基坑工程监测实例-工程变形监测

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：在基坑施工阶段进行变形监测，及时掌握工程动态变化。利用测斜管进行深层水平位移监测，基坑的周围共埋设测斜管10个。基坑周围布设监测孔进行水位监测，其深度一般低于拟降水位深度0.5m以上。

5.4.1 工程概况

某基坑(图5.4)范围8300m2，基坑开挖深度为13.1m。基坑为一级，基坑维护结构采用桩锚支护和复合土钉墙结合的方式进行支护。该基坑北临一条主路，南侧有三栋住宅楼，西侧两栋住宅楼，东邻一栋住宅楼。在基坑施工阶段进行变形监测，及时掌握工程动态变化。

5.4.2 监测内容和测点布置

1. 监测内容

根据《建筑基坑工程监测技术规范》的规定，基坑工程现场仪器监测项目的选择应在充分考虑工程水文地质条件、基坑工程安全等级、支护结构的特点及变形控制要求的基础上，考虑到该工程的特点，确定的监测项目如下:

(1)围护墙顶水平位移、垂直位移监测;

(2)周边建筑物沉降监测;

(3)周围道路沉降监测;

图5.4 基坑平面布置图

(4)周边地表沉降监测;

(5)围护墙体测斜;

(6)地下水位监测;

(7)锚索内力监测;

(8)裂缝监测。

2. 测点布置

(1)围护墙。将顶端画“十”字的圆头钢筋埋入维护墙冠梁中，用混凝土固定，确保测点牢稳，共计埋入18个监测点(监测点的布置如图5.4所示)，分别标记为N1～N18。监测点间距小于20m，每边监测点数目不应少于3个。

(2)建筑物。在邻近基坑的建筑物四角、中部分别布置沉降监测点，布点同时要考虑到方便以后的水准观测。监测点采用圆头钢筋埋入建筑物内，建筑物监测点埋设见图5.4。南侧建筑物埋设16个监测点，编号S1～S16，西侧建筑物埋设10个监测点，编号W1～W10，东侧建筑物埋设4个监测点，编号E1～E4。

(3)道路、地表。沉降监测点间距25～50m，以长80～100cm的圆头螺纹钢埋入，监测点的上部在地表以下。测点埋设稳固，做好标记以便保存。监测点处应平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，道路、地表监测点分别6个、4个，编号分别为L1～L6、D1～D4。

(4)围护墙体测斜。利用测斜管进行深层水平位移监测，基坑的周围共埋设测斜管10个。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。

(5)地下水位。基坑周围布设监测孔进行水位监测，其深度一般低于拟降水位深度0.5m以上。共布设6个监测孔，编号为SW1～SW6。

(6)锚索内力。锚杆的内力的监测点应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边中部、和地质条件复杂区段布置监测点。本项目共布设6个测点，编号为M1～M6。其中基坑南北面各埋设2个，东西面各埋设1个。

5.4.3 监测、计算方法

(1)桩顶水平位移监测利用LEICA402全站仪(其测角精度为2″，测距精度为2mm+2ppm，)，利用基准线法进行观测，即沿基坑的周边工作基点建立一条轴线，以轴线基准，在工作基点上架设仪器，严格对中整平，分别测出各个监测点相对后视的夹角，通过测量监测点与轴线间的小角变化，得到监测点垂直于轴线方向的位移来反映边坡的变形。角度观测采用一测回，距离采用两次测距取平均值。设观测监测点的角度差值为Δβ，设站点到监测点距离均值为L，从而得到监测点的位移量为

Δ =Δβ×L/206265　(5.5)

桩顶垂直位移监测要从基准点引入高程(高程可假设)，利用DS05(0.5mm/km)，固定测站、人员、仪器等进行闭合线路测量，定期检查基准点的稳定性(联测基准点)。要根据规范满足相邻变形点高差中误差及测站高差中误差的要求，具体测量技术要求见表5.5和表5.6。上次高程减去本次高程为本次沉降量，初始高程减各次高程为累积沉降量。

