工程变形监测：基坑工程的内容与方法

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：基坑工程施工监测的对象主要为维护结构和周围环境两部分。基坑及支护结构监测报警值见表5.3。工作基点的埋设应选在比较稳定且方便使用的位置，设立在大型工程施工区域内的水平位移监测工作基点宜采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移监测工作基点可采用钢管标。

5.2.1 监测的内容

当前，基坑支护设计尚无成熟的理论、有效的方法来计算基坑周围的土体变形，在施工中通过变形监测的数据，来指导基坑的开挖和支护，以避免或减轻其所造成的破坏性后果。

基坑工程施工监测的对象主要为维护结构和周围环境两部分。维护结构包括维护桩墙、水平支撑、围檩和圈梁、立柱、坑底土层和坑内地下水等。周围环境包括周围建筑、地下管线等。根据《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497—2009)，监测对象根据不同等级的基坑，包含不同的监测内容，具体见表5.1，对于应测项目，一般情况下监测频率按表5.2进行。基坑及支护结构监测报警值见表5.3。

表5.1 基坑监测的内容

注: 应测表示在正常情形下均应测量; 宜测表示条件许可时首先应测量; 可测表示在一定条件下可以测量。

表5.2 基坑开挖后的监测频率

注: 当支护结构开始拆除到完成后3d监测频率为1次/1d; 当基坑类别为三级时，监测频率可适当降低; 宜测、可测项目监测频率可适当降低。

表5.3 基坑及支护结构监测报警值

续表

注: h为基坑设计开挖深度;f1为荷载设计值;f2为构件承载能力设计值。

符合下列条件的为一级基坑:

(1)重要工程或支护结构做主体结构的一部分;

(2)开挖深度大于10m;

(3)与邻近建筑物、重要设施的距离在开挖深度以内的基坑;

(4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。

二级基坑为开挖深度小于7m，周围环境无特别要求的基坑，除此之外为三级基坑。

5.2.2 基坑工程监测方法

1. 现场观察

现场观察是指不借助于任何量测仪器，由有一定工程经验的监测人员用肉眼凭经验获得对判断基坑稳定和环境安全性的有用信息。

观察围护结构和支撑体系的施工质量、围护体系是否渗漏水及其渗漏水的位置和渗水量、施工条件的改变情况、坑边荷载的变化、管道渗漏和施工用水的不适当排放以及降雨等气候条件等与基坑稳定和环境安全性关系密切的信息。同时，还需密切注意基坑周围的地面裂缝、围护结构和支撑体系的工作失常情况、邻近建筑物和构筑物的裂缝、流水或局部管涌现象等工程隐患的早期发现，以便发现隐患苗头并及时处理，尽量减少工程事故的发生。

2. 维护桩墙顶沉降和水平位移监测

基坑维护桩体的沉降观测主要利用精密水准测量。首先埋设基准点。基准点埋设在变形区以外稳定的原状土层内，或将标志镶嵌在裸露基岩上，也可以利用稳固的建(构)筑物，设立墙水准点。当受条件限制时，在变形区内也可埋设深层钢管标或双金属标。每个工程至少应有3个基准点。工作基点的埋设应选在比较稳定且方便使用的位置，设立在大型工程施工区域内的水平位移监测工作基点宜采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移监测工作基点可采用钢管标。对通视条件较好的小型工程，可不设立工作基点，在基准点上直接测定变形观测点。变形观测点应设立在能反映监测体变形特征的位置或监测断面上。测量时，由工作基点或基准点起，经过各监测点布设成附合水准路线或者闭合水准路线。

水平位移监测有极坐标法、前方交会法、视准线法等多种，也可以利用GPS来进行监测。由于基坑的开挖大多数为规则图形，因此采用视准线法较方便。

3. 深层水平位移监测

深层水平位移是指基坑维护桩墙和土体在不同深度上的水平位移，通常采用测斜仪测量。测斜仪由测斜管、测斜探头、连接线及测读仪组成。

沿基坑边每边布设钻孔。将测斜管连接好，底部和端部密封，调整测斜管导槽至合适方位，安置在钻孔中，钻孔回填使用干沙，注意对测斜管进行保护，严防破坏。

使用活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，再将测斜管分成n个测段，每个测段的长度li(l=500mm)，在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角θi，通过计算可得到这一区段的变位Δi，计算公式为

Δi=lisinθi　(5.1)

某一深度的水平变位值δi可通过区段变位Δi的累计得出:

δi=∑Δi=∑lisinθi　(5.2)

