地下工程监测与检测技术第三章基坑工程监测

地下工程监测与检测技术第三章基坑工程监测人民交通出版社基坑工程监测的目的基坑工程监测的内容及测试方法基坑工程监测的相关规定工程实例内容提要与自然地质条件密切相关与环境密切相关与基坑工程的施工密切相关技术综合性强第一节基坑工程监测的目的一.基坑工程的特点二.基坑工程监测的必要性坍塌前基坑南侧支护北京某地铁车站基坑坍塌事故坍塌后供水管线断裂情况从西向东看基坑南侧污水管线情况三.基坑监测的目的为施工开展提供及时的反馈信息确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全作为设计与施工的重要补充手段作为施工开挖方案修改的依据积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平监测数据也是解决法律纠纷的有力证据监测工作还是发展设计理论的重要手段第二节基坑工程监测的内容及测试方法一.监测内容基坑监测项目根据基坑侧壁安全等级确定，可参照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）执行。

监测的基本要求有计划的监测工作，编制监测方案；监测数据的真实性和可靠性；监测数据的及时性，动态控制，全程控制；警戒值的确定及相应的预警方案；监测资料的完整性。基坑工程监测测项目一览表表基坑工程现场场监测内容及及测试方法1.监测方法选择择的基本要求求（1）所采用的监测测方法必须是是可靠的和已已被工程实践践证明是准确确的；（2）监测方法须简简便易行，适适合施工现场场条件和快速速变化的施工工速度；（3）采用的监测方方法和埋设的的测量元件或或探头不影响响和妨碍结构构的正常受力，或有有损结构的变变形和强度特特性(4)监测方法不应应是单一的，，需采用多种种手段、施行行多项内容、、设置多道防线的测试试方案监测数据的及及时性，动态态控制，全程程控制；二.监测方法变形监测内容监测目的沉降监测地表沉降基坑开挖对地表的影响临近建筑物沉降基坑开挖对临近建筑物的影响地下管线变形基坑开挖对管线的影响土层分层沉降基坑开挖对深层土体、围护结构的影响基坑回弹基坑开挖对坑底的影响水平位移监测地表水平位移基坑开挖对周围土体的影响深层水平位移基坑开挖对周围土体和围护结构的影响2.变形监测地表水平位移移监测地表水平位移移一般包括墙墙(坡)顶、地表面及及地下管线的的水平位移。。常用的监测仪仪器有GPS、全站仪、经经纬仪等设备备。地表水平位移移监测基准点点应埋设在基基坑开挖深度度3倍范围以外不不受施工影响响的稳定区域域，或利用已已有稳定的施施工控制点。。基准点设置视准线法是沿沿基坑边设置置一条视准线线，并在视准准线的两端埋埋设两个永久久工作基点A、B，A、B位于基坑两端端不动位置处处；在基坑边边AB方向线上有代代表性的位置置设置观测点点1,2,3......，间距一般为为8～15m,监测基坑开挖挖过程中1，2,3等点相对于AB连线的位移。。视准线法测墙墙顶位移基本原理地表面立面图平面图ABAB>3~5H>3~5H视准线测点间距8~15m布置在地表或或支护结构砼砼圈梁上50mm120mmABCD有支护基坑基本原理测量方法之视准线法AB经纬仪观测时，经纬纬仪先后视固固定觇标进行行定向，然后后再观测各观观测点上的活活动觇标，读读数。