深基坑监测的方法和技术

深基坑监测的方法和技术
作者：发布时间：2011-06-21 点击率：11 水平位移监测
围护墙(坡)顶水平位移的监测，是超大超深基坑工程监测的一项基本内容。

通过对围护墙(坡)顶水平位移监测，可以掌握围护墙(坡)体在基坑施工过程中的平面形变情况，用来同设计比较，分析对周围环境的影响。

另外，围护墙（坡）顶的水平位移数值可以作为墙体深层水平位移的基准值。

围护墙(坡)项水平位移一般可采用精密经纬仪或全站仪进行测量，监测方法可采用准直线法、控制线偏离法、小角度法及前方交会法等。

通过监测数据，可以绘制出围护墙(坡)顶水平位移实测曲线和某测点水平位移变化速率曲线，从而对基坑安全性进行分析。

测定监测点任意方向的水平位移时可视监测点的分布情况，采用前方交会法、自由设站法、极坐标法等；当基准点距基坑较远时，可采用GPS测量法或三角、三边、边角测量与基准线法相结合的综合测量方法。

2 围护墙(坡)顶垂直位移监测垂直位移监测一般采用几何水准或液体静力水准等方法。

围护墙(坡)顶垂直位移一般使用精密水准仪进行量测。

此方法是事先布设相对固定的水准网，定期联测水准网，解算各水准点的高程，再由这些高程点来控制竖向位移监测点的高程，通过将各点的历次高程值进行比较，即可计算竖向位移监测点的位移量。

坑底隆起（回弹）宜通过设置回弹监测标，采用几何水准并配合传递高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆或钢尺等应进行温度、尺长和拉力等项修正。

基坑围护墙（坡）顶、墙后地表与立柱的垂直位移监测精度应根据垂直位移报警值按表3.1确定。

地下管线的竖向位移监测精度宜不低于0.5mm。

其他基坑周边环境（如地下设施、道路等）的竖向位移监测精度应符合相关规范、规程的规定。

坑底隆起（回弹）监测精度不宜低于1mm。

各等级几何水准法观测时的技术要求应符合表3.2的要求。

各监测点与水准基准点或工作基点应组成闭合环路或附合水准路线。

3 围护墙体深层侧向变形监测
表3.2 几何水准观测的技术要求
支护结构在基坑挖土后，基坑内外的水土压力平衡要依靠围护墙体和支撑系统。

围护墙体在基坑外侧水土压力作用下，会发生变形。

要掌握围护墙体的侧向变形，即在不同深度上各点的水平位移，可通过对围护墙体的测斜监测来实现(图2.1)。

测斜仪分活动式和固定式两种，在基坑开挖支护监测中一般使用活动式测斜仪进行监测。

在需要进行深层水平位移监测的部位埋设与活动式测斜仪配套的测斜管。

测量时把测斜仪的一组导向轮沿测斜管导向滑槽放入管中，一直滑到管底，每隔一定距离向上拉线读数，测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化，即可得出不同深度部位的水平位移。

测斜仪的精度要求不宜小于表2.3的规定。

测斜仪原理：设测斜管的倾角变化为，而该段测管相应的位移增量为
（2.1）
式中为各段点之间的长度。

当测量斜管埋设得足够深的时候，管底可以认为是位移不动点，管口的水平位移值，并向下推算各分段位移增量的总和：
（2.2）
图2.1 测斜仪原理图
并注意保证管口的封盖；测斜管长度应与围护墙深度一致或不小于所监测土层的深度；当以下部管端作为位移基准点时，应保证测斜管进入稳定土层2~3m；测斜管与钻孔之间孔隙应填充密实；埋设时测斜管应保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。

测斜仪应下入测斜管底5~10min，待探头接近管内温度后再量测，每个监测方向均应进行正、反两次量测。

当以上部管口作为深层水平位移相对基准点时，每次监测均应测定孔口坐标的变化。

4土压力和孔隙水压力监测
1）观测仪器和压力传感器
国内目前常用的压力传感器根据其工作原理分为钢弦式、差动电阻式、电阻应变片式和电感调频式等。

其中钢弦式压力传感器长期稳定性高，对绝缘性要求低，适用于作土压力和孔隙水压力的长期观测。

钢弦式压力计工作原理如图2.2所示：
（a）（b）
图2.2 钢弦式传感器示意图
2）压力测试值
（1）土压力
超大超深基坑在开挖施工中，由于坑体内土体卸载，导致周围围护结构内外土压力失衡。

