基坑工程施工安全监测要点.docx

基坑工程施工安全监测要点6.7.1基坑监测的目的：1检验设计所采取的各种假设和参数的正确性，指导基坑开挖和支护结构的施工，确保施工安全。目前基坑支护结构设计尚处于半理论半经验的状态，土压力计算大多采用经典的侧向土压力公式，现场实测值相比较有一定的差异，也还没有成熟的方法计算基坑周围土体的变形。因此，在施工过程中需要知道现场实际的受力和变形情况。基坑施工总是从点到面，从上到下分工况局部实施，可以根据由局部和前一工况的开挖产生的应力和变形实测值与预估值的分析，验证原设计和施工方案正确性，同时可对基坑开挖到下一个施工工况时的受力和变形的数值和趋势进行预测，并根据受力和变形实测和预测结果与设计采用的值进行比较，必要时对设计方案和施工工艺进行修正。2确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全。在深基坑开挖与支护施筑过程中，必须在满足支护结构及被支护土体的稳定性，避免破坏和极限状态发生的同时，不产生由于支护结构及被支护土体的过大变形而引起邻近建筑物的倾斜或开裂，邻近管线的渗漏等。从理论上说，如果基坑围护工程的设计是合理可靠的，那么表征土体和支护系统力学形态的一切物理量都随时间而渐趋稳定，反之，如果测得表征土体和支护系统力学形式特点的某几种或某一种物理量，其变化随时间而不是渐趋稳定，则可以断言土体和支护系统不稳定，支护必须加强或修改设计参数。在工程实际中，基坑在破坏前，往往会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形，或变形速率明显增大，在20世纪90年代初期，基坑失稳引起的工程事故比较常见，随着工程经验积累，这种事故越来越少。但由于支护结构及被支护的目的也就出于保护邻近建筑物和管线破坏则仍然时有发生，而事实上大部分基坑围护的目的也就是出于保护邻近建筑物和管线。因此，基坑开挖过程中进行周密的监测，在建筑物和管线的变形在正常的范围内时可保证基坑的顺利施工，在建筑物和管线的变形接近警戒值时，有利于采取对建筑物和管线本体进行保护的技术应急措施，在很大程序上避免或减轻破坏的后果。3、积累工程经验，为提高基坑工程的设计和施工的整体水平提供依据。支护结构上所承受的土压力及其分布，受地质条件、支护方式、支护结构刚度、基坑平面几何形状、开挖深度、施工工艺等的影响，并直接与侧向拉移有关，而基坑的侧向位移又与挖土空间顺序、施工进度等时间和空间因素等有复杂的关系，现行设计分析理论尚未完全成熟。基坑围护的设计和施工，应该在充分借鉴现有成功经验和吸取失败教训的基础上，根据自身的特点，力求在技术方案中有所创新、更趋完善。对于某一基坑工程，在方案设计阶段需要参考同类工程的图纸和监测成果，在竣工完成后则为以后的基坑工程设计增添了一个工程实例。现场监测不仅确保了本基坑工程的安全，在某种意义上也是一次1：1的实体试验，所取得的确切数据是结构和土层在工程施工过程中真实反应，是种种复杂因素影响和作用下基坑系统的综合体现，因而也为该领域的科学和技术发展积累了第一手资料。6.7.2、基坑监测的基本要求1、监测工作必须是计划的，应根据设计提出的监测要求和业主下达的监测任务书预先制订详细的基坑监测方案，计划性是监测数据完整性的保证，但计划性也是必须与灵活性相结合，因为基坑工程在施工过程中会发生意想不到的情况，就应该根据变化了的情况来修正原先的监测方案，但基本原则是不能变的。2、监测数据必须是可靠真实的，数据的可靠性由测试元件安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度、可靠性以及监测人员的素质来保证。监测数据真实性要求所有数据必须以原始记录为依据，原始记录任何人不得更改、删除。3、监测数据必须是及时的，监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出。