基坑工程施工监测技术总结

第10章基坑工程施工监测主要内容概述监测内容及方法监测技术设计监测数据整理与分析基坑监测实例10.1概述

基坑在开挖过程中，开挖区的自然状态发生了变化，基坑内外的土体也由原来静止的土压力状态向被动和主动的土压力状态转变，应力状态的改变首先引起基坑支护结构承受荷载而内力发生改变，其次引起坑内土体隆起、基坑支护结构及其周围土体的侧向位移和沉降，如果内力和变形的量值超过允许的范围，将导致基坑的失稳甚至破坏。目前的基坑工程主要集中在城市，基坑周围有较多的地上和地下建构筑物，地上的建构筑物相当于庞大的集中荷载，加剧基坑内外土体的变形，土体的过大变形又促使地上和地下建构筑物产生较大的变形甚至破坏，如地上建构筑物的倾斜、裂缝和地下管线的破裂等。监测目的（1）保证基坑支护结构和邻近建筑物的安全；（2）验证设计所采取的各种假设和参数，并进行及时的修正和完善；（3）不断积累工程经验，提高基坑工程设计和施工的水平。

10.2监测内容及方法

监测内容基坑工程施工监测的对象主要为围护结构和周围环境两大部分；围护结构包括围护桩墙、水平支撑、围檩和圈梁、立柱、坑底土层和坑内地下水等；周围环境包括周围土层、地下管线、周围建筑和坑外地下水等；各个监测对象包含不同的监测内容，需要使用相应的监测仪器和仪表。表10.1基坑工程施工监测的内容序号监测对象监测内容监测仪器和仪表（一）围护结构1围护桩墙桩墙顶水平位移与沉降全站仪、水准仪等桩墙深层位移测斜仪等桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪等桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头、频率仪等2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪等3围檩、圈梁内力钢筋应力传感器、频率仪等水平位移全站仪等4立柱沉降水准仪等5坑底土层隆起水准仪等6坑内地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等（二）周围环境7周围土层分层沉降分层沉降仪、频率仪等水平位移全站仪等8地下管线沉降水准仪等水平位移全站仪等9周围建筑沉降水准仪等倾斜全站仪等裂缝裂缝监测仪等10坑外地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等分层水压孔隙水压力探头、频率仪等表10.1基坑工程施工监测的内容围护桩墙顶水平位移监测水平位移监测方法有极坐标法、前方交会法、视准线法等多种，由于全站仪的普及及应用，目前也可以采用全站仪坐标测量功能直接测定测点的坐标，并通过测点的坐标计算相邻周期的位移量和累积位移量。基坑开挖前，测点坐标应至少连续观测2次，取无明显差异结果的平均值作为坐标初始值。为了充分描述基坑的变形情况，便于施工监理和施工单位的理解和把握，位移的方向一般确定为基坑的纵横轴线方向。基坑沉沉降监监测的的目的的首先先是为为了保保证基基坑的的施工工安全全，因因此必必须具具有较较高的的监测测精度度。目前，精密密水准测量量方法广泛泛应用于基基坑的沉降降监测。测量时，一一般自工作作基点经过过各个监测测点形成一一条或多条条闭合路线线，如果特特殊点位只只能采用支支水准路线线进行监测测，应进行行往返测量量，往返高高差之差也也应满足精精密水准测测量相应的的观测要求求。围护桩墙顶顶沉降监测测深层水平位位移监测深层水平位位移指基坑坑围护桩墙墙和土体在在不同深度度上的水平平位移，通通常采用测测斜仪测量量。测斜仪由测测斜管、测测斜探头、、连接电缆缆和测读仪仪组成。测斜管一般般在基坑开开挖前埋设设于围护桩桩墙和土体体内，根据据其制造材材料可分为为塑料（PVC）和铝合金两种种；测斜探头是倾角角传感元件，其其外观为细长金金属鱼雷状，上上、下两端配有有两对滑轮。连接电缆是连接接测斜探头和测测读仪的一条导导线，它具有四四个作用：作为为提升和下放探探头的绳索、作作为探头的深度度尺、向探头供供应电源、向测测读仪传递测量量信息。测读仪是测斜仪仪探头的二次仪仪表，以倾斜角角或其正弦值显显示探头的测量量信息。