固定觇标活动觇标每个测点照准准3次，观测顺序序先由近及远远，再由远及及近；观测结结束时，再照准B，判定观测过过程中仪器是是否移动，若若有则重测。。A点观测完毕，，将仪器移至至B点，重新观测测。第一次观测值值与以后观测测值之差，即即为水平位移移。观测方法活动觇标观测测法2H测站点A观测点TS2S固定点A’β2H观测点TS2Sb’测站点A固定点A’优点：适用范范围广，精度度高，直观性性强，操作简简单；在位移量超过过觇标活动范范围时，仍能能使用；缺点：只能测测出垂直与视视准线方向的的位移分量，，难以确切测出出位移方向。。测量方法之小角度法（1）监测设备测斜管测头电缆测度仪测斜仪测斜管埋设在在围护结构或或土体中；量量测时将测头头沿管壁上导导槽滑入测斜斜管内；由电电缆将测斜管管水平位移反反映在测读仪仪上。深层水平位移移监测（2）测斜原理测斜仪量测的的原理图底端作为基准准点：顶端作为基准准点：基准点δ0基准点（3）测斜管的埋埋设原则和方方法方式一绑扎埋设方式二：钻孔孔埋设空隙内充填细细砂或水泥黏黏土拌合物管内灌水加盖并砌井方式三：预制制埋设埋设原则连接牢固；；滑槽严格格对准；管壁与土密密帖；加强强测点保护护。①基准点设设定：管顶，管底底每次测定坐坐标②连接仪器器设备，测测头放入测测斜管，每每0.5～１ｍ测读读测斜管倾倾角③读数完毕毕之后，进进行下一点点测试④全部测试试完毕，提提出测头，，旋转180度，再次施施测每次读数位位置相同（5）资料分析析得出水平位位移随深度度的分布曲曲线（4）测试方法法(1)监测范围H2-3H2-3H

（2）监测仪器：精密水准仪器，铟钢水准尺基准点测点沉降监测(3)基准点的设设置设置原则：：稳定、可靠靠；至少设设置3个；设置位置：：基坑开挖影影响范围之之外(至少大于5倍基坑开挖挖深度处)；基岩或原原状土层，，沉降稳定定的构筑物物基础上;要考虑测量量和通视的的便利。特例：土层层较厚;条件受限，，需在变形形区内设置置时Φ15mm钢筋打入地下1~1.5m>5H；30~50m基准点顶面用砼加固2~3H2~3H由密到疏布置测点；测点宜设在基坑纵横轴线或其他有代表性的部位。沿基坑纵向向每隔30m左右布设一一个监测断断面。沉降监测之之地表沉降监监测(1)监测断面布布置(2)断面间距（1）监测点数数量和位置置选择的影影响因素开挖的影响响范围；建建筑物的体体形、结构构形式;工程地质条条件;建筑物的重重要性。6~12m重型或动力力设备基础础一般建筑物物圆形和多边边形建筑物物基础类型、、埋深、荷荷载突变新老建筑物物长大建筑物物沉降缝工业厂房独独立柱基箱形基础（2）监测点的的布置沉降监测之之临近建筑物物沉降监测测（1）设置原则则：从基坑边缘缘至２～3倍开挖深度度范围内的的地下管线线（2）测点布置：管线的端点转角点接头长管线的中间部位

（3）管线监测常用方法：抱箍法，套管法管线抱箍测杆窨井现有路面井盖填土测杆硬塑料管或金属管管线现有路面填土抱箍法套管法优点精度高简单易行缺点凿路，开挖深度大观测精度低适用次级干道特别重要管道如燃气管道绝大部分管线沉降监测之之地下管线沉沉降监测（1）监测设备备及其安装装沉降管磁环测头基点测尺输出讯号指指示器分层磁性沉降仪沉降监测之之土体分层沉沉降监测（2）监测原理理及方法沉降管磁环测头基点测尺输出讯号指指示器磁环随土层层沉降而下下沉，当探探头遇到预预埋的磁环环时，干簧簧管的触点点便在磁场场的引力作作用下吸合合，接通指指示电路，，发出蜂鸣鸣声。