地下室基坑围护施工监测论文

摘要：本工程经过上述各种监测方法的运用，使复杂地质条件下的深基坑变形控制在设计报警值范围内，从而达到在实际施工中对基坑挖土工程、地下室结构工程具有一定的指导作用，施工质量也能得到有效的保证。

前言

由于在施工过程中，基坑内外地基应力的重分布会引起围护结构及周围土体的变形，危及基坑、主体结构的稳定和周围建（构）筑物、地下管线的安全。因此在基坑和结构施工过程中，制定详细的监测方案，对围护结构、支撑和地下管线进行跟踪监测，并根据监测成果，及时分析资料，反馈信息，进一步掌握基坑工程施工过程中基坑及周围环境的安全状态，以便修改设计参数，调整施工工艺，在保证施工安全、质量的前提下，确保附近建筑物、地下管线的正常使用。

1工程概况

本商业地块工程由商业、办公、物业管理用房等组成，下设两层地下室。地下建筑面积约为74367m2。围护周长约有1171m。基坑开挖深度以9.1～10.85m为主，局部电梯井距基坑较近部位计算开挖深度为11.1～11.45m。坑中坑二次开挖深度为1.8～3.05m。基坑形状较规则且开挖面积很大。基坑等级为一级。基坑围护采用钻孔桩+两道钢筋砼内支撑的结构形式，电梯井坑中坑采用φ700@500高压旋喷桩重力式挡墙二次围护形式。

本工程基坑东侧为宽48m的世纪大道；西为已建成住宅小区；南侧为民安路，路上埋有多种管线；北侧与另一公司开发的项目紧紧相连。

2监测内容和数量

（1）深层土体位移监测点共23个，测斜孔深为20～24米左右；

（2）冠梁顶水平位移监测点共50个；

（3）支撑轴力监测点共计34个，每道支撑各17个；

（4）立柱沉降监测点共计16个；

（5）周边环境沉降监测点共53个；

（6）地下水位监测点共18个。

监测点的布置详见“基坑围护施工监测布置图”。

有关监测目的、项目和量测仪器设备以及数据采集传送见下面的设计框图：

监测项目和量测仪器设备以及数据采集传送设计框图

3监测方案

（1）深层土体位移监测

a.测斜仪

本工程深层土体位移监测采用航天工业部第三十三研究所的CX-03E型伺服加速度式测斜仪，仪器参数：

斜率探头：石英绕性摆式反馈加速度计；

灵敏度：每500毫米测管±0.02毫米；

系统总精度：每15米测管±4毫米；

导轮间距基准（标距）：500毫米；

测头尺寸：φ32×660毫米；

测量范围：0～53°；

使用环境：温度-20～50℃；

耐水压：7.8～9.8×102KPa（水深80～100米）。

b.测斜仪的工作原理

测头以其导轮沿着测斜导管（PVC测斜管）的导槽沉降或提升，测头的传感器可以敏感地测到导管在每一深度处的倾斜角度，输出一个电压信号在测读仪面板上显示出来。测头测出的信号是以测斜导管导槽为方向基准。在某一深度处，测头上下导轮标准间距L上的倾斜角的函数，该信号可换算成水平位移，而测斜仪的测斜原理是基于测头传感器加速度计测量重力矢量g在测头轴线垂直面上的分量大小，确定测头轴线相对水平面的倾斜角的原理。

加速度计敏感轴在水平面内时，矢量g在敏感轴上的投影为零，加速度计输出为零。当加速度计敏感轴与水平面存在一倾角θ时，加速度计输出一个电压信号：

Uout1=K0+K1gsinθ

为了消除K0的影响，可以将测头掉转180°在该点进行第二次测量，得

Uout2=K0-K1gsinθ

将偏差K0差消去，得差数

Uout1- Uout2= 2K1gsinθ

从上图的测斜原理示意图看出：sinθ=Δi/L

则可得：

Δi=（Uout1- Uout2）L/2K1g

用测头连续在任一深度I点上测试的总位移，即挠度为：

δ=∑Δi

c.数据采集仪：CX-03E型自动存储测读仪。

d.计算机：便携式笔记本电脑

e.深层土体位移测斜管的埋设

深层土体位移测斜管应在基坑四周放坡结束、基坑土体大面积开挖7天前埋设完毕。首先在监测位置用XY-1型钻机成孔至监测深度，然后将专用的测斜管逐节连接后埋置到设计标高。测斜管埋设时要求测斜管内一对导向滑槽与基坑边线垂直。埋设完毕后，管土间空隙用黄砂回灌密，使测斜管与土体紧密结合。管顶应露出地面20～30cm，切实做好管口的保护措施，沿孔口用砖砌成小井，井口略高于孔口，边长为20～40cm，并将各点的位置告知业主、监理和施工单位，做好监测点的保护工作。