图10-1测斜仪种类测斜管埋设测斜管有绑扎埋埋设和钻孔埋设设两种方式。绑扎埋设是将测测斜管在现场组组装后绑扎在桩桩墙钢筋笼上，，随钢筋笼一起起下到孔槽内，，并将其浇筑在在混凝土中，浇浇筑前应封好管管底底盖并在测测斜管内注满清清水，防止测斜斜管在浇筑混凝凝土时浮起，防防止水泥沙浆渗渗入管内。钻孔埋设是预先先在土层中钻孔孔，孔径略大于于测斜管的外径径，将测斜管封封好底盖逐节组组装逐节下放到到钻孔内，同时时在测斜管内注注满清水，直到到放到预定的标标高，随后在测测斜管与钻孔之之间回填细砂和和水泥与粘土拌拌合的材料固定定测斜管，用清清水将测斜管冲冲洗干净。埋设时应避免测测斜管的纵向旋旋转，管节连接接时应将上、下下管节的滑槽严严格对准，测斜斜管的一对凹槽槽与欲测量的位位移方向一致，，为确认测斜管管的导槽是否畅畅通，可先用探探头模型放入测测斜管滑行一次次。基坑回弹监测基坑开挖后，由由于卸除地基土土自重，引起基基坑底面及坑外外一定范围内土土体相对于开挖挖前的回弹变形形，称基坑回弹弹。深大基坑土体的的回弹量对基坑坑本身和邻近建建筑物将产生一一定的影响。基坑回弹可采用用回弹监测标和和深层沉降标进进行监测，如果果进行分层沉降降监测，当分层层沉降环埋设于于基坑开挖面以以下时，监测到到的土层隆起也也相当于基坑回回弹量。图10-2回弹监测标回弹监测标埋设设和观测采用钻孔法，钻钻杆外径与标志志的直径相适应应。钻至基坑设设计标高以下20cm时，将回弹监测测标旋入钻杆下下端，沿钻孔缓缓慢放到孔底，，并压入孔底土土中40~50cm，此时回弹标尾尾部已被压入土土中，旋开钻杆杆使回弹标脱离离钻杆，提起钻钻杆。放入辅助测杆杆，用辅助测测杆上的测头头进行水准测测量，确定回回弹标顶面高高程。测完后，将辅辅助测杆、保保护管（套管管）提出地面面，用砂或素素土将钻孔回回填，为开挖挖后方便地找找到回弹标，，可先用白灰灰回填5cm左右。回弹监测不应应少于三次，，具体安排是是：第一次在在基坑开挖之之前，第二次次在基坑挖好好之后，第三三次在浇灌基基础混凝土之之前。当基坑坑挖完至基础础施工的间隔隔时间太长时时，应适当增增加监测次数数。土体分层沉降降监测土体分层沉降降是指地表以以下不同深度度土层内点的的沉降或隆起起，通常用磁磁性分层沉降降仪测量。磁性分层沉降降仪由对磁性性材料敏感的的探头、埋设设于土层中的的分层沉降管管和钢环、带带刻度标尺的的导线以及电电感探测装置置组成。分层沉降管由由波纹状柔性性塑料管制成成，管外每隔隔一定的距离离安放一个钢钢环，土层分分层沉降时钢钢环也同步沉沉降。磁性分层沉降降仪测量原理理分层沉降管和和钢环的埋设设分层沉降管和和钢环应采用用钻孔法在基基坑开挖前预预先埋设。先在预定位置置钻孔，取出出的土分层分分别堆放，当当孔底标高略略低于欲测量量土层的标高高时，提起套套管30~40cm，然后将引导导管逐节连接接并放入到孔孔底监测点位位置。引导管放好后后，用膨胀粘粘土球填充引引导管与孔壁壁间的缝隙，，并捣实到最最低的沉降环环位置，再用用一只铅质开开口送筒装上上沉降环，套套在引导管上上并送至预埋埋位置，再用用直径5cm的硬质塑料管管把沉降环推推出并压入土土中，弹开沉沉降钢环卡子子，使沉降环环的弹性卡子子牢固地嵌入入土中，提起起套管至待埋埋沉降环位置置以上30~40cm，当钻孔内回填该该层土球至要埋的的沉降环标高处，，再用如上步骤推推入上一个标高的的沉降环，直至全全部埋完。固定孔口，做好孔孔口的保护装置。。观测方法测量时，当探头从从引导管缓慢下放放到预埋的沉降环环时，电感探测装装置上的蜂鸣器发发出叫声，此时根根据测量导线上的的标尺在孔口的刻刻度以及孔口的标标高，可计算沉降降环所在位置的标标高，测量精度可可达±1mm。沉降环埋好后，就就可以测量孔口标标高和各个沉降环环的初始标高，用用各个沉降环的初初始标高减去基坑坑开挖过程中测得得的标高，获得各各土层在施工过程程中的沉降或隆起起。支挡构件内力监测测采用钢筋混凝土材材料制作的基坑支支挡构件，其内力力或轴力通常是在在钢筋混凝土中埋埋设钢筋计，通过过测定构件受力钢钢筋的应力或应变变，根据钢筋与混混凝土的变形协调调原理进行计算。。钢筋计主要有钢弦弦式和电阻应变式式两种，二次仪表表分别用频率计和和电阻应变仪。