩土工程及岩土力学的进展 无一不与 现场监测成果密切相关 也正是这一原因 我院在多年岩土工程中 非常重视监测工作 但以往的监测主要是使用经纬仪对基坑顶部位 移进行监测 这种方法在一定程度上虽然可以反映基坑的变形行为 但也有不可克服的确定 一是基坑变形量的变化通常在毫米级 一 般经纬仪的精度不满足要求 二是这种测量方法人为因素干扰较大 立尺 立镜和现场基准点破坏等 三是基坑边坡的变形最大值和变 形速率最大值并不一定在基坑的顶部 以往的监测方法由于立尺的 困难只能对基坑顶部位移进行监测 无法对整个边坡通高的变形监 测 而测斜仪恰好克服了这个局限性 鉴于这些原因 我们引入了 基坑边坡的测斜仪监测方法 并首次在德国大使公寓开始使用 本 文将对这次监测试验结果给出专题报告 1 2 深基坑工程边坡监测的重要性 在深基坑开挖的施工过程中 基坑内外的土体将由原来的静止 土压力状态向被动和主动土压力状态转变 应力状态的改变引起土 体的变形 即使采取了支护措施 一定数量的变形总是难以避免的 这些变形包括 深基坑坑内土体的隆起 基坑支护结构以及周围土 体的沉降和侧向位移 无论哪种位移的量值超出了某种容许的范围 都将对基坑支护结构和周围结构与管线造成危害 深基坑开挖工程往往在繁华的市中心进行 施工场地四周有建 筑物和地下管线 基坑开挖所引起的土体变形将直接影响这些建筑 4 物和地下管线的正常状态 当土体变形过大时会造成邻近结构和设 施的破坏 同时 基坑相邻的建筑物又相当于较重的集中荷载 基 坑周围的管线常引起地表水的渗漏 这些因素又是导致土体变形加 剧的原因 因此 在深基坑施工过程中 只有对基坑支护结构 基 坑周围的土体和相邻的构筑物进行综合 系统的监测 才能对工程 情况有全面的了解 确保工程顺利进行 对深基坑施工过程进行综合监测的重要性可综述如下 1 2 1 验证支护结构设计 指导基坑开挖和支护结构的施工 当前基坑支护结构设计水平处于半理论半经验的状态 土压力 计算大多采用经典的侧向土压力公式 与现场实侧值相比较有一定 的差异 还没有成熟的方法计算基坑周围土体的变形情况 因此 在施工过程中迫切需要知道现场实际的应力和变形情况 与设计时 采用值进行比较 必要时对设计方案或施工过程和方法进行修正 1 2 2 保证基坑支护结构和相邻建筑物的安全 在深基坑开挖与支护工程中 为满足支护结构及被支护土体的 稳定性 首先要防止破坏或极限状态发生 破坏或极限状态主要表 现为静力平衡的丧失 或支护结构的构造性破坏 在破坏前 往往 会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形 或变形速率明显增大 支护结构和被支护土体的过大位移 将引起邻近建筑物的倾斜或开 裂 邻近管道的渗漏 有时会引发一连串灾难性的后果 如有周密 的监测控制 无疑有利于采取应急措施 在很大程度上避免或减轻 破坏的后果 5 1 2 3 总结工程经验 为完善设计分析提供依据 支护结构的土压力分布受支护方式 支护结构刚度 施工过程 和被支护土类的影响 并直接与侧向位移有关 往往是非常复杂的 现行设计分析理论尚未达到成熟的阶段 积累完整准确的基坑开挖 与支护监测结果 对于总结工程经验 完善设计分析理论都是十分 宝贵 当前岩土工程市场的竞争日趋激烈 基坑支护工程已经成为微 利工程 为了在市场上巩固我院的份额 就必须减低生产成本 虽 然可以加大现场管理力度 但基本生产资料成本不可能降低 唯一 有效的方法就是对设计进行合理优化 向最低成本趋进 而设计优 化的依据就是通过现场监测 正确的把握土体 结构体 初始应力 场的相互作用 达到最小嵌入深度 最小配筋量 最小锚固长度的 设计目的 从而达到科学的降低成本 2 深基坑监测依据 深基坑监测的依据是中华人民共和国建设部 1999 年 9 月 1 日颁 发的 建筑基坑支护技术规程 JGJ 120 99 中第 3 8 条 3 83 8 开挖监控开挖监控 3 8 13 8 1 基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案 监控方案应包括监控目的 监测项目 监基坑开挖前应作出系统的开挖监控方案 监控方案应包括监控目的 