德國大使公寓深基坑監(jiān)測
時間:2009-10-27 16:45來源:監(jiān)測人 作者:翔云 點擊:次
巖土工程是指修建在巖體土體中以及其為依托的工程，例如隧道、地下洞室、邊坡、采礦場、壩基、橋梁道路基礎(chǔ)、建筑物基礎(chǔ)等。
一般來說，設(shè)計巖土工程前都必須進行工程地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)查，物理力學(xué)參數(shù)的測定。由于絕大多數(shù)巖土體在形成過程中經(jīng)歷過造巖運動、構(gòu)造運動
3.3.2 測斜儀構(gòu)成
活動式測斜儀的組成大致可分為四部分：裝有重力式測斜傳感元件的測頭、測讀儀、連接測頭和測讀儀的電纜、測斜管。
3.3.2.1測斜儀測頭：測頭是傾斜角傳感元件，測斜儀的核心，是測量信號的來源處。測斜儀的測試過程是：當(dāng)測頭處于豎直狀態(tài)
時，測頭中的傳感器處于零位，傳感器（CX系列數(shù)顯測斜儀采用石英撓性伺服加速度計）的敏感軸處于水平狀態(tài)，此時的輸出值稱為零偏，一般情況下零偏總是存在的，為了消除零偏的影響，采取正反兩次測試的代數(shù)和，作為一個方向上的測試結(jié)果。現(xiàn)在采取如下坐標(biāo)系做進一步的說明，坐標(biāo)系如圖5示：
圖5 測試方位與平面坐標(biāo)系示意圖
為了適應(yīng)平面坐標(biāo)系的習(xí)慣，測試時將上導(dǎo)輪朝東，使測頭處于要測的深度，當(dāng)測頭（即加速度計）的敏感軸與基準(zhǔn)軸（重力加速度線）有一個夾角θ時，加速度計就有一個輸出值
U1＝A＋K×G×Sinθ （l）
式中：A—加速度計的偏值（零偏）；K—加速度計的標(biāo)度因數(shù)；g－重力加速度；θ－傾角。CX-03測斜儀測頭性能指標(biāo)為：
a．傳感器靈敏度：0.02mm／8”
b．標(biāo)度因數(shù)： 2.5士0.01v／g；
c、導(dǎo)輪間距： 500mm；
d．測頭尺寸：Φ32mm X 660mm。
3.3.2.2 測讀儀：測讀儀應(yīng)和測頭配套選擇與使用。其測量范圍。精度和靈敏度，根據(jù)工程需要而定。測讀儀是實現(xiàn)測斜儀測頭數(shù)據(jù)的顯示和輸出的二次儀表。CX系列數(shù)顯測斜儀的測讀儀分為直讀式和存儲式兩種。直讀式測讀儀是由觀測者將現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)直接從顯示屏上讀取數(shù)據(jù)，由人工記錄和處理數(shù)據(jù),直讀式測讀儀由十進制4了位模／數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示和可充電電池等組成。通過開關(guān)，可以在顯示器上顯示測頭測量的數(shù)據(jù)，也可以顯示電池組當(dāng)時的電壓；存儲式測讀儀是指將現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)存儲于測讀儀的存儲器中，存儲器具有足夠的容量，能夠存儲一天測試的全部數(shù)據(jù)。我院現(xiàn)使用的CX—03測斜儀采用了存儲式測讀儀。存儲式測讀儀是由單片機、存儲器、顯示器、模／數(shù)（ A／D）轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、控制電路和可充電電池等組成。在現(xiàn)場條件下，測斜儀測量結(jié)果的重復(fù)性，一般應(yīng)等于或優(yōu)于上 ±0.01o。
3.3.2.3 電纜：電纜作用有4個：①向測頭供給電源；②給測讀儀傳遞量測訊號；③測頭量測點距孔口的深度尺；④提升與下放測頭的繩索。電纜除具有很高的防水性能，還不能有較大的長度變化，為此電纜芯線中設(shè)有一根加強鋼芯線。