（a）钢筋应力计布置置（（b）钢筋应变计布置置图10-4钢筋计的布置10.3监测技术设计准备工作通过个人接触和会会议等形式，与建建设单位、设计单单位、施工单位、、监理单位进行沟沟通和协调，听取取他们对基坑监测测的意见和要求，，争取他们对基坑坑监测工作的支持持。收集工程地质勘察察报告、基坑支护护结构设计图、工工程主体结构设计计图、施工区地形形图或平面图、综综合管线图、基坑坑施工组织设计等等，并组织主要监监测人员进行认真真分析和研究。现场踏勘和调查，，掌握开挖区周围围地面建构筑物和和地下管线的状况况，根据监测内容容考虑监测点的布布置和确定监测技技术方法等系列问问题。技术设计的内容工程概况；监测内内容的确定；监测测点位的布设；监监测仪器仪表的选选择和监测方法、、精度的确定；监监测频率和期限的的确定；预警值和和报警制度的制定定等。技术设计初稿必要要时可征求有关方方的意见并进行修修改，当通过有关关各方认定后，具具体实施中一般不不作大的变动，但但可以根据具体情情况作局部调整。。监测内容的确定基坑施工监测的内内容见表10.1。对一个具体的基坑坑工程，监测内容容应根据具体情况况而定，主要取决决于工程的设计要要求、地质条件、、规模大小、周围围环境以及建设单单位的要求等；表10.2是国家行业标准《建筑基坑支护技术术规程》JGJ120-99规定的基坑侧壁安安全等级，以及据据此等级确定的监监测内容。表10.2基坑工程安全等级级及监测内容监测内容安全等级一级二级三级支护结构水平位移●●●周围建筑物及地下管线变形●●○地下水位●●○桩墙内力●○锚杆拉力●○支撑轴力●○立柱变形●○土体分层沉降●○支护结构侧向压力注：1.一级、二级、三级级分别表示破坏后后果很严重、一般般、不严重。2.●应测；○宜测；可测。监测点位的布设（1）桩墙顶水平位移移和沉降测量点分为基准点点、工作基点和监监测点。监测点一般布设在在围护结构混凝土土圈梁上和水泥搅搅拌桩、放坡开挖挖时的上部压顶上上，要求既不易被被破坏，又能真实实反映基坑的变形形，当基坑有支撑撑时，监测点一般般布设在两根支撑撑的跨中。监测点可采用铆钉钉枪打入铝钉或钻钻孔埋设膨胀螺丝丝，测点间距一般般取8~15m，可以等距离布设设，也可以根据场场地堆载、通视条条件等具体情况不不等距离布设，对对于水平位移变化化剧烈的区域应适适当增加点数。采用全站仪进行监监测时，监测标志志的直径与仪器基基座底孔的直径接接近，方便于强制制安装反射棱镜，，提高监测精度。。沉降监测点点标志可与与水平位移移监测点标标志分开布布置，也可可以共用。。立柱桩上上方一般要要布设监测测点，对多多根支撑交交汇的以及及用作施工工栈桥处的的立柱桩应应重点监测测。（2）深层水平平位移深层水平位位移监测点点的点位与与数量根据据设计和工工程需要确确定。一般来说说，基坑坑的短边边中间部部位应布布设一个个监测点点，长边边上应每每隔30m左右布设设一个监监测点。。监测深度度一般与与围护桩桩墙深度度一致，，深度方方向的测测点间距距一般取取0.5~1.0m。（3）基坑回回弹基坑回弹弹监测点点根据基基坑形状状及地质质条件布布设，以以最少的的点数测测出所需需各纵横横面回弹弹量为原原则，可可利用回回弹变形形的近似似对称特特性布点点。基坑中央央和距离离坑底边边缘约1/4坑底宽度度处应布布点，方方形、圆圆形基坑坑可按单单向对称称布点，，矩形基基坑可按按纵横向向对称布布点，复复合矩形形基坑可可多向布布点。对基坑外外的监测测点，应应在所选选坑内方方向线的的延长线线上布点点，离基基坑距离离约为1.5~2倍基坑深深度。（4）土体分分层沉降降分层沉降降监测点点点位根根据设计计和工程程需要确确定。一般布设设在围护护结构体体系中受受力有代代表性的的位置，，应紧邻邻围护桩桩墙埋设设。点的数量量与深度度根据分分层土的的分布情情况确定定，原则则上每一一土层设设一点，，最浅的的点低于于基础底底面至少少50cm，最深的点应应在超过压缩缩层理论厚度度处。（5）结构内力对于设置内支支撑的基坑工工程，可选择择部分典型支支撑进行轴力力变化监测。。支撑轴力的测测点布设主要要由平面、立立面和断面三三种因素决定定。