f.监测方法

在基坑正式开挖前，测取各深度的初始坐标，位移值置为零，以后随施工进展测取各深度的坐标值，减去初始坐标，即为该孔的深层土体位移值。

测量步骤：

a.仪器连接：把电缆下插头插入测头的插座内，用扳手将压紧螺帽拧紧以防水，将电缆下插头插入数据采集仪的插座内。

b.仪器检查：使仪器各部分处于正常工作状态。

c.测量：将测头导轮卡置在预埋测斜管的导槽内，轻轻将测头放入测斜管中，放松电缆使测头滑入孔底，记下深度标志。

将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每500mm测读一个数，直至管顶为止，每次测读应将电缆深度标志对准并卡紧，以防读数不稳。

再将测头调转180°重新放入测斜管中，放松电缆使测头滑入孔底，重复上述步骤在相同的深度标志上测读，以保证精度。导轮在正反向导槽的读数将抵消或减少传感器的偏值和轴对准所造成的误差。

该方法的测试分析示意图如图一。

d.测斜操作注意点：

测量时，把测斜仪放入测斜管中应保持一段时间，使测斜仪与管内温度基本一致，待显示仪读数稳定后才能开始测量；

在测斜管埋设时，必须把测斜管内互成90°导向滑槽中的一对与基坑边线垂直；

埋设时管子与管子对接，要对好导向滑槽，管接口用自攻螺丝固定，管底用盖子封牢，并在管内注满清水。管顶应盖好盖子，并妥善保护，防止管顶损伤或有异物进入管内造成堵管。

图一

（2）支撑轴力监测

a.振弦式钢筋计工作原理和计算方法

振弦式钢筋计工作原理是由一根张拉并固定在变形段两端中心位置的钢弦，其自振频率f与钢弦的内应力σ的关系为：

f=（1/2L）√σ/ρ 2.1

式中：f——钢弦的自振频率；

L——钢弦的长度；

σ——钢弦的内应力；

ρ——钢弦材料的密度。

b.支撑轴力计算方法

由（2.1）式可推导出作用在变形段上的钢筋受力与频率的关系为：

P=KΔF 2.2

式中：P——钢筋受力（KN）；

K——钢筋计的标定系数（KN/F），由厂家给定；

ΔF——钢筋计输出频率模数实时测量值相对于基准值的变化

量（F），频率模数ΔF=（f2- f02）×10-3；

f0——无荷载时的振弦自振频率（Hz）；

f——某一荷载下的振弦自振频率（Hz）。

通过振弦式频率接受仪可测出f0和f，根据厂家给定的K值以及修正系数，即可求出相应的被测钢筋的受力P值：

P= KΔF +B 2.3

式中：B——轴力计的计算修正值（KN）。

根据应力应变关系算出钢筋的应变：

ε=P/ASES 2.4

根据钢筋和混凝土共同工作的平截面假定，算出各工况的砼支撑梁轴力：

N=EcACε+ ESASε 2.5

式中：N——各工况的砼支撑梁轴力（KN）；

Ec——混凝土弹性模量（N/mm2）；

AC——混凝土支撑截面积（mm2）；

AS——纵向主筋截面积（mm2）；

ES——钢筋弹性模量，ES=2.06×105N/mm2。

c.GX系列振弦式钢筋计技术指标

分辨率：≤0.07%F·S

不重复度：≤0.05%F·S

滞后：≤0.1%F·S

非线形度：≤0.2%F·S

综合误差：≤1.0%F·S

温度灵敏度：≤0.5℃/Ω

温度补偿：≤±0.5Hz/℃

绝缘电阻：≥250MΩ

工作温度： -25～+60℃。

d.支撑轴力监测方法

在每个监测截面按左、右两侧埋设两个振弦式钢筋计，对称布置在被测截面的周围。埋设工作应在支撑钢筋绑扎完成，混凝土浇筑前进行。振弦式钢筋计埋设在支撑截面中的主筋上，钢筋计与支撑主筋绑扎。注意钢筋计受力方向必须同支撑构件轴线平行，并防止振捣混凝土时破坏钢筋计。基坑开挖后，用频率仪接收钢筋计受力后的自振频率，算出混凝土应变值。根据钢筋和混凝土共同工作的平截面假定，确定钢筋混凝土支撑梁轴力。

