1、1浅析基坑开挖过程中变形监测方法摘要：当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用以计算基坑周围的土体变形，施工中通过准确及时的监测，可以指导基坑开挖和支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。引言：在深基坑的设计施工过程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其它条件的影响，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的问题。 所以在基坑的开挖施工中，对支护结构、基坑邻近建筑物、地下管线以及周围土体等在理论分析指导下有计划的监测，以此监测数据为依据，对基坑支护进行动态设计，是十分必要的。基坑支护监测一般需要进行下列项目的测量：监控点高程和平面位移的测量；支护结构和被支护土体的侧向位移测量
2、；基坑坑底隆起测量；支护结构内外土压力测量；支护结构内外孔隙水压力测量；支护结构的内力测量；地下水位变化的测量；邻近基坑的建筑物和管线变形测量等。一基坑施工监测的特点1.1 时效性普通工程测量一般没有明显的时间效应。基坑监测通常是配合降水和开挖过程，有鲜明的时间性。测量结果是动态变化的，一天以前（甚至几小时以前）的测量结果都会失去直接的意义，因此深基坑施工中监测需随时进行，通常是1 次/d，在测量对象变化快的关键时期，可能每天需进行数次。基坑监测的时效性要求对应的方法和设备具有采集数据快、全天候工作的能力，甚至适应夜晚或大雾天气等严酷的环境条件。1.2 高精度普通工程测量中误差限值通常在数毫米
3、，例如 60m 以下建筑物在测站上测定的高差中误差限值为 2.5mm，而正常情况下基坑施工中的环境变形速率可能在 0.1mm/d 以下，要测到这样的变形精度，普通测量方法和仪器部不能胜任，因此基坑施工中的测量通常采用一些特殊的高精度仪器。1.3 等精度基坑施工中的监测通常只要求测得相对变化值，而不要求测量绝对值。例2如，普通测量要求将建筑物在地面定位，这是一个绝对量坐标及高程的测量，而在基坑边壁变形测量中，只要求测定边壁相对于原来基准位置的位移即可，而边壁原来的位置（坐标及高程）可能完全不需要知道。由于这个鲜明的特点，使得深基坑施工监测有其自身规律。例如，普通水准测量要求前后视距相等，以清除地
4、球曲率、大气折光、水准仪视准轴与水准管轴不平行等项误差，但在基坑监测中，受环境条件的限制，前后视距可能根本无法相等。这样的测量结果在普通测量中是不允许的，而在基坑监测中，只要每次测量位置保持一致，即使前后视距相差悬殊，结果仍然是完全可用的。因此，基坑监测要求尽可能做到等精度。使用相同的仪器，在相同的位置上，由同一观测者按同一方案施测。二监测中仪器的使用适应基坑监测的上述内容和特点，具体测量中采用了很多新型的测量仪器，具体包括：2.1 深层沉降仪深层沉降仪是用来精确测量基坑范围内不同深度处各土层在施工过程中沉降或隆起数据的仪器。它由对磁性材料敏感的探头和带刻度标尺的导线组成。当探头遇到预埋在预定
5、深度钻孔中的磁性材料圆环时，沉降仪上的蜂鸣器就会发出叫声。此时测量导线上标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，即可获得磁性环所在位置的标高。通过对不同时期测量结果的对比与分析，可以确定各土层的沉降（或隆起）结果。深层沉降观测过程分为井口标高观测和场地土深层沉降观测两大部分。井口标高观测按常规光学水准观测方法进行。以下介绍作者在工程实际中使用的加拿大 RockTest 公司产 R-4 型磁性沉降仪，其刻度划分为 1mm，读数分辨精度为 0.5mm.2.1.1 磁性沉降标的安装1）用钻机在场地中预定位置钻孔（实际布设孔位时要注意避开墙柱轴线） 。根据各个测点的不同观测目的，考虑到上部结构的重量分布及结构