监测项目 监 控报警值 监测方法及精度要求 监测点的布置 监测周期 工序管理和记录制度以及信控报警值 监测方法及精度要求 监测点的布置 监测周期 工序管理和记录制度以及信 息反馈系统等 息反馈系统等 3 8 23 8 2 监测点的布置应满足监控要求 从基坑边缘以外监测点的布置应满足监控要求 从基坑边缘以外 1 1 2 2 倍开挖深度范围内的需要保护倍开挖深度范围内的需要保护 物体均应作为监控对象 物体均应作为监控对象 3 8 33 8 3 基坑工程监测项目可按表基坑工程监测项目可按表 3 8 33 8 3 选择 选择 基坑监测项目表基坑监测项目表 表表 3 8 3 6 基坑侧壁安全系数基坑侧壁安全系数 监测项目监测项目 一级一级二级二级三级三级 支护结构水平位移支护结构水平位移应测应测应测应测应测应测 周围建筑物 地下管线变形周围建筑物 地下管线变形应测应测应测应测宜测宜测 地下水位地下水位应测应测宜测宜测可测可测 桩 墙内力桩 墙内力应测应测宜测宜测可测可测 锚杆拉力锚杆拉力应测应测宜测宜测可测可测 支承轴力支承轴力应测应测宜测宜测可测可测 立柱变形立柱变形应测应测宜测宜测可测可测 土体分层竖向位移土体分层竖向位移 应测应测 宜测宜测 可测可测 支护结构界面上侧向压力支护结构界面上侧向压力宜测宜测 可测可测可测可测 3 8 43 8 4 位移观测基准点数量不应少于两点 且应设在影响范围以外 位移观测基准点数量不应少于两点 且应设在影响范围以外 3 8 53 8 5 监测项目在基坑开挖前应测得初始值 且不应少于两次 监测项目在基坑开挖前应测得初始值 且不应少于两次 3 8 63 8 6 基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定 基坑监测项目的监控报警值应根据监测对象的有关规范及支护结构设计要求确定 3 8 73 8 7 各项监测的时间间隔可根据施工进程确定 当变形超过有关标准或监测结果变化速各项监测的时间间隔可根据施工进程确定 当变形超过有关标准或监测结果变化速 率较大时 应加密观测次数 当有事故征兆时 应连续监测 率较大时 应加密观测次数 当有事故征兆时 应连续监测 3 8 83 8 8 基坑开挖监测过程中 应根据设计要求提交阶段性监测结果报告 工程结束时应提基坑开挖监测过程中 应根据设计要求提交阶段性监测结果报告 工程结束时应提 交完整的监测报告 报告内容应包括 交完整的监测报告 报告内容应包括 1 1 工程概况 工程概况 2 2 监测项目和各测点的平面和立面布置图 监测项目和各测点的平面和立面布置图 3 3 采用仪器设备和监测方法 采用仪器设备和监测方法 4 4 监测数据处理方法和监测结果过程曲线 监测数据处理方法和监测结果过程曲线 5 5 监测结果评价 监测结果评价 本报告将根据以上部分进行监测和提供监测报告 对于具体监 7 测中所需要的技术参数要求 如果 JGJ 120 99 中未提供 将参照其 他行业和地区基坑支护规范实施 基坑监测时间间隔按照原中华人民共和国冶金工业部行业规范 建筑基坑工程技术规范 YB 9258 97 中第 19 3 12 条规定 结 合具体支护形式和工程情况参考实施 表 19 3 12 现场监测的时间间隔 基坑工程 基坑开挖深度 5m 5 10m 10 15 m 15m 安全等级 施工阶段 开 5m 1d 2d 2d 2d 挖 面 5 10m 1d 1d 1d 一 深 度 10m 12h 12h 挖 7d 1d 1d 12h 12h 完 以 7 15d 3d 2d 1d 1d 后 级 时 15 30d 7d 4d 2d 1d 间 30d 10d 7d 5d 3d 二 开 5m 2d 3d 3d 3d 挖 面 5 10m 2d 2d 2d 深 度 10m 1d 1d 挖 7d 2d 2d 1d 1d 完 7 15d 5d 3d 2d 2d 以 级 后 15 30d 10d 7d 5d 3d 日 间 30d 10d 10d 7d 5d 注 当基坑工程安全等级为三级时 时间间隔可适当增大 8 对支护结构监测过程中的预警值 可按照如下规范根据具体工程情 况确定 按照 广州地区建筑基坑支护技术规定 