胡楚旺

陜西省建筑科學(xué)研究院   710082    西安

 

    基坑工程不僅是建筑工程的一部分受到重視，更因?yàn)榛�坑工程的安全涉及公共安全，如周邊建（�?gòu)）筑物、管線和道路的安全影響到社會(huì)安全的群眾生活�；�坑工程與其他結(jié)構(gòu)工程相比，不安全因素較多，所以基坑工程除認(rèn)真周到的設(shè)計(jì)外，工程施工和使用過(guò)程的監(jiān)測(cè)顯得十分重要，通過(guò)施工中準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)信息，判斷工程的安全狀態(tài)，可以指導(dǎo)基坑開挖和支護(hù)，有利于及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免或減少破壞性的后果。　　

 

    1.1時(shí)效性

    普通工程測(cè)量一般沒(méi)有明顯的時(shí)間效應(yīng)�；�坑監(jiān)測(cè)通常是配合降水和土方開挖過(guò)程，有鮮明的時(shí)間性，測(cè)量結(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的。深基坑施工中監(jiān)測(cè)需隨時(shí)進(jìn)行，在測(cè)量對(duì)象變化快的關(guān)鍵時(shí)期，可能每天需進(jìn)行數(shù)次。基坑監(jiān)測(cè)的時(shí)效性要求對(duì)應(yīng)的方法和設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力，甚至適應(yīng)夜晚或大霧天氣等嚴(yán)酷的環(huán)境條件。

 

    1.2高精度

    普通工程測(cè)量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m以下建筑物在測(cè)站上測(cè)定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測(cè)到這樣的變形精度，普通測(cè)量方法和儀器是不能勝任的，因此基坑施工中的測(cè)量通常采用一些特殊的高精度儀器。

 

    1.3等精度

    基坑施工中的監(jiān)測(cè)通常只要求測(cè)得相對(duì)變化值，而不要求測(cè)量絕對(duì)值。例如，普通測(cè)量要求將建筑物在地面定位，這是一個(gè)絕對(duì)量坐標(biāo)及高程的測(cè)量，而在基坑邊壁變形測(cè)量中，只要求測(cè)定邊壁相對(duì)于原來(lái)基準(zhǔn)位置的位移即可，而邊壁原來(lái)的位置（坐標(biāo)及高程）可能完全不需要知道。

    因此，基坑監(jiān)測(cè)要求盡可能做到等精度。使用相同的儀器，在相同的位置上，由同一觀測(cè)者按同一方案施測(cè)。

 

    基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)一般需要進(jìn)行下列項(xiàng)目的測(cè)量： （1）監(jiān)控點(diǎn)高程和平面位移的測(cè)量；（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)和被支護(hù)土體的側(cè)向位移測(cè)量；（3）基坑坑底隆起測(cè)量；（4）支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外土壓力測(cè)量；（5）支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外孔隙水壓力測(cè)量；（6）支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力測(cè)量；（7）地下水位變化的測(cè)量；（8）鄰近基坑的建筑物和管線變形測(cè)量等。通過(guò)對(duì)基坑的監(jiān)測(cè),基本上可以了解基坑的穩(wěn)定情況。

 

    監(jiān)測(cè)方案必須建立在對(duì)工程場(chǎng)地地質(zhì)條件、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和施工方案以及基坑工程相鄰環(huán)境詳盡的調(diào)查基礎(chǔ)之上�；�坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容綜合起來(lái)可分為兩大部分，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系，周圍土體和相鄰環(huán)境。

    3.1監(jiān)測(cè)組織建立
    根據(jù)工程的特點(diǎn)和要求，組建專業(yè)監(jiān)測(cè)小組，負(fù)責(zé)該工程監(jiān)測(cè)的計(jì)劃、組織和質(zhì)量審核。
    ⑴監(jiān)測(cè)小組由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技術(shù)人員組成；

    ⑵做好基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作；

    ⑶采用專門的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行監(jiān)測(cè),并定期標(biāo)定，測(cè)量?jī)x器由專人使用,專人保養(yǎng),定期檢驗(yàn)；

    ⑷測(cè)量數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn),室內(nèi)復(fù)核后才上報(bào),并建立審核制度,對(duì)采集的數(shù)據(jù)及其處理結(jié)果經(jīng)過(guò)校驗(yàn)審核后方可提交；