e.振弦式钢筋计安装埋设时注意点：

钢筋计直径须同被测主筋直径一致，且钢筋计应与主筋牢固绑扎；

钢筋计与导线必须编号，一一对应；钢筋计全部安装后，须把导线整理好固定在钢筋笼上，在压顶梁段用钢管穿线并引出地面；

钢筋计安装好后，在浇混凝土前后各测一次初值，待基坑开挖前再测一次初值期。

（3）水平位移监测方法

本工程水平位移采用苏州一光RTS全站仪用坐标法进行监测。

a.监测点布设：用膨胀螺丝打入设置水平位移监测点的位置，并用红漆做好明显标志。

b.监测方法：在通视条件良好且不受基坑开挖影响的地点设置几组基准点，每组为两个基准点，其中一个点放全站仪，另一个作为后视点。然后用全站仪测出各水平位移监测点的坐标。第一次是初值，相对位移为零，以后每次测出的坐标与第一次坐标值相比较，算出各点的水平位移。水平位移监测关键在于基准点的选取，应确保该点无位移或沉降。

c.仪器参数：

视距精度：≤0.4%L；

角度测量精度：2"级；

使用环境温度： -20～+45℃。

（4）沉降监测方法

本工程沉降监测采用苏州一光DSZ2自动安平水准仪进行监测。

a.监测点布设：在设置沉降监测点的位置用膨胀螺丝打入或用红漆做好标记。

b.监测方法：在通视条件良好且不受基坑开挖影响的地点设置几个基准点。然后用水准仪测出各沉降监测点的标高。第一次是初值，相对位移为零，以后每次测出的标高与初值相比较，算出各点的沉降值。沉降监测关键在于基准点的选取，应确保该点无位移或沉降。

C.仪器参数：

每公里往返测量高差中数据标准偏差：±1.0mm；

使用环境温度： -30～+50℃。

（5）地下水位监测方法

a.监测点的埋设：水位管埋设深度一般进入透水层，根据地质报告，本工程局部地段有粉砂层，无透水层一般进入4层或5层，一般的埋深在20米左右。根据宁波经验，水位管可与深层土体位移管兼用，因此本工程水位管就利用测斜管。在水位管透水部位用手钻钻眼，外包铝网或塑料滤网。埋设时用钻机成孔，逐节放入测斜管，放完后回填黄砂。埋设完毕后应进行24h降水试验，检验成孔质量。

b.测试方法和数据整理

测试仪器采用电测水位仪，仪器由探头、电缆盘和接受仪组成。仪器探头沿水位管下放，当碰到水时，上部的接受仪会发出蜂鸣声，通过信号线的尺寸刻度，可直接测得地下水位距管的距离。

水位仪读书精度为±1mm，管口高程用水准仪定期与基准点联测；

提供每次测试的地下水位高程本次和累计变化量成果表。

4监测频率及报警值

（1）监测频率

基坑监测从基坑开挖开始，到地下室底板浇筑完毕、支撑全部拆除为止。监测频率开始挖土时为每2天1次；当挖土接近坑底设计标高或发现某监测值接近报警值时，增加监测次数至每天1次；当监测值超过报警值时，根据变形速率，可适当增加监测次数至每天2～3次；挖土完毕垫层施工结束后，如各点连续3天稳定后，则监测频率可调整为每3～4天1次；拆撑期间加强监测。遇基坑出现异常情况或异常天气时，应相应增加监测频率。

