第10章 基坑工程施工监测

土体分层沉降监测
• 土体分层沉降是指地表以下不同深度土层内点的 沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪测量。 • 磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设 于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导 线以及电感探测装置组成。 • 分层沉降管由波纹状柔性塑料管制成，管外每隔 一定的距离安放一个钢环，土层分层沉降时钢环 也同步沉降。
（4）土体分层沉降 • 分层沉降监测点点位根据设计和工程需要 确定。 • 一般布设在围护结构体系中受力有代表性 的位置，应紧邻围护桩墙埋设。 • 点的数量与深度根据分层土的分布情况确 定，原则上每一土层设一点，最浅的点低 于基础底面至少50cm，最深的点应在超过 压缩层理论厚度处。
（5）结构内力 • 对于设置内支撑的基坑工程，可选择部分典型支 撑进行轴力变化监测。 • 支撑轴力的测点布设主要由平面、立面和断面三 种因素决定。 • 由于基坑开挖、支撑设置和拆除是一个动态过程， 在立面方向不同标高处的各道支撑都应监测，各 道支撑的测点应布设在同一平面轴力最大的杆件 上。 • 在缺乏计算资料的情况下，通常选择平面净跨较 大的支撑杆件进行监测，监测断面布设在支撑的 跨中位置。 • 围护桩墙的内力监测点布设在围护结构体系中受 力有代表性的钢筋混凝土支护桩或地下连续墙的 主受力钢筋上。
图10-1 测斜仪种类
测斜管埋设
• 测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式。 • 绑扎埋设是将测斜管在现场组装后绑扎在桩墙钢筋笼上， 随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑 前应封好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在 浇筑混凝土时浮起，防止水泥沙浆渗入管内。 • 钻孔埋设是预先在土层中钻孔，孔径略大于测斜管的外径， 将测斜管封好底盖逐节组装逐节下放到钻孔内，同时在测 斜管内注满清水，直到放到预定的标高，随后在测斜管与 钻孔之间回填细砂和水泥与粘土拌合的材料固定测斜管， 用清水将测斜管冲洗干净。 • 埋设时应避免测斜管的纵向旋转，管节连接时应将上、下 管节的滑槽严格对准，测斜管的一对凹槽与欲测量的位移 方向一致，为确认测斜管的导槽是否畅通，可先用探头模 型放入测斜管滑行一次。
深层水平wk.baidu.com移监测
• 深层水平位移指基坑围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、连接电缆和测读仪组成。 • 测斜管一般在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，根据 其制造材料可分为塑料（PVC）和铝合金两种； • 测斜探头是倾角传感元件，其外观为细长金属鱼雷状，上、 下两端配有两对滑轮。 • 连接电缆是连接测斜探头和测读仪的一条导线，它具有四 个作用：作为提升和下放探头的绳索、作为探头的深度尺、 向探头供应电源、向测读仪传递测量信息。 • 测读仪是测斜仪探头的二次仪表，以倾斜角或其正弦值显 示探头的测量信息。
磁 性 分 层 沉 降 仪 测 量 原 理
分层沉降管和钢环的埋设