    ⑸嚴(yán)格按現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范與有關(guān)細(xì)則操作，根據(jù)測(cè)量及分析的結(jié)果,及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)方案的實(shí)施；

    ⑹測(cè)量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、計(jì)算與管理,由專人采用計(jì)算機(jī)及專用軟件進(jìn)行；

    ⑺定期開展相應(yīng)的QC 小組活動(dòng),交流信息和經(jīng)驗(yàn)。

    3.2控制點(diǎn)設(shè)置

    控制點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)，所以在遠(yuǎn)離基坑的比較安全的地方布設(shè)。每次監(jiān)測(cè)時(shí)，均應(yīng)檢查控制點(diǎn)本身是否受環(huán)境影響或破壞，確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。

 

   3.2.1平面控制網(wǎng)的布設(shè)

    平面控制網(wǎng)應(yīng)為獨(dú)立控制網(wǎng)�？刂泣c(diǎn)的埋設(shè)，應(yīng)以工程的地質(zhì)條件為依據(jù)，因地制宜進(jìn)行，均應(yīng)采用強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩，對(duì)于自由等邊三角形所組成的規(guī)則網(wǎng)形，當(dāng)邊長(zhǎng)在200m以內(nèi)時(shí)，測(cè)角網(wǎng)具有較好的點(diǎn)精度。

 

    3.2.2水準(zhǔn)基點(diǎn)的布設(shè)

    水準(zhǔn)基點(diǎn)作為沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)的水準(zhǔn)點(diǎn)，一般設(shè)置三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成一組，要求埋設(shè)在基巖上或在沉降影響范圍之外穩(wěn)定的建筑物基礎(chǔ)上，作為整個(gè)高程變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的起始點(diǎn)。

 

    3.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系的監(jiān)測(cè)

    3.3.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、沉降的監(jiān)測(cè)

    在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置水平位移觀測(cè)點(diǎn)兼作沉降觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)采用鋼筋樁預(yù)埋在樁頂上，鋼筋上刻上十字絲作為點(diǎn)位觀測(cè)用。測(cè)點(diǎn)間距的確定主要考慮能據(jù)此描繪出基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變化曲線。

　　

    在開挖基坑之前，即對(duì)鋼筋樁頂進(jìn)行坐標(biāo)和高程觀測(cè)，并記錄初始值，水平位移觀測(cè)若使用的儀器為全站儀，觀測(cè)會(huì)比較方便，每次觀測(cè)時(shí)，采用盤左盤右坐標(biāo)取平均。沉降觀測(cè)儀器為精密水準(zhǔn)儀，銦鋼尺，每次沉降監(jiān)測(cè)工作，均采用環(huán)形閉合方法或往返閉合方法進(jìn)行檢查，閉合差的大小應(yīng)根據(jù)不同情況的監(jiān)測(cè)要求確定。

 

    3.3.2樁體的深層水平位移監(jiān)測(cè)

    基坑開挖中，樁體側(cè)向變形是最重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通常采用測(cè)斜儀測(cè)量，將圍護(hù)樁在不同深度上點(diǎn)的水平位移按一定比例繪制出水平位移隨深度變化的曲線。

 

    3.3.3支撐的穩(wěn)定性控制

    支撐的穩(wěn)定性是控制整個(gè)基坑穩(wěn)定的重要因素之一，有鋼支撐和鋼筋混凝土支撐等，支撐軸力監(jiān)測(cè)對(duì)了解支撐的受力狀況，保障支撐安全有著重要意義�？紤]到支撐布置情況，按最不利工況，可選擇其中的幾條支撐進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)。

 

    3.4周圍土體的監(jiān)測(cè)

    基坑周圍土體開挖必定會(huì)引起鄰近基坑周圍土體的變形。過(guò)量的變形將影響鄰近建筑物和市政管線的正常使用，甚至導(dǎo)致破壞。因此，必須在基坑施工期間對(duì)它們的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

    3.4.1深層水平位移監(jiān)測(cè)可在土體關(guān)鍵部位埋設(shè)測(cè)斜管，用測(cè)斜儀對(duì)土體深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同樣繪制水平位移─深度變化曲線。

