6 基坑工程监测

1、第六章基坑工程监测,6-1 概述,1、定义 指建筑物基础工程或其他地下工程施工中所进行的基坑开挖，降水，支护和土体加固以及监测等综合性工程 2、基坑监测的重要性 基坑开挖，应力状态发生变化，引起基坑失稳破坏 四周有建筑物和地下管线时，会引起地表水渗漏 导致土体变形加剧 全面、系统的监测，才能及时反馈异常情况，提出警报 对于调整施工参数，积累经验，提高原设计水平有实际指导意义,6-2 现场监测的目的,基坑工程中实际工作状态与设计存在差异的主要原因： (1) 土层性质存在着相当的变异性和离散性。 (2) 基坑围护结构设计和变形预估时，对土层和围护结构本身所作的分析模型、构筑计算简化假定以及参数选用

2、等，与实际状况相比，存在一定的近似性。 (3) 基坑开挖与施筑过程中，随着土层开挖标高变化和支撑体系的设置与拆除，围护结构的受力处于经常性的动态变化状况，使得结构荷载作用时间和影响范围难以预料,6-2 现场监测的目的,现场监测的目的: (1) 为施工开展提供及时的反馈信息; (2) 作为设计与施工的重要补充手段; (3) 作为施工开挖方案修改的依据; (4) 积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平,6-3 监测的内容和方法,一、基坑安全等级 基坑侧壁安全等级及重要性系数（JGJ120-99,6-3 监测的内容和方法,二、测试内容（JGJ120-99,6-3 监测的内容和方法,三、测试手段(选择

3、) (1) 所采用的测试手段必须是可靠的和已被工程实践证明是准确的。 (2) 测试手段必须简便易行，适合施工现场条件和快速变化的施工速度。 (3) 所采用的测试方法和所埋设的测试元件或探头必须不能影响和妨碍结构的正常受力，或有损结构的变形刚度和强度特性。 (4) 测试方法不应该是单一的，而需采纳多种手段、施行多项内容、设置多道防线的测试方案,6-4 监测方案和测点布置原则,一、监测方案的制定 1. 制定步骤 (1) 收集和阅读有关场地地质条件、结构构造和周围环境的有关材料； (2) 现场踏勘，重点掌握地下管线走向，与围护结构的对应关系，以及相邻构筑物状况； (3) 拟定监测方案初稿，提交工程建

4、设单位和监理单位讨论审定。 (4) 监测方案在实施过程中适当调整与充实，但大的原则一般不能更改，特别是埋设元件的种类和数量、测试频率和报表数量等应严格按审定的方案实施,6-4 监测方案和测点布置原则,2. 监测方案内容 (1) 工程概况： 主体结构； 围护结构； 地质条件。 (2) 监测目的。 (3) 监测内容。 (4) 监测方法：元件埋没；监测仪器；测试频率。 (5) 监测成果提交：日报；监测总结报告。 (6) 监测费用：材料费；人工费；技术费,10-4 监测方案和测点布置原则,二、测点布置原则 同类测试内容中元件或探头的设置方式和数量。 1. 桩墙顶水平位移和垂直沉降 桩墙顶水平位移和垂直

5、沉降是基坑工程中最直接、最重要的观测内容。测点一般布置在与桩墙刚性连接的围护结构钢筋泥凝土圈梁表面上，采用铆钉枪打入铝钉，或钻孔埋设膨胀螺丝，也有涂红漆等作为标记的。测点的间距一般取为612m，可以等距离布设，亦可根据现场通视条件、地面堆载等具体情况随机布置。 沉降观测基准点问题,6-4 监测方案和测点布置原则,6-4 监测方案和测点布置原则,6-4 监测方案和测点布置原则,2桩墙深层挠曲 桩墙深层挠曲观测，亦称桩墙测斜，是深基坑位移控制的重要手段。考虑到埋设的难度和量测工作量较大的状况，测点一般均布置在围护结构的各边跨跨中。对于个别大于50m的边长，可以考虑增加12个测点。测斜管通常绑扎在钢

6、筋笼上，同步放入成孔或成槽内，通过浇筑混凝土固定于桩墙之中。管长一般取为与桩墙长度一致，并延伸至地表,10-4 监测方案和测点布置原则,3支撑轴力 测点布置主要由平面、立面和断面三方面因素决定。 平面上应选择轴力最大的杆件或平面净跨较大的支撑杆件布设测点。 各道支撑的测点均应设置在同一平面位置。这样从轴力时间曲线上就可很清晰地观察到各道支撑设置受力拆除过程中的内在相互关系。 采用钢筋应力传感器量测支撑轴力，需要确定量测断面内测试元件布设数量和位置，测试断面内一般配置四个钢筋应力传感器,6-4 监测方案和测点布置原则,6-4 监测方案和测点布置原则,4坑外地下水位 坑外地下水位一般通过观测井观测