3.3.2.4 測斜管：測斜管一般由塑料或鋁合金制成。測斜管直徑大小不一，長度每節(jié)約2～4m，管接頭有固定式和伸縮式兩種；測斜管內(nèi)有兩對互成正交的縱向?qū)Р郏瑴y量時，測頭導(dǎo)輪座落在一對導(dǎo)槽內(nèi)并可上、下自由滑動，本次監(jiān)測使用的是江蘇金壇市柚山學(xué)校塑料制品廠生產(chǎn)的測斜管，材料為PVC管，內(nèi)徑60mm，外經(jīng)70mm，彈性模量E＝8100kg/cm2，剛度不均勻度4.4。
我院使用的CX-03測斜儀綜合誤差為：每15m深度測量誤差不超過±4mm。
3.4 監(jiān)測方法
3.4.1基坑側(cè)向變形監(jiān)測的一般方法
基坑側(cè)向變形觀測是基坑開挖支護施工過程監(jiān)測中一項較為直觀和有效的方法。基坑側(cè)向變形觀測有許多方法，常用的方法有以下幾種：
3.4.1.1 肉眼巡視
由有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員按期進行的施工現(xiàn)場肉眼巡視是一項重要的工作。許多影響基坑側(cè)向位移、不利于支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素，例如支護結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量、施工條件的改變、基坑四周堆荷的變化、管道滲漏和不適當(dāng)?shù)呐潘⒁约皻夂驐l件變化等等，都可以在日常的巡視中被及時發(fā)現(xiàn)。此外，某些工程事故隱患，如基坑四周的地面裂縫，支護結(jié)構(gòu)的裂縫，鄰近結(jié)構(gòu)和設(shè)施的裂縫、變形或滲漏也可以通過肉眼巡視及時發(fā)現(xiàn)，使出現(xiàn)的問題及時得到處理，消除或減輕可能出現(xiàn)的事故。
日常的巡視工作應(yīng)正式列人監(jiān)測計劃，派專人按期進行，并保持正式的記錄。
3.4.1.2 光學(xué)儀器觀測方法
這里所謂的光學(xué)儀器觀測方法是指工程測量方法。在基坑側(cè)向位移觀測中，在有條件的場地，用視準(zhǔn)線法比較簡便。具體作法為：沿欲測某基坑邊緣設(shè)置一條視準(zhǔn)線，在該線的兩端設(shè)置基準(zhǔn)點A、B，在此基線上沿基坑邊緣設(shè)置若干個側(cè)向位移測點。基準(zhǔn)點A、B應(yīng)設(shè)置在距離基坑一定距離的穩(wěn)定地段，各測點最好設(shè)在剛度較大的支護結(jié)構(gòu)上，測量時采用經(jīng)緯儀測出各測點對此基線的偏離值，兩次偏離值之差，就是測點垂直于視準(zhǔn)線的水平位移值。視準(zhǔn)線法按觀測偏離值的測法，又可分為活動覘標(biāo)法和小角度法兩種。用活動覘標(biāo)法觀測時，司覘者要根據(jù)司儀者的指揮移動覘標(biāo)，直到覘標(biāo)中心與經(jīng)緯儀縱絲完全重合為止。然后，由司硯者在覘標(biāo)游標(biāo)上讀取偏高值；小角度法采用經(jīng)緯儀測出視準(zhǔn)線與測點之間的小角度，從而算出測點的偏值。
如果施工場地狹窄，通視條件較差，建立視準(zhǔn)線比較困難時，可采用前方交會法。前方交會法是在距基坑有一定距離的穩(wěn)定地段設(shè)置一條交會基線，或者設(shè)兩個或多個基準(zhǔn)點，用交會方法，測出各測點的位移值。前方交會分為測角交會、測邊交會和測邊測角交會三種。即在兩個或兩個以上的基點上，觀測測點的方向或邊長，算出測點的平面坐標(biāo)，從而獲得位移值。
3.4.1.3 用測斜儀測量
測斜儀是一種可精確地測量沿垂直方向土層或圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀器。測斜儀分為活動式和固定式兩種，在基坑開挖支護監(jiān)測中常用活動式測斜儀。在基坑開挖之前先將有四個相互垂直導(dǎo)槽的測斜管埋入支護結(jié)構(gòu)或被支護的土體中。測量時，將活動式測頭放人測斜管，使測頭上的導(dǎo)向滾輪卡在測斜管內(nèi)壁的導(dǎo)槽中，沿槽滾動，活動式測頭可連續(xù)地測定沿測斜管整個深度的水平位移變化，如圖6所示。
圖6 測斜儀測量原理