    3.4.2地下水位的監(jiān)測(cè)采用測(cè)水位高程方法，先在設(shè)計(jì)點(diǎn)位鉆孔，然后下入PVC過(guò)濾管，填礫，并測(cè)得孔內(nèi)穩(wěn)定水位，成井后，用電阻水位儀定期測(cè)量孔內(nèi)水位埋深。

 

    3.5相鄰環(huán)境監(jiān)測(cè)

    3.5.1建筑物變形監(jiān)測(cè)建筑物的變形監(jiān)測(cè)可以分為沉降監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)和裂縫監(jiān)測(cè)等部分內(nèi)容。

    當(dāng)建筑物發(fā)生裂縫時(shí)，應(yīng)先對(duì)裂縫進(jìn)行編號(hào)，然后監(jiān)測(cè)裂縫的位置、走向、長(zhǎng)度及寬度等。根據(jù)裂縫的情況選擇代表性的位置于裂縫兩側(cè)各埋設(shè)一個(gè)標(biāo)點(diǎn)，定期的測(cè)定兩個(gè)標(biāo)點(diǎn)間距離變化值，以此來(lái)掌握裂縫的發(fā)展情況。

 

    3.5.2路面、管線沉降監(jiān)測(cè)

    城市地區(qū)的道路與地下管線網(wǎng)是城市生活的命脈，其安全與人民生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)緊密相連。因此作好它們的安全監(jiān)測(cè)是非常重要的。根據(jù)基坑工程的設(shè)計(jì)和施工方案對(duì)可能產(chǎn)生的最大沉降量作出預(yù)估，采取主動(dòng)的保護(hù)措施。

 

    3.6監(jiān)測(cè)頻率與預(yù)警位
    3.6.1監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)施工進(jìn)度確定,在基坑開挖階段,每天一次,其余可每隔3～5 天1 次。在開挖卸載急劇階段，當(dāng)變形超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地變化較大時(shí)，監(jiān)測(cè)結(jié)果超過(guò)預(yù)警值時(shí)應(yīng)加密觀測(cè)，應(yīng)加密觀測(cè)，間隔時(shí)間不超過(guò)一天；當(dāng)大、暴雨或基坑荷載條件改變時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)；當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)觀測(cè)。

    3.6.2基坑施工監(jiān)測(cè)的預(yù)警值就是設(shè)定一個(gè)定量化指標(biāo)系統(tǒng)，在其容許范圍內(nèi)認(rèn)為是安全的，且不對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生有害影響。預(yù)警值的確定應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程設(shè)計(jì)的要求，以及各保護(hù)對(duì)象的主管部門提出的要求，還應(yīng)結(jié)合考慮基坑規(guī)模、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件等因素。

   

    3.7監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及反饋

    3.7.1成果整理

    每次量測(cè)后,將原始數(shù)據(jù)及時(shí)整理成正式記錄,并對(duì)每一個(gè)量測(cè)斷面內(nèi)每一種量測(cè)項(xiàng)目,均進(jìn)行以下資料整理: a) 原始記錄表及實(shí)際測(cè)點(diǎn)圖; b) 位移(應(yīng)力) 值隨時(shí)間及隨開挖面距離的變化圖; c) 位移速度、位移(應(yīng)力) 加速度隨時(shí)間以及隨開挖面變化圖。

    3.7.2數(shù)據(jù)處理
    每次量測(cè)后,對(duì)量測(cè)面內(nèi)的每個(gè)量測(cè)點(diǎn)(線) 分別進(jìn)行回歸分析,求出各自精度最高的回歸方程,并進(jìn)行相關(guān)分析和預(yù)測(cè),推算出最終位移(應(yīng)力) 和掌握位移(應(yīng)力) 變化規(guī)律, 并由此判斷基坑的穩(wěn)定性。
    利用已經(jīng)得到的量測(cè)信息進(jìn)行反分析計(jì)算,提供維護(hù)結(jié)構(gòu)和周圍建筑物的狀態(tài),預(yù)測(cè)未來(lái)動(dòng)態(tài),以便提前采取技術(shù)措施,驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法。