H(沉降降环环标标高高)=Hj(基准准点点标标高高)-L(测头头至至基基点点距距离离)△H(某高高程程处处土土的的沉沉降降)=H0(基坑坑开开挖挖前前沉沉降降环环标标高高)-Ht(基坑坑开开挖挖后后沉沉降降环环的的标标高高)套管钻杆原始地面基坑设计标高200mm400~500mm500mm素土（1）回回弹弹标标及及其其埋埋设设（2）沉沉降降标标及及其其埋埋设设¼英寸钢管1英寸钢管3卡锚头原始地面量测土层标高>1个锚头长度钻孔底面量程范围沉降降监监测测之之基坑坑回回弹弹监监测测（3）监监测测点点的的设设置置（4）基基坑坑回回弹弹监监测测方方法法使用用仪仪器器：：精精密密水水准准仪仪基坑坑平平面面方法法：：量测测监监测测点点在在基基坑坑施施做做过过程程中中高高程程的的变变化化，，一一般般在在监监测测点点埋埋设设好好之之后后、、基基坑坑开开挖挖到到底底之之后后和和基基坑坑内内部部结结构构物物施施做做之之前前进进行行量量测测。。（1）用途途基坑坑围围护护结结构构沿沿深深度度方方向向的的弯弯矩矩；；基坑坑支支撑撑结结构构的的轴轴力力和和弯弯矩矩；；圈梁梁或或围围檩檩的的平平面面弯弯矩矩；；结构构底底板板所所受受的的弯弯矩矩。。（2）仪仪器器传感感器器：：钢钢筋筋应应力力计计(钢弦弦式式和和电电阻阻应应变变式式)；砼砼应应变变计计；；监测测仪仪表表：：频频率率仪仪或或电电阻阻应应变变仪仪；；3.支护护结结构构内内力力监监测测钢弦弦式式钢钢筋筋应应力力计计Φ12~40mm量测测砼砼内内钢钢筋筋应应力力砼应变计10cm，15cm量测砼内应变量量测砼支撑轴力(3)应力力计计、应应变变计计的的安安装装钢筋筋应力力计计：割断断主筋筋，，与与结结构构主主筋筋串串联联焊焊接接；；在在混混凝凝土土结结构构内内相相对对的的钢钢筋筋层层上上对对称称布布置置；；矩矩形形断断面面可可布布置置在在4个个角角点点处处。。。混凝凝土土应应变变计计：：并在在结结构构主主筋筋附附近近（（与与主主筋筋并并联联））；；伸出出两两边边的的钢钢筋筋长长度度不不小小于于砼砼长长度度的的35倍；；钢筋筋计计安安装装(4)墙体体内内力力的的监监测测：：在墙墙体体钢钢筋筋砼砼内内埋埋设设钢钢筋筋计计，，测测定定受受力力钢钢筋筋的的应应力力或或应应变变；；计算算求求得得其其内内力力。。墙体体内内力力监监测测点点的的布布置置平面面上上：：弯矩矩最大大处处；；支支撑撑间间距距最最大大处处；；受受力力较较复复杂杂处处；；有有代代表表性性的的地地方方；；立面面上上：：弯矩矩最最大大处处；；反反弯弯点点位位置置；；两两道道支支撑撑（（土土锚锚））的的跨跨中中；；内内支支撑撑及及拉拉锚锚所所在在位位置置；；各各土土层层的的分分界界面面、、配配筋筋率率改改变变处处。。平面上：轴力最大的支撑撑；支撑间间距最大处处的支撑；受力较复杂的的支撑；有有代表性的的支撑；立面上：平面测点对应的的每道支撑撑处都应测测。支撑轴力监监测点的布布置混凝土支撑撑轴力监测测截面应取取支撑中部部；钢支撑撑轴力监测测截面应取取支撑端部部。(5)支撑轴力监监测钢筋砼支撑钢筋应力计测量量钢筋应力力；砼应变变计测定砼砼应变；换算得支撑轴力力。