7、，井内设置带孔塑料管，井用砂石充填管壁外侧。观测井布设位置较为随意。只要设置在止水帷幕以外即可。如能参照搅拌桩施工搭接、相邻房屋与地下管线相对密集位置布设则更能满足环境保护的要求。观测井不必埋没很深，管底标高一般在常年水位以下45m即可,6-4 监测方案和测点布置原则,三、监测周期与频率,6-4 监测方案和测点布置原则,有关监测频率尚需注意： (1) 应当十分重视各监测内容初读数的准确性。基坑开挖前所测读得到的数值是判别施工安全的基准点，应是连续三次测得的数值基本一致后才能将其定为初读数，否则应继续测读。 (2) 测读的数据应尽可能在现场整理分析，尽快提交工程施工单位和项目决策部门，以此安排和

8、调整生产进度。监测数据再准确，错过工程施工的最佳时机，其对工程开展的指导意义即荡然无存。在某种意义上，监测成果提交的及时性比单纯增加测读次数更为重要,10-5 测试元件与测试仪器,一、土压力测试 桩墙侧向水土压力的监测通常采用在桩墙迎土面埋设土压力传感器，通过相应的接收仪器来读取所需的数据。常用的土压力传感器有钢弦式和电阻式两大类，相应的接收装置为频率仪和电阻应变仪。 传感器埋设方法： （1） 挂布法 （2） 顶入法 （3） 弹入法 （4） 钻孔法,6-5 测试元件与测试仪器,1挂布法 步骤： (1) 布帘制备。 (2) 土压力盒固定。 (3) 布帘固定。 (4) 钢筋笼入槽。 (5) 混凝土

9、浇筑。 特点：方法可靠，埋设元件成活率高，缺点在于所需材料和工作量大，由于大面积铺设很可能改变量测槽段或桩体的摩擦效应，影响结构受力,6-5 测试元件与测试仪器,2顶入法 顶入法有气顶和液压顶两种方法 顶入法操作简便，效果理想，但需将千斤顶埋入桩墙，加上气、液压驱动管道，投入成本较高,6-5 测试元件与测试仪器,3弹入法 弹入法的关键在于必须保证弹入装置具备足够的量程，保证压力盒抵达槽壁土层,6-5 测试元件与测试仪器,4钻孔法 将压力盒固定在定制钢骨架上，通过在围护外侧土中钻孔、沉放、回填进行埋设. 该法特别适于预制打入式排桩结构。因钻孔回填砂石固结需要时间，故传感器前期数据偏小。另外，钻孔

10、位置与桩墙之间不可能直接密贴，需要保持一段距离，因而测得的数据与桩墙作用荷载相比具有一定近似性,6-5 测试元件与测试仪器,二、桩墙深层挠曲测试 围护桩墙深层挠曲通常是采用测斜手段观测的。测斜装置由测斜管、测斜仪、数字式测读仪三部分组成，其中测斜管埋设固定于桩墙内，量测时将测斜仪伸入测斜管，并由引出的导线将测斜管，亦即桩墙的挠曲量值瞬时反映在测读仪上,6-5 测试元件与测试仪器,6-5 测试元件与测试仪器,6-5 测试元件与测试仪器,6-5 测试元件与测试仪器,测斜管的埋设方式： (1) 钻孔埋设。主要用于土层深层挠曲测试，需注意回填、定向问题； (2) 绑扎埋设。主要用于桩墙体深层挠曲测试，

11、需注意抗浮、定向、纵向旋转、管端保护等问题； (3) 预制埋设。主要用于打入式预制排桩挠曲测试。桩端需做局部保护处理，制桩、运桩、打桩等诸家单位需协调与配合。仅适用于开挖深度较浅、排桩长度不大的基坑工程,6-5 测试元件与测试仪器,测斜管的保护： (1) 埋设阶段。专人配合施工单位将钢筋笼放入槽孔，防止测斜管上浮、断裂、扭转和偏转角度。 (2) 施筑圈梁阶段。设置水平圈梁时需凿除桩墙顶的翻浆层，此时管顶易因施工遇到损坏或截断。可以采取测斜管外局部设置金属套管予以保护，并加强观察，及时纠正现场出现的不适当做法。 (3) 开挖阶段。基坑监测周期较长，期间测点因堆放重物、往管中投块石杂物或敲打致坏现