(2)周围建筑物沉降监测按照国家二等水准测量规范要求观测，监测方法、计算同桩顶垂直位移监测，具体测量技术要求见表5.5和表5.6。

(3)周边道路及地表沉降按照国家二等水准测量规范要求观测，监测方法、计算同桩顶垂直位移监测，具体测量技术要求见表5.5和表5.6。

表5.5 一、二等水准测量限差规定

注: K为测段、区段或路线长度(km)，当测段长度小于0.1km时，按0.1km计算;

L为附和路线长度(km);

F为环线长度(km);

K为检测测段长度(km)。

表5.6 一、二等水准测量技术指标

(4)深层水平位移监测利用测斜仪。钻机打好钻孔，将测斜管埋入孔体内，测斜管长度超过基坑开挖深度5m。测斜管一般由塑料管或铝合金管制成，常用直径为50～75mm，长度为每节2～4m，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动。观测时，注意带导轮的测斜探头严密安置在测斜管的导槽中，一般往复测量两次消除安装误差，每次读数位置误差小于0.5cm，水平位移误差小于0.5mm。计算时，采用两次位移值的差值作为变形值。

(5)用水位计进行地下水位监测。在基坑开挖前将水位管埋设好，测量时，将水位计探头沿管缓慢放下，当探头接触到水面时，探头发出蜂鸣，读取孔口处水位计测尺上的读数Li，即为观测水位值。在基坑降水前，测得各水位孔孔口标高及各孔水位深度，孔标高减水位深度即得水位标高，初始水位为连续两次测试的平均值。每次测得水位标高与初始水位标高的差即为水位累计变化量。

(6)内力是反映锚拉支护结构锚索受力情况和安全状态的指标，根据结构设计要求，锚索计安装在张拉端或锚固端，安装时，钢铰线或锚索从锚索计中心穿过，测力计处于钢垫座和工作锚之间，安装过程中应随时对锚索计进行监测，并从中间锚索开始向周围锚索逐步加载，以免锚索计的偏心受力或过载。

锚索测力计的计算公式为

P=K(F－F0) +b(T－T0)　(5.6)

式中: P为被测锚索荷载值(k N); K为锚索测力计的最小读数(k N/KHz2); F为实时测量的锚索测力计输出值(k Hz2); F0为锚索测力计的基准值(k Hz2); b为锚索测力计的温度修正系数(k N/℃); T为锚索测力计的温度实时测量值(℃); T0为锚索测力计的温度基准值(℃)。

5.4.4 监测数据分析

1. 水平位移、垂直位移监测

对监测点的水平位移，这里规定监测点向基坑外侧移动为正，向基坑内侧移动为负，监测点的垂直位移以上升为正，下降为负。

桩顶水平位移利用视准线法共进行了21次观测，变形均在允许范围之内。表5.7为墙顶水平、垂直位移监测点变形值，图5.5代表性基坑监测点N13、N14水平位移位移-时间关系曲线图。从表5.7可以得出，围护墙顶各监测点沉降变化规律，基本相同，主要特征为:

(1)各水平位移监测点变化均为向基坑内位移，变形量小于16mm;

(2)各垂直位移监测点均以下降为主，变化量小于11mm;

(3)在整个监测过程中各点虽出现过上下波动现象，但各点均未出现报警;

(4)接近施工后期，即底板形成后各点变化趋于稳定。

2. 周边建筑物沉降

建筑物的变形测量采用国家二等水准进行测量。对周边建筑物沉降监测点的沉降，这里规定上升为正，下降为负。

表5.7 围护墙顶水平、垂直位移监测点变形值

图5.5 水平位移-时间关系曲线图

建筑物沉降的变化规律与基坑开挖深度、基坑距离远近、施工工况有密切关系，开挖深度越深，沉降量越大; 距基坑越近，沉降量越大。

图5.6为监测点S9的垂直位移变化曲线，可以看出，基坑开挖施工过程中，监测点变化曲线表现为沉降，且幅度较大，底板完成后，变化量变化较小，趋势走向平稳。表5.8为建筑物沉降监测点沉降值。

图5.6 周边建筑物沉降监测点S9的垂直位移变化曲线

表5.8 建筑物沉降监测点沉降值

注: 建筑物局部倾斜小于0.002，建筑物未出现开裂等现象。

3. 周边道路、地表沉降监测

道路、地表监测点的数值符号规定上升值为正，下降值为负。6个道路沉降监测点下沉量累积量为－13～－15mm，4个地表沉降监测点下沉量为－12～－15mm，表5.9为道路沉降监测点沉降量，表5.10为地表沉降监测点沉降量。