• 分层沉降管和钢环应采用钻孔法在基坑开挖前预先埋设。 • 先在预定位置钻孔，取出的土分层分别堆放，当孔底标高 略低于欲测量土层的标高时，提起套管30~40cm，然后将 引导管逐节连接并放入到孔底监测点位置。 • 引导管放好后，用膨胀粘土球填充引导管与孔壁间的缝隙， 并捣实到最低的沉降环位置，再用一只铅质开口送筒装上 沉降环，套在引导管上并送至预埋位置，再用直径5cm的 硬质塑料管把沉降环推出并压入土中，弹开沉降钢环卡子， 使沉降环的弹性卡子牢固地嵌入土中，提起套管至待埋沉 降环位置以上30~40cm ，当钻孔内回填该层土球至要埋 的沉降环标高处，再用如上步骤推入上一个标高的沉降环， 直至全部埋完。 • 固定孔口，做好孔口的保护装置。
观测方法
• 测量时，当探头从引导管缓慢下放到预埋 的沉降环时，电感探测装置上的蜂鸣器发 出叫声，此时根据测量导线上的标尺在孔 口的刻度以及孔口的标高，可计算沉降环 所在位置的标高，测量精度可达±1mm。 • 沉降环埋好后，就可以测量孔口标高和各 个沉降环的初始标高，用各个沉降环的初 始标高减去基坑开挖过程中测得的标高， 获得各土层在施工过程中的沉降或隆起。
（2）深层水平位移 • 深层水平位移监测点的点位与数量根据设 计和工程需要确定。 • 一般来说，基坑的短边中间部位应布设一 个监测点，长边上应每隔30m左右布设一个 监测点。 • 监测深度一般与围护桩墙深度一致，深度 方向的测点间距一般取0.5~1.0m。
（3）基坑回弹 • 基坑回弹监测点根据基坑形状及地质条件布设， 以最少的点数测出所需各纵横面回弹量为原则， 可利用回弹变形的近似对称特性布点。 • 基坑中央和距离坑底边缘约1/4坑底宽度处应布点， 方形、圆形基坑可按单向对称布点，矩形基坑可 按纵横向对称布点，复合矩形基坑可多向布点。 • 对基坑外的监测点，应在所选坑内方向线的延长 线上布点，离基坑距离约为1.5~2倍基坑深度。
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
（二） 7 周围环境 周围土层
基坑工程施工监测的内容
分层沉降
分层沉降仪、频率仪等
水平位移
沉降 水平位移 沉降
全站仪等
水准仪等 全站仪等 水准仪等 全站仪等 裂缝监测仪等
8
地下管线
9
周围建筑
倾斜 裂缝
10
坑外地下水
水位 分层水压
监测井、孔隙水压力探头、 频率仪等
孔隙水压力探头、频率仪等
围护桩墙顶水平位移监测
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。
围护桩墙顶沉降监测
• 基坑沉降监测的目的首先是为了保证基坑的施工 安全，因此必须具有较高的监测精度。 • 目前，精密水准测量方法广泛应用于基坑的沉降 监测。 • 测量时，一般自工作基点经过各个监测点形成一 条或多条闭合路线，如果特殊点位只能采用支水 准路线进行监测，应进行往返测量，往返高差之 差也应满足精密水准测量相应的观测要求。
图10-2
回弹监测标
回弹监测标埋设和观测
• 采用钻孔法，钻杆外径与标志的直径相适应。钻 至基坑设计标高以下20cm时，将回弹监测标旋入 钻杆下端，沿钻孔缓慢放到孔底，并压入孔底土 中40~50cm，此时回弹标尾部已被压入土中，旋 开钻杆使回弹标脱离钻杆，提起钻杆。 • 放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测 量，确定回弹标顶面高程。 • 测完后，将辅助测杆、保护管（套管）提出地面， 用砂或素土将钻孔回填，为开挖后方便地找到回 弹标，可先用白灰回填5cm左右。 • 回弹监测不应少于三次，具体安排是：第一次在 基坑开挖之前，第二次在基坑挖好之后，第三次 在浇灌基础混凝土之前。当基坑挖完至基础施工 的间隔时间太长时，应适当增加监测次数。
表10.2
监测内容 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
基坑工程安全等级及监测内容
安全等级 一级 ● ● ● ● ● ● ● ● 二级 ● ● ● ○ ○ ○ ○ ○ 三级 ● ○ ○