1998 6 15 有 3 2 6 支护结构设计应考虑其结构水平变形及地下水位变化对周边环境的水平与竖向变形支护结构设计应考虑其结构水平变形及地下水位变化对周边环境的水平与竖向变形 的影响 应根据周边环境的重要性 由变形的允许范围及土层性质等因素确定支护结构的的影响 应根据周边环境的重要性 由变形的允许范围及土层性质等因素确定支护结构的 水平变形值 除特殊要求外 支护结构的最大水平位移不宜超过表水平变形值 除特殊要求外 支护结构的最大水平位移不宜超过表 3 2 6 的允许值 的允许值 表表 3 2 6 支护结构最大水平位移允许值支护结构最大水平位移允许值 安全等级安全等级支护结构最大水平位移允许值支护结构最大水平位移允许值 一级一级30mm 二级二级60mm 三级三级150mm 上海市基坑工程工程设计规程基坑变形监控标准为 基坑等级基坑等级墙顶位移墙顶位移 cm 墙体最大位移墙体最大位移 cm 地面最大沉降地面最大沉降 cm 最大差异沉降最大差异沉降 一级一级3636 1000 二级二级69612 1000 深圳地区建设深基坑支护规范 SJG05 96 中对支护结构最大水平位移 允许值规定为 支护结构最大水平位移允许值支护结构最大水平位移允许值 mm mm 安全等级安全等级 排桩 地下连续墙 土钉墙排桩 地下连续墙 土钉墙钢板桩 深层搅拌桩钢板桩 深层搅拌桩 一级一级 0 0025H0 0025H 二级二级 0 005H0 005H0 01H0 01H 三级三级 0 01H0 01H0 02H0 02H H H 基坑深度 基坑深度 mm mm 3 德国大使公寓基坑监测 3 1 工程背景简述 3 1 1 工程概况 拟建京盛广场二期工程位于北京市朝阳区工体西路东侧 亮马 9 河北岸 建筑主体高 110 125m 地上 37 层 地下 3 层 基础埋深 12 30 18 50m 0 000 39 55m 自然地面平均标高 38 90m 建 筑物结构类型为框架剪力墙 基础类型为桩基 二期工程建筑平面约呈直角三角形 北侧直角边轴线 东西向 长约 115 0m 西侧直角边轴线 南北向 长约 75 0m 京盛广场 I 期工程刚刚竣工 II 期工程建筑紧邻于 I 期工程结构的南侧 二者 间距约为 4 8 7 0m 如图 1 所示 图 1 京盛 I II 期建筑与基坑关系图 II 期工程基坑开挖动工时 为了保证基坑边坡的稳定及 I 期结构的 安全 在 I 期业主和 II 期甲方和总包方的要求下 对 II 期工程北边 边坡进行监测 3 1 2 场地水文地质 工程地质条件 3 1 2 1 工程地质条件 根据建设部综合勘察研究设计院提供的京盛大厦 II 期工程 岩土 工程勘察报告书 1998 年 7 月 17 日 现对基坑施工有影响的土 10 层归纳描述如下 人工填土 包括杂填土 1和素填土 2 平均总厚度 H1 2 1m 粘质粉土 土质不均 匀 夹有砂质粉土薄层及粉质粘土透 镜体 平均厚度 H2 4 57m K2 0 2m d 粉质粘土 土质不均匀 夹有粘质粉土及粘土透镜体 平均 厚度 H3 6 65m K3 0 1m d 细中砂 砂质不纯 局部为粉砂 含少量粘性土团块 顶部 覆有不连续砂质粉土 平均厚度 H4 1 50m K4 5 0m d 粉质粘土 土质不均匀 夹有粘土及粘质粉土 重粉质粘土 和砂质粉土透镜体 平均厚度 H5 5 90m K5 0 1m d 细中砂 饱和 含小园砾 底部园砾含量较大 平均厚度 H6 3 0m K6 5 0m d 砾卵石 饱和 上部为园砾 下部为卵石 卵石粒径一般 3 6cm 充填细中砂 平均厚度 H7 4 77m K5 100m d 粘土 局部夹粘质粉土透镜体 平均厚度 H8 4 0m 为相对 隔水层 砾卵石 上部为园砾层 下部为卵石 粒径一般 3 6cm 平 均厚度 H9 7 80m K9 100m d 粉质粘土 平均厚度 H10 4 80m 3 1 2 2 地下水 场区普遍存在两层上层滞水及第一层潜水 11 第一层上层滞水 静水位标高 33 95 36 15m 其补给来源 为管道渗水 地表径流及大气降水 埋深 4 95 2 75m 第二层上层滞水 静水位标高 24 16 