堆土压力的变化监测可以达到有依据的控制开挖速率，已达到施工效率与施工安全的平衡。

计算公式：
（2.3）
式中: P——本次土压力（kPa）（计算结果精确到1kPa）；
——压力传感器的本次读数（Hz）；
——压力传感器的初始读数（Hz）；
K——压力传感器的标定系数（kPa/）。

5孔隙水压力
在基坑开挖施工中，要进行降水以保持基坑内土体的干燥，若维护结构防水性能不好，会造成基坑外水位下降，水压减小。

对孔隙水压力的变化监测，可以有依据的控制降水的速率，以减少降水的影响范围，以达到安全施工的目的。

求孔隙水压力值计算公式：
（2.4）
式中： P——孔隙水压力（kPa）（计算结果精确到1kPa）；
——压力传感器的本次读数（Hz）；
——压力传感器的初始读数（Hz）；
K——压力传感器的标定系数（kPa/）。

3.4.5 维护结构内应力的监测
支护结构内力监测一般是将钢筋应力计布设在有代表性位置的钢筋混凝土支护桩和地下连续墙的主受力钢筋上。

以用来监测支护结构在基坑开挖过程中的应力变化。

一般采用振弦式钢筋应力计。

测试时，按照预先标定的率定曲线，可推算出墙体所受的内应力。

计算公式：
（2.5）
式中： K——率定系数（kN/）；
——应力计初始频率（Hz）；
——应力计测试频率（Hz）；
——实测钢筋计的应力（MPa）；
S——应力计截面积（）。

6 倾斜监测
建筑物倾斜监测应测定监测对象顶部相对于底部的水平位移与高差，分别记录并计算监测对象的倾斜度、倾斜方向和倾斜速率。

根据不同的现场、观测条件和要求，选用合适的监测方法（投点法、水平角法、前方交会法、正垂线法、差异沉降法等）。

7裂缝监测
裂缝监测应包括裂缝的位置、走向、长度、宽度及变化程度，需要时还包括深度。

裂缝监测数量根据需要确定，应对主要或变化较大的裂缝应进行监测。

应在基坑开挖前记录监测对象已有裂缝的分布位置和数量，测定其走向、长度、宽度和深度等情况。

裂缝监测可采用以下方法：
（1）对裂缝宽度监测，可在裂缝两侧贴石膏饼、划平行线或贴埋金属标志等，采用千分尺或游标卡尺等直接量测的方法；也可采用裂缝计、粘贴安装千分表法、摄影量测等方法。

（2）对裂缝深度量测，当裂缝深度较小时宜采用凿出法和单面接触超声波法监测；深度较大裂缝宜采用超声波法监测。

深度宽度长度
8地下水位监测
地下水位监测通过在孔内设置水位管，采用水位计测量。

进行地下水位监测，应根据地质资料和工程需要确定水位管的埋设深度和透水头部位，埋设好水位管后用电测水位仪进行水位量测，然后根据每次测试的地下水位高程制作本次和累计变化量成果表及绘制地下水位变化量曲线图。

检验降水效果的水位观测井宜布置在降水区内，采用轻型井点管降水时可布置在总管的两侧，采用深井降水时应布置在两孔深井之间。

潜水水位管应在基坑施工前埋设，滤管长度应满足测量要求；承压水位监测时被测含水层与其他含水层之间应采取有效的隔水措施。

地下水位监测精度不宜低于10mm。

9锚杆拉力监测
锚杆拉力量测宜采用专用的锚杆测力计，钢筋锚杆可采用钢筋应力计和应变计，当使用钢筋束时应分别监测每根钢筋的受力。

锚杆轴力计、钢筋应力计和应变计的量程宜为设计最大拉力值的1.2倍，量测精度不宜低于0.5%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S。

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