对于后三种监测方法:每个截面上均匀布置3个或4个监测元件；根据钢支撑截面积和平均应变，可以计算其轴力。钢支撑在钢支撑端部安装轴力计（串联），直接测得轴力；在钢支撑表面焊接钢弦式表面应变计，用频率计或应变仪测读；在钢支撑表面粘贴电阻应变片，用应变仪测读；在钢支撑上安装位移计或千分表，测得钢支撑变形。埋设锚杆拉力计计安装在承承压板与锚锚头之间；；钢筋应力计计：割断钢钢筋，与钢钢筋串联焊焊接；钢筋应变计计：焊在钢钢筋或钢管管上（与锚锚杆并联连连接）。(6)土层锚杆监测仪器和原理理锚杆拉力计计、频率仪仪或电阻应应变仪，直直接测得锚锚杆拉力；；钢筋应力计计、频率仪仪或电阻应应变仪，钢钢筋拉力乘乘以钢筋数数量；钢筋应变计计、频率仪仪或电阻应应变仪，计计算钢筋拉拉力，乘以以钢筋数量量。平面上：拉力最大的的锚杆；间间距最大处处的锚杆；；平面形状状较复杂处处的锚杆；；有代表性性的锚杆；；每道土层层锚杆中至至少测2根根；锚杆长长度、型式式、穿越的的土层不同同时，每种种情况至少少测2根；；立面上：平面测点对对应的每道道锚杆处都都应测。土层锚杆监监测点的布布置土压力的大大小直接决决定着挡土土结构物的的稳定和安安全；土压力的分分布在基坑坑开挖中呈呈现动态变变化；土体中的应应力状态与与土中的孔孔隙水压力力和排水条条件密切相关；；超孔压、、渗流？为什么要量量测？量测的目的的验证挡土构筑物物各特征部部位的土压压力及其沿沿深度分布布规律；监测开挖过程中中土压力和和孔隙水压压力的变化化；急剧变化时时，采取措措施。积累各种条件下下的土压力力和孔隙水水压力分布布规律，为为优化设计计提供依据据。4.土压力和孔孔隙水压力力量测监测设备钢弦式土压力盒p－总压力；k－压力计率定常数；f0－压力计零压是的频率；f－压力计受压后频率；土压力盒测得的压力为土压力和孔隙水压力总和。土压力盒使用之前必须标定。(1)土压力量测测土压力盒的的选用长期静态量测，，宜选用钢钢弦式；量程比预计压力力大2-4倍;较好的密封防水水新能;导线采用双芯带带屏蔽的橡橡胶电缆，，中间不允允许有接头头;土压力盒的布置能反映代表性位置处的土反力变化规律；代表性的结构断面和土层；反力变化较大的区域密布，不大的区域疏布;特殊情况希望解释特定现象的位置；理论计算不能得到精确解答的位置。土压力盒的的埋设方法法预先安装法法：适用于于钢板桩或或钢筋混凝凝土预制构构件；挂布法：适适用于地下下连续墙；；弹入法：适适用于地下下连续墙；；活塞压入法法：适用于于地下连续续墙；钻孔法：适适用于土层层中。预先安装法法土压力传感感器的应力力膜与构筑筑物表面平平齐，即结结构的迎土土面挂布法弹入法绘制土压力力随时间和和深度的变变化过程曲曲线。(2)孔隙水压力力量测监测设备u－孔隙水压力；k－压力计率定常数；f0－压力计零压是的频率；f－压力计受压后频率；仪器：孔隙隙水压力传传感器（孔孔隙水压力力计）和频频率仪。孔孔隙水压力力计的量程程取测点深深度处水柱柱的1.5~2.0倍。原理：探头头由金属壳壳体和透水水石组成。。孔隙水压压力计的工工作原理是是把多孔元元件（如透透水石）放放置在土中中，把土体颗粒隔隔离在元件件外面，而只让水进入有感应膜的容器内，，再测量容容器中的水压力，即可测出出孔隙压力力。孔隙水压力力计的埋设设方法压入法：直接将孔隙隙水压力计计压到埋设设深度，或或先钻孔至至埋设深度度以上1m处，再将孔孔隙水压力力计压至埋埋设深度，，用粘土球球封孔至孔孔口。适用用于较软土土质。