12、象时有发生，可在测斜管管口处砌筑盖井，测读时打开，平时遮盖,6-5 测试元件与测试仪器,三、支撑轴力与桩墙内力测试 采用钢筋混凝土材料制作的围护支挡构件，其内力或轴力通常是通过测定构件受力钢筋的应力。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器测定。目前工程中采用较多的有钢弦式和电阻式两类应力传感器,6-5 测试元件与测试仪器,对于钢筋混凝土支撑，其轴力大小根据钢筋与混凝土的变形协调假定求算： 式中， 支撑轴力； 混凝土和钢筋的弹性模量； 量测得到的钢筋应力； 支撑截面面积和钢筋截面面积,龄期、温 度等影响,6-5 测试元件与测试仪器,钢筋应力传感器的安装： 1. 焊接。一般与受力钢筋串

13、联焊接，但电焊高温对传感器环氧绝缘材料有不利影响，且易使传感器轴向偏心，故电焊时采取浇水强制冷却办法。 2. 螺母连接。先将连接螺母与受力钢筋进行碰焊连接，然后将定位杆代替传感器与钢筋一起绑扎,最后在下钢筋笼之前将传感器放入。按此操作可以保证所放置钢筋应力传感器的质量。 3. 丝扣连接,6-5 测试元件与测试仪器,6-5 测试元件与测试仪器,H型钢、钢管等钢支撑的轴力测试： 1. 压力传感器法。通过串联安装相同断面尺寸的压力传感器的方式来观测支撑轴力的变化，这些压力传感器体积大，压力高，运到现场安装后，即可直接测读。 2. 应变位移计法。在现场监测环境许可条件下，在钢支撑表面直接粘贴底座并安装

14、电阻应变式位移计，通过量测受荷后的轴向压缩量来推算支撑轴力。 3. 应变片法,6-5 测试元件与测试仪器,四、孔隙水压力测试 探头分为钢弦式、电阻式和气动式三种,6-5 测试元件与测试仪器,孔隙水压力探头埋设： 通常采用钻孔埋设。先钻机成孔，然后在孔底填入部分干净的砂，再将探头放入，并在探头周围填砂，最后采用膨胀性粘土或干燥粘土球将钻孔上部封好。 在同一钻孔中埋设多个孔隙水压力探头时，需要采用干土球或膨胀性粘土将各个探头进行严格相互隔离,6-4 测试元件与测试仪器,五、土体分层沉降测试,6-5 测试元件与测试仪器,将带有磁环的分层沉降管埋入土层中，并回填密实，然后测出管口标高和各道磁环的初始位

15、置，基坑开挖后量测磁环的新位置，与初始值的垂直差值即为磁环所在地层的沉降增量。量测磁环位置时，要求缓慢上下移动伸入管内的电磁感应探头，当接收仪上的指针偏转最大时，即为磁环位置，从钢尺上读出其所在深度,6-5 测试元件与测试仪器,六、相邻建筑物的变形观测 建筑物的变形观测可分为沉降观测、测斜观测和裂缝观测三部分内容。观测前，必须收集和掌握以下资料： (1) 建筑物结构和基础设计资料，如受力体系、基础类型、基础尺寸和埋深、结构物平面布置及其与基坑围护的相对位置等； (2) 地质勘探资料，包括土层分布及各土层的物理力学性质、地下水分布等； (3) 基坑工程的围护体系、施工计划、地基处理情况和坑内外降

16、水方案等,6-5 测试元件与测试仪器,1建筑物沉降观测 沉降观测点布设（位置、数量、埋设方式），应根据基坑开挖有可能影响到的范围和程度，同时计入建筑物本身的结构特点和重要性全盘考虑和确定。通常，测点布置在承重构件或基础的角点上，长边上可适当加密。一般采用铆钉枪、冲击钻等将铝合金铆钉或膨胀螺丝固定在建筑物基础和外墙表面，亦可在显著位置涂上红漆作为搁尺量侧的记号,6-4 测试元件与测试仪器,沉降观测点埋设图,6-4 测试元件与测试仪器,沉 降 观 测 点 埋 设 图,6-4 测试元件与测试仪器,与建筑物永久沉降观测相比，基坑施工引起的沉降观测可以在精度上适当放宽，关键在于对沉降的变化率要有明显的反