6、形式以及实际土压力影响深度，综合取定各孔深尺寸及沉降标在孔中的埋设位置。2）用 PVC 塑料管作为磁性探头的通道 （称为导管） ，导管两端设有底盖和顶封。将第一个磁性圆环安装在塑料管的端部，放入钻孔中。待端部抵达孔3底时，将磁性圆环上的卡爪弹开；由于卡爪打开后无法收回，故这种磁性环是一次性的，不能重复使用，安装时必须格外小心。3）将需安装的磁性圆环套在塑料管上，依次放大孔中预定深度。确认磁性环位置正确后，弹开卡爪。测量点位要综合考虑基底压力影响深度曲线和地质勘探报告中有关土层的分布情况。4）固定探头导管，将导管与钻孔之间的空隙用砂填实。5）固定孔口，制作钢筋混凝土孔口保护圈。6）测量孔口标高
7、3 次，以平均值作为孔口稳定标高。测量各磁性圆环的初始位置（标高）3 次，以平均值作为各环所在位置的稳定标高。2.1.2 磁性沉降标的测量1）在深层沉降标孔口做出醒目标志，严密保护孔口。将孔位统一编号，以与测量结果对应。2）根据基坑施工进度，随时调整孔口标高。每次调整孔口标高前后，均须分别测量孔口标高和各磁性环的位置。3）每次基坑有较大的荷载变化前后，亦须测量磁性环位置。2.2 测斜仪测斜仪是一种可以精确地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，可以用来测量单向位移，也可以测量双向位移，再由两个方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。本文介绍加拿大 RockTest 公
8、司产 RT-20MU 型测斜仪，其仪器标称精度为6mm/25m，探头精度为 0.1mm/0.5m.2.2.1 测斜管的埋设1）在预定的测斜管埋设位置钻孔。根据基坑的开挖总深度，确定测斜管孔深，即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零，并以此作为侧向位移的基准。2）将测斜管底部装上底盖，逐节组装，并放大钻孔内。安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终分别与坑壁走向垂直或平行。管内注入清水，沉管到孔底时，即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实，固定测斜管。3）测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将探头模型放入测斜4管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅
9、通无阻，滚轮是否有滑出导槽的现象。由于测斜仪的探头十分昂贵，在未确认测斜管导槽畅通时，不允许放入探头。4）测量测斜管管口坐标及高程，做出醒目标志，以利保护管口。现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表，以与测量结果对应。2.2.2 土体水平位移测量1）连接探头和测读仪。当连接测读仪的电缆和探头时，要使用原装扳手将螺母接上。检查密封装置、电池充电情况（电压）及仪器是否能正常读数。当测斜仪电压不足时必须立即充电，以免损伤仪器。2）将探头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓慢下至孔底以上 0.5m 处。注意不要把探头降到套管的底部，以免损伤探头。测量自下而上地沿导槽全长每隔 0.5m 测读一次。为提
10、高测量结果的可靠度，每一测量步骤中均需一定的时间延迟，以确保读数系统与环境温度及其他条件平稳（稳定的特征是读数不再变化） 。若对测量结果有怀疑可重测，重测的结果将覆盖相应的数据。3）测量完毕后，将探头旋转 180，插入同一对导槽，按以上方法重复测量，前后两次测量时的各测点应在同一位置上；在这种情况下，两次测量同一测点的读数绝对值之差应小于 10%，且符号相反，否则应重测本组数据。4）用同样的方法和程序，可以测量另一对导槽的水平位移。5）侧向位移的初始值应取基坑降水之前，连续 3 次测量无明显差异之读数的平均值。6）观测间隔时间通常取定为 3d.当侧向位移的绝对值或水平位移速率有明显加大时，必须