由于基坑开挖挖、支撑设置置和拆除是一一个动态过程程，在立面方方向不同标高高处的各道支支撑都应监测测，各道支撑撑的测点应布布设在同一平平面轴力最大大的杆件上。。在缺乏计算资资料的情况下下，通常选择择平面净跨较较大的支撑杆杆件进行监测测，监测断面面布设在支撑撑的跨中位置置。围护桩墙的的内力监测测点布设在在围护结构构体系中受受力有代表表性的钢筋筋混凝土支支护桩或地地下连续墙墙的主受力力钢筋上。。（6）坑外地下下水在基坑降水水期间，坑坑外地下水水监测的目目的在于检检验基坑止止水帷幕的的效果，必必要时采取取灌水补给给措施，避避免基坑降降水对周围围环境的影影响。坑外地下水水一般通过过监测井监监测，井内内设置带孔孔塑料管，，并用砂石石充填管壁壁外侧。监测井布设设在止水帷帷幕以外，，其位置根根据搅拌桩桩施工搭接接、相邻房房屋和地下下管线的具具体情况选选择。监测井不必必很深，管管底标高一一般在常年年水位以下下4~5m。（7）周围环境境周围环境主主要指基坑坑开挖3倍深度范围围内的建构构筑物和管管线，主要要为沉降监监测。建构筑物测测点主要布布设在墙角角、柱身等等特征部位位，能充分分反映建筑筑物各部分分的不均匀匀沉降。管线上测点点的布设要要考虑其重重要性和变变形的敏感感性，如上上水管承接接式接头应应按2~3节度布设1个监测点，，有弯头和和丁字形接接头处应布布设监测点点。监测期限和和频率的确确定基坑监测贯贯穿基坑开开挖和地下下结构施工工的全过程程，即从基基坑开挖第第一批土到到地下结构构施工至±0.00标高，基坑坑越大，施施工时间越越长，监测测期限就越越长。监测频率可可根据实际际情况参照照规范执行行。预警值和报报警制度的的制定预警值是一一个定量指指标，在其其允许范围围内可认为为工程是安安全的，否否则认为工工程处于不不稳定状态态，将对工工程自身及及其周围环环境产生有有害影响。。确定预警值值时应注意意下列基本本原则：（（1）满足现行行相关规范范和规程的的要求；（（2）满足工程程设计的要要求；（3）考虑各主主管部门对对所辖保护护对象的要要求；（4）考虑工程程质量、施施工进度、、技术措施施和经济等等因素。目前，预警警值的确定定主要参照照现行规范范和规程的的规定值、、设计预估估值和经验验类比值。。表10.3基坑工程等等级划分及及变形监控控允许值安全等级一级二级三级破坏程度很严重严重不严重工程复杂程度基坑深度（m）>149~14<9地下水埋深（m）<22~5>5软土层厚度（m）>52~5<2基坑与周围建筑边缘净距（m）<0.5h0.5~1.0h>1.0h监控内容监控值设计值监控值设计值墙顶位移（mm）30506080宜按二级标准控制，当环境条件许可时可适当放宽墙体最大位移（mm）608090120地面最大沉降（mm）305060100最大差异沉降（mm）6/100012/100010.4监测数据整整理与分析析监测数据整整理基坑监测内内容较多，，监测前应应设计各种种不同的外外业记录表表格；记录表格的的设计应以以记录和数数据处理的的方便为原原则，在监监测中观测测到的或出出现的异常常情况也应应在记录表表格中有所所体现；为表明原始始成果的真真实性，记记录表格中中的原始数数据不得随随意更改，，必须更改改时，应加加以说明。。外业观测完完成后，应应及时分类类整理外业业记录表格格。监测成果是是施工安排排和调整的的依据，对对外业监测测数据应尽尽快进行计计算处理，，向工程建建设、监理理等有关单单位提交日日报表或当当期的监测测技术报告告。日报表中不不但要体现现当期的监监测成果，，还要体现现当期与以以往相关成成果的关系系，方便其其他单位或或人员更直直观地理解解和把握。。表10.4工程基坑沉降监测报报表首期观测时时间：..上期观测时时间：..本期观测时时间：..点名高程（m）沉降量（mm）沉降速率（mm/d）累积沉降量（mm）备注首期上期本期注：1.沉降量=上期高程-本期高程；；沉降速率率=沉降量/间隔天数；；累积沉降降量=首期高程-本期高程。。2.“+””表示下沉，，“-”表示上升；；预警值为为mm/d和mm，“红色””表示超过过预警值。。总结报告的的主要内容容（1）工程概况况；（2）监测内容容和控制指指标；（3）监测仪器器仪表、监监测方法、、监测周期期、数据