25 97m 埋深 14 74 13 11m 其补给来源为地表径流渗透及大气降水 第一层潜水 静水位标高为 18 29 22 95m 埋深 20 61 15 95m 蕴藏于第 层砂层及 层砾卵石中 根据场区取水样进行的化学分析 地下水对混凝土无腐蚀性 3 1 3 II 期基坑与 I 期建筑的关系 京盛广场 II 期工程基槽深 12 3m 距一期已建成的建筑约 7m 4 8m 即 I 期建筑轴线 至轴线 之间的裙楼与 II 期基坑相距 7 06m 裙楼基础深 10 87m 轴线 10 至轴线 14 之间为主楼 与 II 期基坑相距 4 8 5m 主楼基础深 13 27m 京盛 I 期建筑与 II 期基 坑关系如图 2 所示 I 期建筑 1 10 14 7 06m 5 4 8m II 期建筑 图 2 I 期建筑与 II 期红线关系示意图 II 期工程基坑深度与一期建筑物基础埋深的差别有两种 I 期 的裙楼基础比 II 期基坑浅 1 43m I 期的主楼比 II 期的基坑深 12 0 97m 3 2 监测点布置设计 在基坑北边坡设置两个测点 它们的位置如图 3 所示 这两个 测点既要兼顾边坡中部是位移最大发生处 又要考虑 I 期建筑在边 坡中部凹入一部分 这部分的超载比其他部分超载影响力要小 所 以将两个测点布置于 I 期建筑凹凸的结合处 I 期裙楼 I 期主楼 2 测点 1 测点 II 期基坑 图 3 I 期建筑与 II 期基坑关系图 边坡其他区域没有布点监测 主要原因是因为 I 期业主对 II 期基坑开挖对其建筑影响的忧虑 二是因为甲方没有对边坡其他部 位的测斜监测提出要求 3 3 测斜仪设备简介 我院现在使用的是 CX 03 数字显示测斜仪 是由中国航天工业 总公司第三研究院第 33 研究所研制 属于伺服加速度式测斜仪 13 3 3 1 测斜仪的类型 测斜仪是一种可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水 平位移的工程测量仪器 测斜仪分为活动式和固定式两种 在基坑 开挖支护监测中常用活动式测斜仪 活动式测斜仪按测头传感元件 不同 又可细分为滑动电阻式 电阻片式 钢弦式及伺服加速度计 式四种 如图 4 所示 图 4 测斜仪工作原理 a 滑动电阻式 测头以悬吊摆为传感元件 在摆的活动端装一电刷 在测头壳 体上装电位计 当摆相对壳体倾斜时 电刷在电位计表面滑动 由 电位计将摆相对壳体的倾摆角位移变成电信号输出 用惠斯顿电桥 测定电阻比的变化 根据标定结果 就可进行倾斜测量 该测头优 点是坚 固可靠 缺点是测量精度不高 其性能受电位计分辨力限制 b 电阻片式 侧头是用弹性好的被青铜簧片下挂摆锤 弹簧片两侧各贴两片 14 电阻应变片 构成差动可变阻式传感器 弹簧片可设计成等应变梁 使之受弹性限度内测头的倾角变化与电阻应变仪读数呈线性关系 c 钢弦式 钢弦式测头是双轴测斜仪 可进行水平两个方向测斜 通过四 个钢弦式应变计测定重力摆运动的弹性变形 进而求得倾斜值 d 伺服加速度计式 它的工作原理是建立在检测质量块因输入加速度而产生的惯性 力与特殊感应系统产生的反力相平衡 感应线圈的电流与此反力成 正比 根据电压大小可测定斜度 所以将其叫作力平衡伺服加速度 计 我院现在使用的测斜仪就属于这类 以上四种类型的测斜仪 在国内外都有厂家定型生产 目前以 生产伺服加速度计式测斜仪的厂家较多 加速度计系用于惯性导航 的元件 灵敏度和精度较高 3 3 2 测斜仪构成 活动式测斜仪的组成大致可分为四部分 装有重力式测斜传感 元件的测头 测读仪 连接测头和测读仪的电缆 测斜管 3 3 2 1 测斜仪测头 测头是倾斜角传感元件 测斜仪的核心 是 测量信号的来源处 测斜仪的测试过程是 当测头处于竖直状态 时 测头中的传感器处于零位 传感器 CX 系列数显测斜仪采用石 英挠性伺服加速度计 的敏感轴处于水平状态 此时的输出值称为 零偏 一般情况下零偏总是存在的 为了消除零偏的影响 采取正 反两次测试的代数和 作为一个方向上的测试结果 现在采取如下 15 坐标系做进一步的说明 坐标系如图 5 示 北 N 西 W 东 E 南 S 图 5 测试方位与平面坐标系示意图 