表5.9 道路沉降监测点沉降量

表5.10 地表沉降监测点沉降量

图5.7为道路监测点L6的垂直位移变化曲线，可以看出，基坑开挖施工过程中，监测点变化曲线表现为沉降，且幅度较大，接近施工后期，即底板完成后，变化量变化较小，趋势走向平稳。

4. 深层水平位移

基坑的周围共埋设测斜管10个，保存完好。各测斜管因所处的位置及基坑取土的时间、进度等关系水平位移值有较大差别，其中，CX6号测斜孔最大水平位移为14.96mm，为最大。

图5.8为CX9号测斜孔的时间-位移曲线，根据图表可以得出: 基坑刚开始开挖时，CX9监测孔变化较小，随着基坑的深度增加，CX9监测孔变化曲线呈向基坑方向位移趋势。当底板浇筑完成时，最大变化为+10.32mm，深度为－1.5m，如2011-4-21期数据。基坑底板浇筑完成至顶板完成阶段，CX11监测孔变形变化速率明显减小，至顶板完成最大变化为+11.76mm，深度为－1.5m。

图5.7 道路监测点L6的垂直位移变化曲线

图5.8 CX9号测斜孔的时间-位移曲线

5. 地下水位监测

在抽水影响半径内呈放射状布设6个测孔，编号为SW1～SW6。测量时，将水位计探头沿管缓慢放下，当探头接触到水面时，蜂鸣器响，读取孔口处水位计测尺上的读数Li，即为观测水位值。

本工程项目在基坑开挖前期水位变化表现为平稳; 在开挖中期，水位变化表现为下降; 底板完成至顶板完成，水位变化趋于稳定。在监测过程中，水位未发现有异常变化，表5.11为地下水位最大变化量表。

表5.11 地下水位重要参数一览表

6. 锚索内力监测

基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂区段宜布置监测点。本项目共布设6个测点，编号为M1～M6。表5.12为锚索监测点的锚索内力监测值。

从图5.9所示锚索内力监测点内力变化曲线可以看出，基坑开挖施工过程中，监测点变化曲线表现为逐步上升趋势，这是由于随着土体的开挖，桩体受力逐渐增大，锚索应力也相应增加; 底板完成后，变化量变化较小，趋势走向平稳。

表5.12 锚索内力监测值

图5.9 锚索内力监测点M1内力变化曲线图

7. 裂缝监测

基坑施工过程中基坑及周围建筑物未出现明显的裂缝。

5.4.5 结论

通过近半年的施工，在业主、监理方、施工方的共同努力下，整个基坑施工得以顺利结束，圆满完成了本项工程监测任务。通过监测工作，及时掌握基坑施工中的动态信息，达到了信息化施工的目的。在监测工作过程中，取得了大量有用的信息。

(1)各观测项目数据变化范围如下:

围护墙顶水平位移: 各水平位移监测点变化均为向基坑内侧移动，变形量小于16mm。

围护墙顶垂直位移: 各垂直位移监测点均以下降为主，变化量小于12mm。

周边建筑物沉降: 沉降量小于18mm，大部分为10～13mm。建筑物未发生开裂。

周边道路沉降监测: 变化范围为13.11～14.67mm。

周边地表沉降监测: 变化范围为12.41～14.51mm。

围护墙体测斜: CX6孔的最大累计变化量为14.96mm。

地下水位监测: 最大变化量为570mm，监测点号SW6。

锚索内力: 最大累计变化量为266.97k N，出现在M3处。

(2)从基坑监测数据来看，监测的各项数据无超限，各项监测项目表明，基坑及周边环境处于安全范围，说明维护体系的作用有效，但不排除基坑维护体系持续变形的可能。本次监测工作按监测方案进行，方法有效、适当，较准确地反映了基坑和周边环境变形情况，所有资料真实准确、可靠。在监测期间所使用的检测仪器均正常工作，且在有效期内。

◎习题与思考题

1. 基坑工程监测的主要目的是什么?

2. 基坑工程监测的主要内容有哪些?

3. 基坑工程监测报告应包括哪些内容?

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