（2）监测报警值

基坑工程监测报警值应以监测项目的累计变化量和变化速率两个值控制。本工程各项监测项目的报警值如下表所示：

监测项目 报警值

累计变化量（mm） 连续三天变化速率（mm/d）

深层土体位移 60（45） 6（3）

冠梁顶水平位移 30（20） 5（3）

立柱沉降 35 4

周边环境沉降 30 4

地下水位变化 1000 300

支撑轴力报警值见“基坑围护施工监测布置图”，（）内靠近南侧和西侧部位的报警值。

5监测数据分析

（1）深层土体位移

a.初始值标定：基坑开挖前完成测斜数据初始值测定。在多次重复观测的数据中，选取收敛最小的一次观测数据作为该孔的初始值。

b.符号规定：规定测斜管向基坑方向偏移为正值，反之为负值。

c.变化量：本次各点测试值与同点号的初始测试值之差为累计变化量。

d.绘制累计变化量～深度曲线图。

（2）水平、竖向位移

a.初始值标定：基坑开挖前完成初始值测定，测2-3次，取平均值，减小误差。

b.符号规定：水平位移规定向基坑方向为正值，反之为负值；竖向位移规定下沉为正值，隆起为负值。

c.变化量：本次测试值与上次测试值之差为本次变化量；本次测试值与初始测试值之差为累计变化量。

（3）支撑轴力

a.初始频率的确定：初始值即为安装前的传感器频率测试值。

b.数据计算：将测试传感器的频率值，用公式换算为支撑轴力（KN）。计算公式为：

其中：F-轴力值（KN）

K-标定系数（KN/HZ2）

fi-观测频率值

f0-初始频率值

c.变化量：本次支撑轴力测试值与上次同点号的支撑轴力测试值之差为本次变化量，与同点号初始支撑轴力值之差为累计变化量。

（4）地下水位

a.初始值标定：基坑开挖前完成初始值测定，测2～3次，取平均值，减小误差。

b.符号规定：规定水位下降为正，反之为负值。

c.变化量：本次测试值与上次测试值之差为本次变化量；本次测试值与初始测试值之差为累计变化量。

6信息反馈及监测异常情况处理

（1）信息反馈

一般情况下，监测成果当日以“日报表”的形式上报委托方（一般是把资料交与监理，并由监理发给有关单位）；对重点变化监测项目必要时提供变化曲线图，并附带相应的施工工况说明提供给设计单位。在基坑监测结束后两周左右提交本工程监测总结报告一式三份。

（2）监测异常情况处理

当实测数据达到（或超过）“报警值”时，即刻向委托方口头报警，以便及时采取相应措施确保施工和周围环境的安全，然后以最快方式提交“日报表”。当实测数据出现异常（突变）时，应立刻复测，确保数据的真实性、准确性，然后分析原因，书面报知有关单位，若情况严重，应协助制定应急措施。

7应急措施

根据现场监测结果，采取如下应急措施：

（1）基坑顶水平位移较大或深层土体位移较大、速率较快，有条件部位进行坑外卸土，无放坡条件处加设钢管斜撑、用土钉加固，另外可考虑坑底回填土、草包叠袋或在围护桩与底板胎模之间打设砼板带；

（2）若环梁顶水平位移较大，速率较快，则在该部位加设钢管撑或斜撑；

（3）放坡坡面出现滑移或沉陷现象，用松木桩加固坡脚或用土钉加固坡面或改为钢筋砼面层；

（4）基坑渗水部位用坑外截流或高压注浆止渗；

（5）桩间漏土现象严重，在坑外打设松木桩或坑内砖砌挡墙挡土。

施工现场应准备一定数量的钢管、土钉、松木桩和草包等应急材料。

8结语

本工程经过上述各种监测方法的运用，使复杂地质条件下的深基坑变形控制在设计报警值范围内，从而达到在实际施工中对基坑挖土工程、地下室结构工程具有一定的指导作用，施工质量也能得到有效的保证。

参考文献：

[1]龚晓南等.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998

[2]滕延京.地基基础技术发展与应用[M].北京：知识产权出版社，2004

[3]李青岳等.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995

[4]陆国胜.测量学[M].北京：测绘出版社，19

[5]陈龙飞等.工程测量[M].上海：同济大学出版社，1990

[6]武汉测绘科技大学测量学 编写组.测量学[M].北京：测绘出版社，1991

[7]吴子安.工程建筑物变形观测数据处理[M].北京：测绘出版社，2002