为了适应平面坐标系的习惯 测试时将上导轮朝东 使测头处于要 测的深度 当测头 即加速度计 的敏感轴与基准轴 重力加速度 线 有一个夹角 时 加速度计就有一个输出值 U1 A K G Sin l 式中 A 加速度计的偏值 零偏 K 加速度计的标度因数 g 重力加速度 倾角 CX 03 测斜仪测头性能指标为 a 传感器灵敏度 0 02mm 8 b 标度因数 2 5 士 0 01v g c 导轮间距 500mm d 测头尺寸 32mm X 660mm 3 3 2 2 测读仪 测读仪应和测头配套选择与使用 其测量范围 精度和灵敏度 根据工程需要而定 测读仪是实现测斜仪测头数据 的显示和输出的二次仪表 CX 系列数显测斜仪的测读仪分为直读式 和存储式两种 直读式测读仪是由观测者将现场测试数据直接从显 示屏上读取数据 由人工记录和处理数据 直读式测读仪由十进制 4 16 了位模 数 A D 转换 电压转换 数据显示和可充电电池等组 成 通过开关 可以在显示器上显示测头测量的数据 也可以显示 电池组当时的电压 存储式测读仪是指将现场测量的数据存储于测 读仪的存储器中 存储器具有足够的容量 能够存储一天测试的全 部数据 我院现使用的 CX 03 测斜仪采用了存储式测读仪 存储式 测读仪是由单片机 存储器 显示器 模 数 A D 转换 电压 转换 控制电路和可充电电池等组成 在现场条件下 测斜仪测量 结果的重复性 一般应等于或优于上 0 01o 3 3 2 3 电缆 电缆作用有 4 个 向测头供给电源 给测读仪 传递量测讯号 测头量测点距孔口的深度尺 提升与下放测头 的绳索 电缆除具有很高的防水性能 还不能有较大的长度变化 为此电缆芯线中设有一根加强钢芯线 3 3 2 4 测斜管 测斜管一般由塑料或铝合金制成 测斜管直径大 小不一 长度每节约 2 4m 管接头有固定式和伸缩式两种 测斜 管内有两对互成正交的纵向导槽 测量时 测头导轮座落在一对导 槽内并可上 下自由滑动 本次监测使用的是江苏金坛市柚山学校 塑料制品厂生产的测斜管 材料为 PVC 管 内径 60mm 外经 70mm 弹性模量 E 8100kg cm2 刚度不均匀度 4 4 我院使用的 CX 03 测斜仪综合误差为 每 15m 深度测量误差不 超过 4mm 3 4 监测方法 3 4 1 基坑侧向变形监测的一般方法 17 基坑侧向变形观测是基坑开挖支护施工过程监测中一项较为直 观和有效的方法 基坑侧向变形观测有许多方法 常用的方法有以 下几种 3 4 1 1 肉眼巡视 由有经验的工程技术人员按期进行的施工现场肉眼巡视是一项 重要的工作 许多影响基坑侧向位移 不利于支护结构稳定的因素 例如支护结构的施工质量 施工条件的改变 基坑四周堆荷的变化 管道渗漏和不适当的排水 以及气候条件变化等等 都可以在日常 的巡视中被及时发现 此外 某些工程事故隐患 如基坑四周的地 面裂缝 支护结构的裂缝 邻近结构和设施的裂缝 变形或渗漏也 可以通过肉眼巡视及时发现 使出现的问题及时得到处理 消除或 减轻可能出现的事故 日常的巡视工作应正式列人监测计划 派专人按期进行 并保 持正式的记录 3 4 1 2 光学仪器观测方法 这里所谓的光学仪器观测方法是指工程测量方法 在基坑侧向 位移观测中 在有条件的场地 用视准线法比较简便 具体作法为 沿欲测某基坑边缘设置一条视准线 在该线的两端设置基准点 A B 在此基线上沿基坑边缘设置若干个侧向位移测点 基准点 A B 应设置在距离基坑一定距离的稳定地段 各测点最好设在刚度 较大的支护结构上 测量时采用经纬仪测出各测点对此基线的偏离 值 两次偏离值之差 就是测点垂直于视准线的水平位移值 视准 18 线法按观测偏离值的测法 又可分为活动觇标法和小角度法两种 用活动觇标法观测时 司觇者要根据司仪者的指挥移动觇标 直到 觇标中心与经纬仪纵丝完全重合为止 然后 由司砚者在觇标游标 上读取偏高值 小角度法采用经纬仪测出视准线与测点之间的小角 度 从而算出测点的偏值 如果施工场地狭窄 通视条件较差 建立视准线比较困难时 可采用前方交会法 前方交会法是在距基坑有一定距离的稳定地段 设置一条交会基线 或者设两个或多个基准点 用交会方法 测出 各测点的位移值 