11、加密观测次数。7）RT-20MU 型测斜仪配有 RS-232 接口，可以与微机相连，将系统设置与测量数据在微机与测斜仪之间传输。RockTest 公司还开发有 Acculog-X2000 软件系统，可以自动解释测量数据，完成分析与绘图输出等内业工作。三监测方案设计在方案的设计中，要考虑到很多条件因素的限制，包括基坑的地质条件和岩土工程特征及周围环境，都是是基坑设计需要详细了解和分析的首要内容。 这需要我们考虑的有：确保基坑侧壁的安全，保证基坑周围建筑物、地下管线、道路的安全；基坑支护方案在安全的前提下，经济合理；基坑支护结构5能保证地下主体结构的顺利施工；现有场地能满足基坑支护结构的施工要求。
12、3.1 支护方案的设计采用土钉墙或钢管桩对边坡进行支护。施工时每隔 2.0m 设置一个对中支架，沿锚杆均匀分布，锚杆保护层厚度为 3cm；注浆管应与锚杆同时放入孔内，注浆管端头与孔底距离为 100mm 左右。 施工时处于自由段的锚杆抹上黄油后再包一层塑料布，两头用铁丝扎死。 灌注浆液采用 42.5 级普硅水泥，水灰比（重量比）为 0.5 的水泥浆掺入 10%的UEA 膨胀剂，水泥浆强度应大于 20Mpa。 锚杆均采用二次高压注浆工艺，二次高压注浆压力为 2.5-5Mpa。 施工时先打六根试验锚索，然后后做锚杆基本试验，根据试验结果调整锚索方案。3.2 降排水方案参考场区周围降水经验，设计主要采
13、用明排水措施。3.2.1 基坑顶部截水在基坑顶部距基坑边 1.0m 处设置截面尺寸为 240mm240mm（水泥砂浆砖砌）的挡水围堰一道。坑顶部场地应采用水泥砂浆抹面硬化，防止地表水流入、渗入基坑内。排水沟应与附近的市政地下管网连接。3.2.2 基坑坡面泄水 自距基坑底 300mm 沿坡面向上，设置泄水孔，纵横向间距均为 2.5m。考虑到挖土时，土颗粒之间的粘结水会部分转化为自由水，因此，在基坑开挖时，局部需要通过采用超挖深集水坑等措施，快速疏干基坑内部的地下水。3.2.3 基坑底部排水 基坑内排水采用明排，在基坑内沿基坑底四周布置断面为 400mm(宽度)400mm(深度) 排水盲沟，沟内填
14、 2-4cm 石子，再沿在基坑底四周每 30m 挖 1个直径 800mm,深 0.8m 的集水井，盲沟与集水井相连 ,排水沟离基坑侧壁距离0.5m 以上。3.3 地下水回灌 在基坑外布设回灌井，结构同降水井，回灌井深度及间距可根据现场实际情况进行调整，按回灌井内的水位标高与降水前原有地下水位的标高相同控制。回灌井与降水井应协调控制。回灌水宜采用清水。63.4 施工作业进程3.4.1 施工技术要求1）挖土施工前须严格按照放坡坡度进行放线。2）挖土时要保证边坡表面的平整性，3）土钉施工前，按设计要求定出孔位并做出标记和编号。施工过程中做好施工记录。4）土钉施工采用钢花管直接打入，外露端头长度不小于
15、 100mm。5）浆体采用 M20 纯水泥浆，水灰比为 0.450.5，注浆时采用高压注浆方式。 6）钢筋网片上翻至基坑顶部外沿 1.0m，并用打入土中的短钢筋固定，并用石块或砼块垫起，保证钢筋网片保护层厚度不小于 20mm；钢筋网接头要上下错开搭接，搭接长度不小于 300mm，绑扎牢固。7）为保证施工时的喷射砼厚度达到设计要求，在坡面上垂直打入短木棍或钢筋段作为标志。 8）采用潮喷法施工，喷射砼的喷射顺序自下而上，喷头与坡面距离控制在0.81.5m 范围内，射流方向垂直指向喷射面。在钢筋部位，先喷填钢筋后方，然后再喷填钢筋前方，防止在钢筋背面出现空隙。9）喷射砼终凝 2 小时后，开始养护，喷
16、水养护时间不得少于 57 天。 10）锚杆土钉采用抗拉试验检测承载力，同一条件下，试验数量不少于土钉总数的 1%，且不少于 3 根；喷射砼厚度采用钻孔检测，钻孔数每 100m2 一组，且不少于 3 组。 3.4.2 施工步骤1）基坑土方开挖的施工总原则是“分层分块，分期开挖” ，以控制基坑变形。开挖单位应进行专门的土方开挖设计方案。 2）土方开挖按锚杆的施工设计要求必须采用分层分段、自上而下逐层施工。3.5 监测项目3.5.1 仪器监测项目1）桩顶水平位移、竖向位移。 2）桩身侧向深层水平位移。 73）锚杆拉力。 4）地下水位。 5）地表竖向位移。 6）周围建筑物的竖向位移、倾斜、裂缝。 7）