钻孔法：适用于土层层中，原则则上一个钻钻孔只能埋埋设一个探探头。注意事项使用前：探头煮沸排气饱和；测量初始频率。安装时：测头至于有水的塑料袋，避免与大气接触缺点：压入法：压入产生土土体挠动，，引起超孔孔压，影响响量测精度度钻孔法：探头部位不不可能达到到原有密实实度，影响响量测精度度水位管：钻有小孔孔的塑料花花管，小孔孔为排水通通道，孔径径5mm，间距50cm，梅花形布钢尺：普通钢尺，直接量测，需和水位观测井配合使用。PVC水位管(1)监测仪器钢尺水位计钢尺水位计和水位探测仪：由探头、钢尺、电缆及指数灯、蜂鸣器、电压指示和绞盘等组成。探头放入埋设的水位管中，遇水发出蜂鸣声或电压指示等信号，由钢尺电缆上的刻度直接读出水位深度。5.地下水位监监测(2)钻孔埋设注意事事项钻孔后放入底部加盖的水位管；在水位管与孔孔壁间用干净细砂填实，之后用用清水冲洗孔底底，以防泥浆堵堵塞测孔；水位管与孔壁间最上面2米用黏土球封孔孔；水位管高出地面约约200mm，上面加盖；做好水位观测井的的保护装置。。一般只要设置置在止水帏幕幕以外即可；；搅拌桩施工搭搭接处；相邻建筑（构构）物处；地下管线相对对密集位置；；管底标高一般般在常年水位位以下4～5m。（3）坑外地下水位观观测布置要求求潜水水位监测测示意图承压水水位监测示意图第三节基坑坑工程监测的相相关规定一.监测点布置原原则基坑工程监测测点可分为基基坑及支护结结构监测点和和周围环境监监测点两大类类,监测点应该根根据具体情况况合理布置,可参照《建筑基坑工程程监测技术规规范》（GB50497-2009）执行。具体内容参见见前面各章节节内容及教材材和规范内容容。二、监测期限限与频率基坑开挖和地下结结构施工全过过程；连续开开展，全程监监控（1）监测期限（2）监测频率基坑工程监测频率率的确定应能能满足系统反反映监测对象象所测项目的的重要变化过过程而又不遗遗漏其变化时时刻的要求。。因此基坑工工程的监测频频率不是一成成不变，而是是根据基坑开开挖及地下工工程的施工进进程、施工工工况以及其他他外部环境影影响因素的变变化及时地作作出调整。现场仪器监测测的监测频率率（建筑基坑工工程监测技术术规范(GB50497-2009)）几点说明在基坑开挖前前，取连续3次测量无明显显差异时的测测值为初读数数；支撑（土锚））内等需随施施工进度而埋埋设的元件，，在埋设后读读取初读数；；埋设在土层中中的元件（土土压力盒、孔孔隙水压力计计、测斜管和和分层沉降环环等）最好在在基坑开挖1周前埋设；监测频率应随随基坑状况、、变化速率而而作适当调整整。监测数据必须须现场整理，，有疑问及时时复测；接近近或达到警戒戒值及时告知知，采取措施施。三、监测警戒戒值与警报(1)警戒值确定的的原则警戒值的作用：判断位移或受受力状况是否否超出允许的的范围；工程程是否安全可可靠；是否需需要调整施工工步骤或优化化原设计方案案。确定原则

满足设计计算的要求(支护结构内力控制)，不可超出设计值。

满足现行规程、规范的要求(位移或变形量控制)，不可超出规定允许值；满足保护对象的要求(对象的安全使用状态)，不致保护对象出现破坏；