前方交会分为测角交会 测边交会和测边测角交 会三种 即在两个或两个以上的基点上 观测测点的方向或边长 算出测点的平面坐标 从而获得位移值 3 4 1 3 用测斜仪测量 测斜仪是一种可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水 平位移的工程测量仪器 测斜仪分为活动式和固定式两种 在基坑 开挖支护监测中常用活动式测斜仪 在基坑开挖之前先将有四个相 互垂直导槽的测斜管埋入支护结构或被支护的土体中 测量时 将 活动式测头放人测斜管 使测头上的导向滚轮卡在测斜管内壁的导 槽中 沿槽滚动 活动式测头可连续地测定沿测斜管整个深度的水 平位移变化 如图 6 所示 19 图 6 测斜仪测量原理 测斜仪的工作原理是根据摆锤受重力作用为基础测定以摆锤为 基准的弧角变化 当土体产生位移时 埋人土体中的测斜管随土体 同步位移 测斜管的位移量即为土体的位移量 放入测斜管内的活 动测头 测出的量是各个不同分段点上测斜管的倾角变化 Xi 而 该段测管相应的位移增量 Si为 Si Li Sin Xi 式中 Li为各 段点之间的单位长度 当测斜管埋设的足够深时 管底可以认为是位移不动点 管口 的水平位移值 n 就是各分段位移增量的总和 在测斜管两端都有水平位移的情况下 就需要实测管口的水平位移 值 0 并向下推算各测点的水平位移值 即 2sin 1 n i iin XL 3sin 1 n i iio XL 20 测斜管可以用于测单向位移 也可以测双向位移 测双向位移 时 由两个方向的测量值求出其矢量和 得位移的最大值和方向 图 7 为 1 孔监测工作情景 3 4 2 测斜管的安装或埋设 测斜管可安装在地下连续墙或支护桩钢筋宠上 随钢筋笼浇注 在混凝土中 也可钻孔埋设在支护结构或地基土体中 例如土钉墙 中 安装或埋设过程中注意事项如下 3 4 2 1 测斜管现场组装后 安装在地下连续墙或支护桩的钢 筋笼上 随钢筋笼浇注在混凝土中 浇注混凝土之前应在测斜管内 注满清水 防止测斜管在浇注混凝土时浮起 并防止水泥浆渗入管 内 测斜管 测斜仪 电缆 21 图 7 1 孔现场监测工作情景 3 4 2 2 在支护结构或被支护土体内钻孔 然后将测斜管逐节 组装井放入钻孔内 测斜管底部装有底盖 管内注满清水 下入钻 孔内预定深度后 即向测斜管与孔壁之间的间隙由下而上逐段灌浆 或用砂填实 固定测斜管 3 4 2 3 安装或埋设时 应及时检查测斜管内的一对导槽 其 指向是否与欲测量的位移方向一致 并应及时修正 3 4 2 4 测斜管固定完毕或浇注混凝土后 用清水将测斜管内 冲洗干净 如果条件允许 可用测头模型放人测斜管内 沿导槽上 下滑行一遍 以检查导槽是否畅通无阻 滚轮是否有滑出导槽的现 象 如果没有测头模型 可用缓慢速度将测头放入 如遇阻碍 立 即拔出测头 对该测管进行必要处理或废弃重新安装 由于测斜仪 的测头是贵重的仪器 在未确认测斜管导槽畅通时 应谨慎放入真 实的测头 3 4 2 5 量测测斜管导槽方位 管口坐标及高程 及时做好孔 口保护装置 作好记录 3 4 2 6 对于安装在温泉或有地热地段的测斜管 应确定测斜 管内的水温是否在测头容许工作温度范围内 CX 03 测斜仪工作温 度为 150 500C 如水温过高 应在孔口安装冷水洗孔装置 3 4 3 测斜仪测量侧向位移 3 4 3 1 为保护测斜仪测头的安全 有条件可在测量前先用测 22 头模型下入测斜管内 沿导槽上下滑行一遍 检查测斜孔及导槽是 否畅通无阻 如果无测头模型 应缓慢将测头放入测斜管底部 3 4 3 2 联接测头和测读仪 检查密封装置 电池充电量 仪 器是否工作正常 3 4 3 3 将测头插入测斜管 使滚轮卡在导槽上 缓慢下至孔 底 测量自孔底开始 自下而上沿导槽全长每隔一定距离 通常为 0 5m 测读一次 每次测量时 应将测头稳定在某一位置上 整个 高度测量完毕后 将测头旋转 180 度插入同一对导槽 按以上方法 重复再测量一次 两次测量的各测点应在同一位置上 此时各测点 的两次读数应是数值接近 绝对值不超过 20 符号相反 如果测 量数据有疑问 应及时补测 用同样方法可测与其垂直的另一对导 槽的水平位移 