測斜儀的工作原理是根據(jù)擺錘受重力作用為基礎(chǔ)測定以擺錘為基準(zhǔn)的弧角變化。當(dāng)土體產(chǎn)生位移時，埋人土體中的測斜管隨土體同步位移，測斜管的位移量即為土體的位移量。放入測斜管內(nèi)的活動測頭，測出的量是各個不同分段點上測斜管的傾角變化ΔXi，而該段測管相應(yīng)的位移增量ΔSi為：ΔSi＝Li SinΔXi，式中Li為各段點之間的單位長度。
當(dāng)測斜管埋設(shè)的足夠深時，管底可以認為是位移不動點，管口的水平位移值Δn就是各分段位移增量的總和：
在測斜管兩端都有水平位移的情況下，就需要實測管口的水平位移值Δ0 ，并向下推算各測點的水平位移值Δ，即：
測斜管可以用于測單向位移，也可以測雙向位移。測雙向位移時，由兩個方向的測量值求出其矢量和，得位移的最大值和方向。圖7為1＃孔監(jiān)測工作情景。
3.4.2測斜管的安裝或埋設(shè)
測斜管可安裝在地下連續(xù)墻或支護樁鋼筋寵上，隨鋼筋籠澆注在混凝土中，也可鉆孔埋設(shè)在支護結(jié)構(gòu)或地基土體中（例如土釘墻中）。安裝或埋設(shè)過程中注意事項如下：
3.4.2.1 測斜管現(xiàn)場組裝后，安裝在地下連續(xù)墻或支護樁的鋼筋籠上，隨鋼筋籠澆注在混凝土中，澆注混凝土之前應(yīng)在測斜管內(nèi)注滿清水，防止測斜管在澆注混凝土?xí)r浮起，并防止水泥漿滲入管內(nèi)。
圖7 1＃孔現(xiàn)場監(jiān)測工作情景
3.4.2.2 在支護結(jié)構(gòu)或被支護土體內(nèi)鉆孔，然后將測斜管逐節(jié)組裝井放入鉆孔內(nèi)，測斜管底部裝有底蓋，管內(nèi)注滿清水，下入鉆孔內(nèi)預(yù)定深度后，即向測斜管與孔壁之間的間隙由下而上逐段灌漿或用砂填實，固定測斜管。
3.4.2.3安裝或埋設(shè)時，應(yīng)及時檢查測斜管內(nèi)的一對導(dǎo)槽，其指向是否與欲測量的位移方向一致，并應(yīng)及時修正。
3.4.2.4測斜管固定完畢或澆注混凝土后，用清水將測斜管內(nèi)沖洗干凈，如果條件允許，可用測頭模型放人測斜管內(nèi)，沿導(dǎo)槽上下滑行一遍，以檢查導(dǎo)槽是否暢通無阻，滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。如果沒有測頭模型，可用緩慢速度將測頭放入，如遇阻礙，立即拔出測頭，對該測管進行必要處理或廢棄重新安裝，由于測斜儀的測頭是貴重的儀器，在未確認測斜管導(dǎo)槽暢通時，應(yīng)謹慎放入真實的測頭。
3.4.2.5 量測測斜管導(dǎo)槽方位、管口坐標(biāo)及高程，及時做好孔口保護裝置，作好記錄。
3.4.2.6 對于安裝在溫泉或有地?zé)岬囟蔚臏y斜管，應(yīng)確定測斜管內(nèi)的水溫是否在測頭容許工作溫度范圍內(nèi)。CX-03測斜儀工作溫度為-150～500C，如水溫過高，應(yīng)在孔口安裝冷水洗孔裝置。
3.4.3 測斜儀測量側(cè)向位移
3.4.3.1為保護測斜儀測頭的安全，有條件可在測量前先用測頭模型下入測斜管內(nèi)，沿導(dǎo)槽上下滑行一遍，檢查測斜孔及導(dǎo)槽是否暢通無阻。如果無測頭模型，應(yīng)緩慢將測頭放入測斜管底部；
3.4.3.2聯(lián)接測頭和測讀儀，檢查密封裝置、電池充電量、儀器是否工作正常。
3.4.3.3將測頭插入測斜管，使?jié)L輪卡在導(dǎo)槽上，緩慢下至孔底，測量自孔底開始，自下而上沿導(dǎo)槽全長每隔一定距離（通常為0.5m）測讀一次，每次測量時，應(yīng)將測頭穩(wěn)定在某一位置上。整個高度測量完畢后，將測頭旋轉(zhuǎn)180度插入同一對導(dǎo)槽，按以上方法重復(fù)再測量一次，兩次測量的各測點應(yīng)在同一位置上，此時各測點的兩次讀數(shù)應(yīng)是數(shù)值接近（絕對值不超過20）、符號相反。如果測量數(shù)據(jù)有疑問，應(yīng)及時補測。用同樣方法可測與其垂直的另一對導(dǎo)槽的水平位移。一般測斜儀可以同時測量相互垂直兩個方向的水平位移。