设初次测量的变位结果为，则在进行第j次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值Δxi为

相对初次测量时总的位移值为

图5.1为倾斜仪原理示意图。

图5.1 倾斜仪原理示意图

根据位移值绘制桩体水平位移随时间的变化曲线以及桩体水平位移随开挖深度的变化曲线图。在基坑横断面图上，以一定的比例把水平位移值点画在测点位置上，并以连线的形式将各点连接起来，形成土体水平位移分布状态图。

4. 基坑回弹监测

基坑开挖后，由于上覆载荷的减少，必然引起坑底和周围一定影响范围内土体的变形，称为回弹。回弹超过一定量，将影响基坑和周围建筑物。回弹量的测量可利用回弹监测标或深层监测标来观测。回弹监测标的使用方法如下:

(1)利用钻机钻孔，钻杆的直径与回弹监测标相适应。下钻，深度达到设计标高以下200mm，提钻。将回弹监测标利用反扣的锁接头与钻杆相连接，缓慢下到孔底，压入孔底土400～500mm，将回弹监测标留入孔内，提钻。

(2)放入辅助测杆，进行水准测量，确定回弹监测标的高程。回弹的监测不少于3次，首先在基坑开挖前测量初值，然后在基坑完工后进行土体清除后的高程测量，第三次为浇注混凝土之前高程测量，如考虑分期卸载的回弹量可进行多次测量。当基坑挖完至基础施工的间隔时间较长时，也应适当增加监测次数。

5. 支护结构内力监测

基坑开挖过程中，支护结构内力变化可通过在结构内部或表面安装应变计或应力计进行量测。采用钢筋混凝土材料制作的维护支挡构件，宜采用钢筋应力计或混凝土应变计进行量测; 对于钢结构支撑，宜采用轴力计进行量测。围护墙、桩及围檩等内力宜在围护墙、桩钢筋制作时，在主筋上焊接钢筋应力计的预埋方法进行量测。支护结构内力监测值应考虑温度变化的影响，对钢筋混凝土支撑应考虑混凝土收缩、徐变以及裂缝的影响。

6. 土压力与空隙水压力监测

土压力是基坑支护结构周围的土体传递给维护结构的压力。压力的测量通常采用在量测的位置上埋设压力传感器来进行。土压力传感器俗称土压力盒。土压力盒由两片不锈钢通过焊接连接在一起，钢片之间是空心腔，腔内注满油。压力腔通过不锈钢管与传感器相连形成一个密闭的液压系统。压力转化为电信号，通过读数仪和数据采集系统读的压力值。

7. 孔隙水压力监测

利用孔隙水压力计来测量孔隙水压力。利用钻孔埋设在土层中，钻孔埋设时采用砂料填充。孔隙水压力量测的结果可用于固结计算和土体的稳定性分析，在打桩、预压法地基加固的施工进度控制等地表沉降的控制中具有重要作用。

8. 环境监测

(1)邻近建筑物监测

建筑物的监测主要是监测其裂缝、沉降、倾斜等。监测点的位置除了要考虑测点的密度外，还应注意埋设在建筑物不同变化点处，如楼角、转角、沉降缝、抗震缝、构造柱、层数变化处、地基相对薄弱处等。

(2)管线监测

邻近管线的监测要根据管线的材料、长度等来设置测点，要考虑管线的重要性及用途。在接头处一般要设置沉降监测点。测点直接固定在管道上，方便测量。

(3)道路及地表监测

基坑开挖过程中必会导致周边道路及地表的沉降，为掌握其变形情况，掌握该区域道路的稳定性，了解基坑施工对周边道路的影响，进行监测。

一般情形下，基准点与工作基点与建筑物沉降共用。为保护测点不受碾压影响，道路及地表沉降测点标志采用窖井测点形式，采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设，要求穿透硬质路面，测点加保护盖，孔径不得小于150mm，如图5.2所示。

图5.2 道路、地表测点埋设形式图

图5.3 水位计

(4)地下水监测

地下水位的变化对基坑支护结构的稳定性有很大的影响，外界降水或地表水强补给会引起的地下水位快速上升，对支护结构产生压力将增大，地下水位明显下降时，可能在基坑某位置产生渗漏，这些对工程施工将产生不利的影响。地下水位一般通过布置一定数量的监测井进行监测，监测井内安装带滤网的硬塑料管。一般情形下，利用水位计，如图5.2所示，每隔3～5天监测一次，当发现基坑侧壁明显渗漏或坑底产生大量涌水等异常现象时，应提高观测次数。

(5)裂缝观察

观测基坑周边裂缝是了解基坑开挖对周边环境的影响的一种方法，裂缝的快速增多和纵深发展往往是事故发生的预兆。对裂缝的观测，可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。

工程变形监测：基坑工程的内容与方法

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