一般测斜仪可以同时测量相互垂直两个方向的水平 位移 3 4 3 4 侧向位移的初始值应是基坑开挖之前连续三次测量无 明显差异读数的平均值 或取其中一次的测量值作为初始值 3 4 3 5 观测间隔时间 可参考中华人民共和国冶金工业部 1997 年 9 月 22 日颁布的 建筑基坑工程技术规范 中第 19 3 12 条的表 19 3 12 或应根据侧向位移的绝对值或位移增长速率而定 当侧向位移明显增大时 应加密观测次数 3 4 4 侧向位移观测资料的整理 侧向位移观测记录及整理内容包括 工程名称 测斜孔编号 平面位置和导槽方位 水平位移实测值 最大位移值及发生的位置 23 与方向 位移发展速率 观测时间 施工进度 观测 计算和校核 责任人等等 为了及时进行险情预报 现场实测数据应立即分析处 理后反馈给施工现场管理人员 3 5 监测过程描述 京盛 II 期基坑北边坡监测工程开始于 1999 年 10 月 25 日 这 一天在桩基处京盛 II 期项目经理部的协助下 将测斜管埋置于图 3 所示的两个监测位置 当时由于测斜仪未能及时购入 所以错过了 将测斜管埋置在相应位置护坡桩中的时机 所以只好将其埋置在相 应位置的自渗砂井中 从而本次测量是监测该边坡土体的变形 初始数据共采集了两次 最后决定以 2000 年 1 月 1 日的初始 数据为本次监测的起始数据 边坡第一次开挖时间为 2000 年 1 月 9 日夜间和 2000 年 1 月 10 日凌晨 开挖 3 米深度 为桩间土喷射混 凝土护璧 第一次变形监测测量在 2000 年 1 月 10 日早晨 9 时 由 于开挖深度小 不存在边坡失稳的可能性 所以没有连续测量 2000 年 1 月 14 日夜晚和 1 月 15 日凌晨又向下开挖 2 米 基坑累计 深度为 5 米 1 月 16 日在基坑内该深度开始第一道锚杆钻孔施工 2000 年 1 月 15 日早晨 9 时进行第二次监测测量 从这以后开始连 续监测 由于在这个深度基坑基本不会失稳 所以监测大致在 4 5 天一次 在 1 月 31 日拉拔第一道锚杆 所以在拉拔锚杆前后即 1 月 31 日和 2 月 1 日各测量一次 到 2000 年 2 月 12 日监测孔附近的 第二道锚杆即将拉拔 为了了解锚杆拉拔前后对边坡的影响 在拉 拔前 2 月 12 日进行了测量 拉拔锁定后 2 月 13 日又进行了测量 24 锚杆安装完成后基坑继续下挖 2 月 18 日 2 监测孔处下挖至 9 米 2 月 21 日 1 监测孔随之下挖至 9 米深度 至此深度上打基础桩 开挖暂时停止 从 2 月 21 日后至 4 月 12 日之间 对基坑进行持续 性监测 到 4 月 12 日 2 监测孔处基坑向下开挖至槽底 11 7m 4 月 18 日 1 监测孔处随后也开挖至槽底 11 7m 从此基坑监测进入 持续性监测 直到 6 月 16 日最后一次监测表明 基坑位移变形收敛 已经长达近一个月 结束监测 结束监测的另外一个原因是 建设 施工方将木条堆积在 1 监测孔旁 木条堆压迫了 1 监测孔的测斜 管 致使监测数据的可靠性被破坏 3 6 监测结果评价 3 6 1 整体性评价 在基坑开挖整个过程中 1 和 2 监测点的位移情况如图 8 图 9 所示 在全程变形过程中 1 监测孔土体历史最大位移为 16 55mm 发生在 2000 年 1 月 10 日第一次开挖后 位于地面下 1 5m 处 该监测孔稳定最大位移为 12 66mm 发生在同样高度 时间为 6 月 5 日 2 监测孔土体最大位移与土体稳定最大位移同步 数值为 6 76mm 发生时间为 2000 年 6 月 16 日 发生地点在地面下 7 8m 从两个监测孔变形的绝对位移可知 该边坡变形满足规范要求的地 面位移小于 3cm 边坡最大位移小于 6cm 的规定 其设计和施工都 达到要求 由于桩体的水平变形一般都小于或等于土体变形 所以 该边坡的护坡桩变形也同样满足规范要求 上述中的历史最大位移 25 和稳定最大位移的概念陈述如下 历史最大位移 支护桩由于开挖扰动造成的不稳定最大位移称之 为历史最大位移 稳定最大位移 支护桩由于开挖扰动 土体压力和蠕变变形造成 的不可恢复的最大位移 