3.4.3.4側(cè)向位移的初始值應(yīng)是基坑開挖之前連續(xù)三次測量無明顯差異讀數(shù)的平均值，或取其中一次的測量值作為初始值。
3.4.3.5觀測間隔時間，可參考中華人民共和國冶金工業(yè)部1997年9月22日頒布的《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》中第19.3.12條的表19.3.12，或應(yīng)根據(jù)側(cè)向位移的絕對值或位移增長速率而定，當(dāng)側(cè)向位移明顯增大時，應(yīng)加密觀測次數(shù)。
3.4.4 側(cè)向位移觀測資料的整理
側(cè)向位移觀測記錄及整理內(nèi)容包括：工程名稱、測斜孔編號、平面位置和導(dǎo)槽方位、水平位移實測值、最大位移值及發(fā)生的位置與方向、位移發(fā)展速率、觀測時間，施工進度、觀測、計算和校核責(zé)任人等等。為了及時進行險情預(yù)報，現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)應(yīng)立即分析處理后反饋給施工現(xiàn)場管理人員。
3.5 監(jiān)測過程描述
京盛II期基坑北邊坡監(jiān)測工程開始于1999年10月25日，這一天在樁基處京盛II期項目經(jīng)理部的協(xié)助下，將測斜管埋置于圖3所示的兩個監(jiān)測位置，當(dāng)時由于測斜儀未能及時購入，所以錯過了將測斜管埋置在相應(yīng)位置護坡樁中的時機，所以只好將其埋置在相應(yīng)位置的自滲砂井中，從而本次測量是監(jiān)測該邊坡土體的變形。
初始數(shù)據(jù)共采集了兩次，最后決定以2000年1月1日的初始數(shù)據(jù)為本次監(jiān)測的起始數(shù)據(jù)。邊坡第一次開挖時間為2000年1月9日夜間和2000年1月10日凌晨，開挖3米深度，為樁間土噴射混凝土護璧。第一次變形監(jiān)測測量在2000年1月10日早晨9時；由于開挖深度小，不存在邊坡失穩(wěn)的可能性，所以沒有連續(xù)測量；2000年1月14日夜晚和1月15日凌晨又向下開挖2米，基坑累計深度為5米，1月16日在基坑內(nèi)該深度開始第一道錨桿鉆孔施工，2000年1月15日早晨9時進行第二次監(jiān)測測量，從這以后開始連續(xù)監(jiān)測，由于在這個深度基坑基本不會失穩(wěn)，所以監(jiān)測大致在4～5天一次，在1月31日拉拔第一道錨桿，所以在拉拔錨桿前后即1月31日和2月1日各測量一次；到2000年2月12日監(jiān)測孔附近的第二道錨桿即將拉拔，為了了解錨桿拉拔前后對邊坡的影響，在拉拔前2月12日進行了測量，拉拔鎖定后2月13日又進行了測量；錨桿安裝完成后基坑繼續(xù)下挖，2月18日2＃監(jiān)測孔處下挖至9米，2月21日1＃監(jiān)測孔隨之下挖至9米深度，至此深度上打基礎(chǔ)樁，開挖暫時停止。從2月21日后至4月12日之間，對基坑進行持續(xù)性監(jiān)測，到4月12日2＃監(jiān)測孔處基坑向下開挖至槽底－11.7m，4月18日1＃監(jiān)測孔處隨后也開挖至槽底-11.7m；從此基坑監(jiān)測進入持續(xù)性監(jiān)測，直到6月16日最后一次監(jiān)測表明，基坑位移變形收斂已經(jīng)長達近一個月，結(jié)束監(jiān)測。結(jié)束監(jiān)測的另外一個原因是：建設(shè)施工方將木條堆積在1＃監(jiān)測孔旁，木條堆壓迫了1＃監(jiān)測孔的測斜管，致使監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性被破壞。
3.6 監(jiān)測結(jié)果評價
3.6.1整體性評價
在基坑開挖整個過程中1＃和2＃監(jiān)測點的位移情況如圖8、圖9所示，在全程變形過程中，1＃監(jiān)測孔土體歷史最大位移為16.55mm，發(fā)生在2000年1月10日第一次開挖后，位于地面下1.5m處；該監(jiān)測孔穩(wěn)定最大位移為：12.66mm，發(fā)生在同樣高度，時間為6月5日。