支护结构侧向压力



技术设计的内容
• 工程概况；监测内容的确定；监测点位的 布设；监测仪器仪表的选择和监测方法、 精度的确定；监测频率和期限的确定；预 警值和报警制度的制定等。 • 技术设计初稿必要时可征求有关方的意见 并进行修改，当通过有关各方认定后，具 体实施中一般不作大的变动，但可以根据 具体情况作局部调整。
监测内容的确定
支挡构件内力监测
• 采用钢筋混凝土材料制作的基坑支挡构件， 其内力或轴力通常是在钢筋混凝土中埋设 钢筋计，通过测定构件受力钢筋的应力或 应变，根据钢筋与混凝土的变形协调原理 进行计算。 • 钢筋计主要有钢弦式和电阻应变式两种， 二次仪表分别用频率计和电阻应变仪。
（a）钢筋应力计布置
（b）钢筋应变计布置
注：1. 一级、二级、三级分别表示破坏后果很严重、一般、不严重。 2. ●应测；○宜测；可测。
监测点位的布设
（1）桩墙顶水平位移和沉降 • 测量点分为基准点、工作基点和监测点。 • 监测点一般布设在围护结构混凝土圈梁上和水泥搅拌桩、 放坡开挖时的上部压顶上，要求既不易被破坏，又能真实 反映基坑的变形，当基坑有支撑时，监测点一般布设在两 根支撑的跨中。 • 监测点可采用铆钉枪打入铝钉或钻孔埋设膨胀螺丝，测点 间距一般取8~15m，可以等距离布设，也可以根据场地堆 载、通视条件等具体情况不等距离布设，对于水平位移变 化剧烈的区域应适当增加点数。 • 采用全站仪进行监测时，监测标志的直径与仪器基座底孔 的直径接近，方便于强制安装反射棱镜，提高监测精度。 • 沉降监测点标志可与水平位移监测点标志分开布置，也可 以共用。立柱桩上方一般要布设监测点，对多根支撑交汇 的以及用作施工栈桥处的立柱桩应重点监测。
基坑回弹监测
• 基坑开挖后，由于卸除地基土自重，引起 基坑底面及坑外一定范围内土体相对于开 挖前的回弹变形，称基坑回弹。 • 深大基坑土体的回弹量对基坑本身和邻近 建筑物将产生一定的影响。 • 基坑回弹可采用回弹监测标和深层沉降标 进行监测，如果进行分层沉降监测，当分 层沉降环埋设于基坑开挖面以下时，监测 到的土层隆起也相当于基坑回弹量。
• 基坑施工监测的内容见表10.1。 • 对一个具体的基坑工程，监测内容应根据 具体情况而定，主要取决于工程的设计要 求、地质条件、规模大小、周围环境以及 建设单位的要求等； • 表10.2是国家行业标准《建筑基坑支护技术 规程》JGJ120-99规定的基坑侧壁安全等级， 以及据此等级确定的监测内容。
图10-4 钢筋计的布置
10.3 监测技术设计
准备工作
• 通过个人接触和会议等形式，与建设单位、设计 单位、施工单位、监理单位进行沟通和协调，听 取他们对基坑监测的意见和要求，争取他们对基 坑监测工作的支持。 • 收集工程地质勘察报告、基坑支护结构设计图、 工程主体结构设计图、施工区地形图或平面图、 综合管线图、基坑施工组织设计等，并组织主要 监测人员进行认真分析和研究。 • 现场踏勘和调查，掌握开挖区周围地面建构筑物 和地下管线的状况，根据监测内容考虑监测点的 布置和确定监测技术方法等系列问题。
表10.1
序号 （一） 监测对象 围护结构
基坑工程施工监测的内容
监测内容 监测仪器和仪表
桩墙顶水平位移与沉降 桩墙深层位移 1 围护桩墙 桩墙内力 桩墙水土压力 2 3 4 5 6 水平支撑 围檩、圈梁 立柱 坑底土层 坑内地下水 轴力 内力 水平位移 沉降 隆起 水位
全站仪、水准仪等 测斜仪等 钢筋应力传感器、频率仪等 压力盒、孔隙水压力探头、频 率仪等 钢筋应力传感器、位移计、频 率仪等 钢筋应力传感器、频率仪等 全站仪等 水准仪等 水准仪等 监测井、孔隙水压力探头、频 率仪等
• 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。