    3.7.3反饋方式
    監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全部輸入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)計(jì)算并描繪出各測(cè)量對(duì)象的變化曲線,然后反饋給有關(guān)單位和人員。由于該工程監(jiān)測(cè)中采用的儀器大多數(shù)是傳感式的,其零漂移或溫度補(bǔ)償?shù)榷荚谟?jì)算機(jī)中設(shè)置,并由計(jì)算機(jī)處理。

 

    適應(yīng)基坑監(jiān)測(cè)的上述內(nèi)容和特點(diǎn)，具體測(cè)量中可采用了很多新型的測(cè)量?jī)x器，有振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)、土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)等。本文介紹磁性深層沉降儀和測(cè)斜儀等設(shè)備，這些新的設(shè)備及其技術(shù)特點(diǎn)是傳統(tǒng)的工程測(cè)量不能涵蓋的。

 

    4.1深層沉降儀

    深層沉降儀是用來(lái)精確測(cè)量基坑范圍內(nèi)不同深度處各土層在施工過(guò)程中沉降或隆起數(shù)據(jù)的儀器。它由對(duì)磁性材料敏感的探頭和帶刻度標(biāo)尺的導(dǎo)線組成。當(dāng)探頭遇到預(yù)埋在預(yù)定深度鉆孔中的磁性材料圓環(huán)時(shí)，沉降儀上的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出叫聲。此時(shí)測(cè)量導(dǎo)線上標(biāo)尺在孔口的刻度以及孔口的標(biāo)高，即可獲得磁性環(huán)所在位置的標(biāo)高。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期測(cè)量結(jié)果的對(duì)比與分析，可以確定各土層的沉降（或隆起）結(jié)果。深層沉降觀測(cè)過(guò)程分為井口標(biāo)高觀測(cè)和場(chǎng)地土深層沉降觀測(cè)兩大部分。

 

    4.2測(cè)斜儀

    測(cè)斜儀是一種可以精確地測(cè)量沿鉛垂方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量?jī)x器，可以用來(lái)測(cè)量單向位移，也可以測(cè)量雙向位移，再由兩個(gè)方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。測(cè)斜管的埋設(shè)：

    （1）在預(yù)定的測(cè)斜管埋設(shè)位置鉆孔。根據(jù)基坑的開挖總深度，確定測(cè)斜管孔深，即假定基底標(biāo)高以下某一位置處支護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體側(cè)向位移為零，并以此作為側(cè)向位移的基準(zhǔn)。

    （2）將測(cè)斜管底部裝上底蓋，逐節(jié)組裝，并放大鉆孔內(nèi)。安裝測(cè)斜管時(shí)，隨時(shí)檢查其內(nèi)部的一對(duì)導(dǎo)槽，使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。管內(nèi)注入清水，沉管到孔底時(shí)，即向測(cè)斜管與孔壁之間的空隙內(nèi)由下而上逐段用砂填實(shí)，固定測(cè)斜管。

    （3）測(cè)斜管固定完畢后，用清水將測(cè)斜管內(nèi)沖洗干凈，將探頭模型放入測(cè)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(wú)阻，滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。由于測(cè)斜儀的探頭十分昂貴，在未確認(rèn)測(cè)斜管導(dǎo)槽暢通時(shí)，不允許放入探頭。

    （4）測(cè)量測(cè)斜管管口坐標(biāo)及高程，做出醒目標(biāo)志，以利保護(hù)管口。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量前務(wù)必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表，以與測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)。

 

    在深基坑的施工過(guò)程中，為了對(duì)基坑工程的安全性和對(duì)周圍環(huán)境的影響有全面的了解，需要對(duì)基坑開挖到下一個(gè)施工工況時(shí)的受力和變形的數(shù)值和趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，確�；�坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和相鄰建筑物的安全，在出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)反饋，并采取必要的工程應(yīng)急措施，甚至調(diào)整施工工藝或修改設(shè)計(jì)參數(shù)，同時(shí)積累工作經(jīng)驗(yàn)，為提高基坑工程的設(shè)計(jì)和施工的整體水平提供依據(jù)。因此，在施工過(guò)程中對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的建筑物進(jìn)行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，是非常重要的。

 

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）.1999

[2] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑基坑工程檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（GB50497-2009）.2009

[3] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）.2002

 

 

 

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)