综合考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济警戒值的组成：总允许变化量和和单位时间允允许变化量（2）警戒值的确确定预警值的确定定依据基坑的规模、、地质、水文文及其周边环环境情况；基坑的施工方方案；现行的相关规规范、规程(最大允许位移移和变形值)；设计计算预估估值（围护结结构和支撑轴轴力、锚杆拉拉力等）；各保护对象的的主管部门提提出的要求(最大允许位移移和变形值)；经验类比、专专家会议。建筑基坑工程程周边环境监监测报警值(《建筑基坑工程程监测技术规规范》(GB50497-2009))经验类比值(参考)监测统计分析对比报警安全分析原因采取措施位移时程曲线线变形加速度小小于0，则该该工程是稳定定的；变形加速度等等于0，工程程进入“定常蠕变”状态，须发发出警告；变形加速度大大于0，工程程进入“危险状态”，须立即停工工，进行加固固。各种时程曲线线、特征曲线线发生明显转转折点或突变变点，也应引引起重视。报警：接近警警戒值；出现现突然变化；；变化随时间间不趋于稳定定(3)监测报警预警制度达到报警值的的80%时，，在日报表上上作预警记号，口头报告管理理人员；达到报警值的的100%时时，在日报表表上作报警记号，写出书面报告面交管理理人员；达到报警值的的110%时时，在日报表表上作紧急报警记号，写出书面报告外，通知主管工程师立立即到现场调调查，开现场会，研究应急措施。四、监测报表表与监测报告告各监测项目时时程曲线；各监测项目的的速率时程曲曲线；各监测项目在在不同工况和和特殊日期变变化发展形象象图。如：围护墙顶顶、建筑物和和管线的水平平位移平面图图；深层侧向位移曲线线；不同深度度的孔隙水压压力和土压力力曲线。日报表：及时时报监理；存存档；周报表：作为为参加工程例例会的书面文文件；一周监监测成果的汇汇报；阶段报表：阶阶段成果总结结，掌握施工工中基坑工作作形状和发展展趋势。简单直观，尽尽可能采用图图形或曲线；；数据不得随随意修改和删删除；异常点点应说明；(1)监测报表(2)监测曲线工程概况；监测项目和各各测点的平面面和立面布置置图；所采用的仪器器设备和监测测方法；监测数据处理理方法、监测测结果汇总表表、有关汇总总和分析曲线线；对监测结果的的评价。(3)监测报告工程概况车站为地下两两层三跨岛式式站台，主体体结构呈南北北走向，轨顶顶标高28.986m，埋深15.6m左右，主体结结构南北长179.40m，其中南段长长约57.60m，宽33．00m；中间段长为为56.40m，宽为23.10m；北段长约65.40m，宽42.70m。该站结构底底板标高27.296m，底板埋深为为17.114～17.564m。主体结构顶顶板标高为35.60m左右，顶板埋埋深为9.0m左右。第四节工程程实例实例一：森林林公园南门地地铁车站北部部深基坑围护护结构变形特特性监测基坑围护方案案基坑剖面及土层分分布车站主体北区基坑坑剖面监测方案(1)测点布置围护桩桩体水水平位移（桩桩体变形）监监测点布置，，在基坑东西西两长边中点点的围护桩上上各布置一个个桩体水平位位移监测点，，编号为CX4和CX5；围护桩钢筋筋内力监测点点与桩体水平平位移监测点点布置在同一一根围护桩上上，编号为L4和L5。钢支撑轴力力监测点布置置，基坑内钢钢支撑共有两两层（1—1断面为三层)，每15m布置一个轴力力监测点，第第一层监测点点编号为Z1-8～Z1-14，第二层监测测点编号为Z2-8～Z2-14，第三层监测测点编号为Z3，共15个监测点。(2)监测仪器桩体变形采用用CX系列钻孔测斜斜仪测量；锚锚索应力采