17、映。在某种意义上，沉降速率比其绝对沉降量更为重要。根据建筑物种类和用途区别对待，不同设防，特别要重视变电站、锅炉房、居民住宅、校舍等涉及人民生命安全的楼宇，发现险情，及时报警，尽快撤离； 基准点必须设置在基坑影响范围之外，同时要考虑到重复量测、通视等便利。要重视初始读数的准确性和精确度,6-4 测试元件与测试仪器,2. 建筑物倾斜观测 房屋倾斜量值是判别建筑物是否安全的基本控制量，建筑地基基础设计规范对建筑物允许倾斜量有具体规定,B,6-4 测试元件与测试仪器,3建筑物裂缝观测 建筑物裂缝有直接观测和间接观察两种。直接观测是将裂缝进行编号并划出测读位置，通过裂缝观测仪进行裂缝宽度测读，该仪器肉

18、眼观测的精度为0.1mm，在无裂缝观测仪的情况下，也可更简单地对照裂缝宽度板大致确定所观察裂缝的宽度,10-4 测试元件与测试仪器,间接测量方法： (1)石膏标志方法。将石膏涂盖在裂缝上，长约250mm，宽约5080mm，厚约10mm。石膏干后，用色漆在其上标明日期和编号,2) 薄铁片标志方法。用两片厚约0.5mm的铁片，首先将方形铁片固定在裂缝一侧，使其边缘与裂缝边缘对齐。然后将矩形铁片一端固定在裂缝另一侧，另一端压在方形铁片上约75mm。将两铁片全部涂上红漆，并在其上写明设置日期和编号,6-4 测试元件与测试仪器,七、相邻地下管线的沉降观测 管线监测内容包括垂直沉降和水平位移两部分，其测点

19、布置和监测频率应在对管线状况进行充分调查，与管线单位充分协商后确定。调查内容： （1）管线埋置深度和埋设年代。 （2）管线所在道路的地面人流与交通状况 （3）基坑围护结构施工和土方开挖过程。采用土力学与地基基础的有关公式预估地下管线的最大沉降，为量测数据分析提供依据,6-4 测试元件与测试仪器,目前工程中主要采用间接测点和直接测点两种形式。间接测点又称监护测点，常设在管线轴线相对应的地表或管线的窨井盖上。直接测点是通过埋设一些装置直接测读管线的沉降，常用方案有抱箍式和套筒式,6-5 监测报表和监测报告,一、监测报表 监测报表一般形式有当日报表、周报表、月报表，其中，当日报表最为重要，通常作为施

20、工调整和安排的依据。 当日报表应根据测试内容，如桩墙顶水平位移与垂直沉降、桩墙体深层挠曲、支撑轴力等分成若干种类编制不同表格。报表由标题、测试数据、落款等三部分组成，其中，标题应标明监测内容、测试日期与时间、报表编号等，其中，报表编号可按测试内容分别编制。测试数据是报表的主要部分，应提供测点编号、初始值、本次测试值、较上次测试的增量值、变化速率。落款部分应标明监测单位、测试入员、填表人员、审核审定人员等,6-5 监测报表和监测报告,6-5 监测报表和监测报告,二、稳定判别准则 稳定判别准则就是对基坑工程设定一个定量化指标系统，在其容许的范围认为工程是安全的，否则则认为工程是非稳定或危险的。 一

21、般参照以下三方面的资料确定稳定判别准则： （1）设计预估值。 （2）经验类比值。 （3）有关规定值,6-5 监测报表和监测报告,6-5 监测报表和监测报告,6-5 监测报表和监测报告,相邻建筑物的安全与正常使用判别准则应参照国家或地区的建筑物检测标准确定。地下管线的允许沉降和水平位移量值由管线主管单位根据管线的性质和使用情况提出,6-5 监测报表和监测报告,三、监测报告 监测报告需要述及以下方面： （1）监测工作的实施情况，与拟定的测试方案相比，在测试内容、测点布置、测试频率、测试周期等方面哪些已完成，哪些有所调整。 （2）基坑各部分受力和变形监测的完整曲线、定量和变化规律，提出各关键构件或位置的变位或内力的最大值，与原设定的稳定判别标准的比较，并简要阐述其产生的原因。 （3）监测工作的总结与结论，其中包括对基坑围护结构的受力和相邻环境影响作出总体评价，需要特别说明的技术问题等,6-6 基坑工程监测实例 金穗大厦基坑工程,一、工程概况 金穗大厦位于浦东陆家嘴金融贸易区，基坑开挖深度10.25m，局部12.35m，基坑的平面与相邻构筑物位置见图。场