17、周围地下管线变形。3.5.2 巡视检查项目 1）支护结构 支护结构成型质量； 桩顶有无裂缝出现； 桩身侧面有无较大变形； 基坑内土体有无沉陷、裂缝及滑移； 基坑有无涌土、流砂、管涌。 2）施工工况 开挖后暴露的土质情况与岩土勘察报告有无差异； 基坑开挖分段长度及分层厚度是否与设计要求一致，有无超长、超深开挖；场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水、回灌设施是否运转正常； 基坑周围地面堆载情况，有无超堆荷载。 3）基坑周边环境 地下管道有无破损、泄露情况； 周边建（构）筑物有无裂缝出现； 周边道路（地面）有无裂缝、沉陷； 4）监测设施 基准点、测点完好状况； 有无影响观测工作的障碍物； 监
18、测元件的完好及保护情况。3.6 测点位置的设计1）围护桩顶部的水平位移和竖向位移监测点沿围护桩的周边布置，围护墙周边中部、阳角处布置监测点。监测点间距不大于 20m，每边监测点数目不少8于 3 个。监测点设置在冠梁上。 2）深层水平位移监测孔布置在基坑围护桩的中心处，每边设 1 个监测点。 3）从基坑边缘以外 13 倍开挖深度范围内需要保护的建筑物、地下管线等均应作为监控对象。 4）建（构）筑物的竖向位移监测点布置在建筑物四角、沿外墙每 1015m处或每隔 23 根柱基上，且每边不少于 3 个监测点。 5）倾斜监测点布置在建（构）筑物角点、变形缝或抗震缝两侧的承重柱或墙上。 3.7 基坑监测频
19、率 监测频率表基坑设计开挖深度基坑类别施工进程5m 510m 1015m5 1 次/2d 1 次/2d 1 次/2d开挖深度（m） 510 1 次/1d 1 次/1d7 1 次/2d 1 次/2d 1 次/2d714 1 次/3d 1 次/3d 1 次/3d1428 1 次/7d 1 次/5d 1 次/5d一级地板浇筑后时间28 1 次/10d 1 次/10d 1 次/10d当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，并及时向委托方及相关单位报告监测结果： 1）监测数据达到报警值。 2）监测数据变化量较大或者速率加快。 3）存在勘察中未发现的不良地质条件。 4）超深、超长开挖等未按设计施工
20、。 5）基坑及周边大量积水、长时间连续降雨、市政管道出现泄漏。 6）基坑附近地面荷载突然增大或超过设计限值。 7）支护结构出现开裂。 8）周边地面出现突然较大沉降或严重开裂。 9）邻近的建（构）筑物出现突然较大沉降、不均匀沉降或严重开裂。 910）基坑底部、坡体或支护结构出现管涌、渗漏或流砂等现象。 3.8 监测报警值 3.8.1 基坑及支护结构监测报警值 监测报警值一览表监测项目 累计绝对值(mm) 变化速率(mm/d)冠梁顶水平位移 30mm 3冠梁顶竖向位移 10mm 2灌注桩身中部侧向位移 50mm 3基坑周边地表竖向位移 30mm 33.8.2 建筑基坑周边环境监测报警值 监测报警值
21、一览表累计值 项目监测对象 绝对值 倾斜变化速率(mm/d)备注1 地下水位变化 1000 500压力 20 2刚性管道 非压力 25 4直接观察点数据2管线位移柔性管线 25 4最大沉降 503临近建（构）筑物 差异沉降 2/1000 0.1H/1000注：1H 为建筑物承重结构高度。2第 3 项累计值取最大沉降和差异沉降两者的小值。四预防及应急补救措施 1）基坑开挖前应备足草包、塑料布、水泥、水玻璃、钢管等应急物资。 2）施工必须严格按照设计的施工部署进行，决不允许超挖情况的发生，以确保支护结构的安全。 3）凡是堆载应尽可能堆在距坑沿 8.0m 以外，20kPa 以上的超载需要放在8.0m 以内时，需经设计方许可。 4）雨季施工应防地表水体的回灌，施工中应快速封闭来水通道，并加强巡10逻，地表出现裂缝时应及时用水泥浆液灌填。 5）基坑内出现管涌时，应立即采用回填土或水泥包反压，并插入轻型井点管进行降水。 6）基坑坡顶位移较大时，应及时采取土方回填，并在坡顶外开沟卸荷，必要时在坑内采用钢管进行支撑等措施。