在后文中将对上述概念进一步阐述 3 6 2 边坡变形速率评价 从监测孔 1 2 的全程位移 时间曲线 图 10 图 11 可 看出 1 监测孔在 1 月 10 日至 1 月 19 日之间开始开挖阶段 变形 速率较大 如图 12 所示 这段时间变形速率大的原因是测斜管虽然 埋置在土体中 但与支护桩帽梁相联 初始开挖将帽梁周围的土体 压力突然释放 造成帽梁的突然变形 这就造成测斜管变形速率变 化很大 经过一定长时间 随着这部分土体压力释放 一种变形突 变现象逐渐消失 1 孔另外一次变形速率的突变产生在 4 月 18 日 至 4 月 30 日 这段时间变形速率的增加使得监测次数加密 速率突 变的原因是因为槽底基础桩完工 一次开挖至槽底所导致 5 月 8 日以后由于开挖结束 槽底开始施工底板 边坡变形逐渐趋于变小 边坡的许多高度上的点变形趋于零 在 6 月 5 日后的某些点速率突 变为负数 是因为施工方将大量木条堆积在 1 监测孔后 导致木 条堆压在监测孔上 从而是变形产生不正常现象 根据图 10 和图 12 变形速率情况 该边坡已经达到变形收敛 所以结束监测 在监 测过程中虽然产生变形速率的突变 但由于变形量在规范警戒值以 26 下 且稳定变形速率 1mm 而最大变形速率虽然为 1 54mm day 但它产生于基坑开挖的初期 这时基坑只有 2m 深 所 以监测期间始终没有发出警戒警告 2 监测孔的变形速率变化与 1 孔基本相似 由图 11 和图 13 可知 其与 1 孔不同之处为 在基坑开挖的初期 其变形速率在 一段时间内为负值 这可能是由于测斜管与桩帽梁相连 而帽梁整 体不在一条直线上 开挖初期 帽梁初始变形凹凸不平 造成 2 测斜孔所在帽梁向基坑外变形 造成测斜管也随之产生负位移 25 天后随着基坑向下开挖 土压力的显现 2 孔逐渐产生向基坑内变 形 2 孔变形产生最大突变是在 4 月 12 日以后 即开挖 100 天至 130 天之间 这段时间基础桩施工完毕 基坑由 9m 处一次开挖至 槽底 在此时间段内监测次数加密 几乎 1 2 天一次 到 5 月 16 日变形速率逐渐减低 则延长监测间隔 自次以后 边坡变形主要 是以土体蠕变变形为主 变形速率和变形量都很小 到 6 月 16 日监 测点处各高度土体变形速率和变形量趋进于零 且槽底底板施工已 经完成 一层地下室钢筋绑扎完毕 该基坑已经由原来的 11 米减小 为不足 9m 则结束监测 监测过程中与 1 孔一样没有发出过变形 警告 是因为该监测孔绝对位移和变形速率都没有达到警戒值 变 形速率历史最大值为 向基坑内发展 0 6mm day 向坑外发展 4 5mm day 这个值的发生时基坑只有 5m 深 桩的嵌入深度达 11m 高速率的产生是因为土体突然被开挖造成瞬时卸载导致的 所 以不存在失稳问题 27 3 6 3 开挖对桩体的影响 众所周知 基坑支护桩上所受的外载主要来自于土压力和地下 水压力 当降水不完全时 对土压力的计算在各类规范中已经有详 细的论述 但是这些土压力理论计算模型都是来自于自然边坡 而 建筑基坑边坡是由人工在短时间内人为形成的边坡 土体由于突然 开挖而形成的卸载 实际上也是对支护系统作用的一种约束反力 在某些时候 这种突加的约束反力对支护系统的影响甚至比自然土 压力还要大 图 14 表明 1 监测孔在土体开挖后 3 4 天内边坡变 形的过程 开挖后立即进行监测 边坡有一个较大的变形 这个变 形在今后的几天内并不是继续发展 而是在突然的大变形之后 象 弹簧一样向回收缩 收缩恢复到一定程度 再在土压力作用下向坑 内发展 这种弹性恢复变形的解释为 土体突然开挖 桩体受到一 个与土体压力和开挖方式有关的应力解除影响 在约束反力和自然 土压力共同作用下产生变形 由于桩体本身的弹性性质和约束反力 随时间逐渐消失的影响 桩体上所受压力仅剩下自然土压力 所以 桩体有一个反抗变形的恢复过程 这就导致边坡向坑外有一个收缩 这个恢复变形不可能使桩体恢复到开挖前状态 剩下的不可恢复变 形则称之为桩体或边坡的稳定变形稳定变形 而开挖瞬间产生的最大变形称 之为历史最大变形历史最大变形 正是由于这种原因 我们将桩体或边坡的变形 定义为上述两种 通常边坡变形的警