2＃監(jiān)測孔土體最大位移與土體穩(wěn)定最大位移同步，數(shù)值為6.76mm，發(fā)生時間為2000年6月16日，發(fā)生地點在地面下7.8m。從兩個監(jiān)測孔變形的絕對位移可知，該邊坡變形滿足規(guī)范要求的地面位移小于3cm，邊坡最大位移小于6cm的規(guī)定，其設(shè)計和施工都達到要求。由于樁體的水平變形一般都小于或等于土體變形，所以該邊坡的護坡樁變形也同樣滿足規(guī)范要求。上述中的歷史最大位移和穩(wěn)定最大位移的概念陳述如下：
歷史最大位移――支護樁由于開挖擾動造成的不穩(wěn)定最大位移稱之為歷史最大位移；
穩(wěn)定最大位移――支護樁由于開挖擾動、土體壓力和蠕變變形造成的不可恢復(fù)的最大位移；
在后文中將對上述概念進一步闡述。
3.6.2邊坡變形速率評價
從監(jiān)測孔1＃、2＃的全程位移－時間曲線（圖10、圖11）可看出，1＃監(jiān)測孔在1月10日至1月19日之間開始開挖階段，變形速率較大。如圖12所示，這段時間變形速率大的原因是測斜管雖然埋置在土體中，但與支護樁帽梁相聯(lián)，初始開挖將帽梁周圍的土體壓力突然釋放，造成帽梁的突然變形，這就造成測斜管變形速率變化很大。經(jīng)過一定長時間，隨著這部分土體壓力釋放，一種變形突變現(xiàn)象逐漸消失。1＃孔另外一次變形速率的突變產(chǎn)生在4月18日至4月30日，這段時間變形速率的增加使得監(jiān)測次數(shù)加密，速率突變的原因是因為槽底基礎(chǔ)樁完工，一次開挖至槽底所導(dǎo)致。5月8日以后由于開挖結(jié)束，槽底開始施工底板，邊坡變形逐漸趨于變小，邊坡的許多高度上的點變形趨于零，在6月5日后的某些點速率突變?yōu)樨摂?shù)，是因為施工方將大量木條堆積在1＃監(jiān)測孔后，導(dǎo)致木條堆壓在監(jiān)測孔上，從而是變形產(chǎn)生不正常現(xiàn)象。根據(jù)圖10和圖12變形速率情況，該邊坡已經(jīng)達到變形收斂，所以結(jié)束監(jiān)測。在監(jiān)測過程中雖然產(chǎn)生變形速率的突變，但由于變形量在規(guī)范警戒值以下，且穩(wěn)定變形速率≤±1mm，而最大變形速率雖然為1.54mm/day，但它產(chǎn)生于基坑開挖的初期，這時基坑只有2m深，所以監(jiān)測期間始終沒有發(fā)出警戒警告。
2＃監(jiān)測孔的變形速率變化與1＃孔基本相似，由圖11和圖13可知，其與1＃孔不同之處為，在基坑開挖的初期，其變形速率在一段時間內(nèi)為負值，這可能是由于測斜管與樁帽梁相連，而帽梁整體不在一條直線上，開挖初期，帽梁初始變形凹凸不平，造成2＃測斜孔所在帽梁向基坑外變形，造成測斜管也隨之產(chǎn)生負位移。25天后隨著基坑向下開挖，土壓力的顯現(xiàn)，2＃孔逐漸產(chǎn)生向基坑內(nèi)變形。2＃孔變形產(chǎn)生最大突變是在4月12日以后，即開挖100天至130天之間，這段時間基礎(chǔ)樁施工完畢，基坑由－9m處一次開挖至槽底，在此時間段內(nèi)監(jiān)測次數(shù)加密，幾乎1～2天一次，到5月16日變形速率逐漸減低，則延長監(jiān)測間隔。自次以后，邊坡變形主要是以土體蠕變變形為主，變形速率和變形量都很小，到6月16日監(jiān)測點處各高度土體變形速率和變形量趨進于零，且槽底底板施工已經(jīng)完成、一層地下室鋼筋綁扎完畢，該基坑已經(jīng)由原來的11米減小為不足9m，則結(jié)束監(jiān)測。監(jiān)測過程中與1＃孔一樣沒有發(fā)出過變形警告，是因為該監(jiān)測孔絕對位移和變形速率都沒有達到警戒值。變形速率歷史最大值為：向基坑內(nèi)發(fā)展0.6mm/day，向坑外發(fā)展-4.5mm/day，這個值的發(fā)生時基坑只有5m深，樁的嵌入深度達11m，高速率的產(chǎn)生是因為土體突然被開挖造成瞬時卸載導(dǎo)致的，所以不存在失穩(wěn)問題。
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