因为基坑开挖是一个动态的施工过程，只有保证及时监测，才能有利于及时发现隐患，及时采取措施，确保安全施工。4、埋设于结构中的监测元件应尽量减少对结构的正常受力影响，埋设水土压力监测元件、测斜管和分层沉降管时的回填土应注意与岩土介质的匹配；5、采用多种方法、实行多项内容的监测方案，基坑工程在开挖和支撑施工过程中的力学效应是从各个侧面同时展现出来的，在诸如围护结构变形和内力、地层移动和地表沉降等物理量之间存在着内在的紧密联系，通过对多方面的连续监测资料进行综合分析之后，各项监测内容的结果可以互相印证、互相检验、从而对监测结果有全面正确的把握。6、对重要的监测项目，应按照工程具体情况预先设定预警值和报警制度，预警值应包括变形或内力量值及其变化速率。7、基坑监测应整理完整的监理记录表、数据报表、形象的图表和曲线，监测结束后整理出监测报告。6.7.2监测仪器和方法基坑工程施工现场监测的内容分为两大部分，即围护结构本身和相邻环境。围护结构中包括围护桩墙、支撑、围檀和圈梁、立注、坑内土层等五部分。相邻环境中包括相邻土层、地下管线、相邻房屋等三部分，具体见表6.7.2基坑工程现场监测内容             表6.7.2 序号监测对象监测项目监测元件与仪器（一）围护结构  1围护桩墙（1）桩墙顶水平位移与沉降经纬仪、水准仪（2）桩墙深层找曲测斜仪（3）桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪（4）桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头、频率仪2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪3圈梁、围檀（1）内力钢筋应力传感器、频率仪（2）水平位移经纬仪4立注垂直沉降水准仪5坑底土层垂直隆起水准仪6坑内地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪（二）相邻环境  7相邻地层（1）分层沉降分层沉降仪、频率仪（2）水平位移经纬仪8地下管线（1）垂直沉降水准仪（2）水平位移经纬仪9相邻房屋（1）垂直沉降水准仪（2）倾斜经纬仪（3）裂缝裂缝监测仪10坑外地下水（1）水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪（2）分层水压孔隙水压力探头、频率仪 1、肉眼观察肉眼观察是不借助于任何量测仪器，而用肉眼凭经验观察获得对判断基坑稳定和环境安全性有用的信息，这是一项十分重要的工作，在进行其他需使用仪器的监测项目前，由有一定工程经验的监测人员进行。主要观察围护结构和支撑体系的施工质量、围护体系是否有渗漏水及其渗漏水的位置和多少、施工条件的改变情况、坑边堆载的变化、管道渗漏和施工用水的不适当排放、以及降雨等气候条件的变化等对基坑稳定和环境安全性关系密切的信息。同时需密切注意基坑周围的地面裂缝、围护结构和支撑体系的工作失常情况、邻近建筑物和构筑物的裂缝、流土或局部管涌现象等工程隐患的早期发现，以便发现隐患苗头及时处理，尽量减少工程事故的发生。这项工作应与施工单位的工程技术人员配合进行，并及时交流信息和资料，同时，记录施工进度与施工工况。这些内容都要详细地记录在监测日记中，重要的信息则需写在监测报表的备注栏内，发现重要的工程隐患则要专门写出监测备忘录。2、围护墙顶水平位移和沉降监测围护墙顶沉降监测方法主要采用精密水准测量，在一个测区内，应设3个以上基准点，基准点要设置在距基坑开挖深度5倍的距离以外的稳定地点。在基坑水平位移监测中，在有条件的场地，用轴线法也即视准线法比较简便。采用视准线法测量时，需沿欲测量的基坑边线设置一条视准线，在该线的两端设置工作基点A、B。在基线上沿基坑边线按照需要设置若干测点，基坑有支撑时，测点宜设置在两根支撑的跨中。也可用小角度法用经纬仪测出各测点的侧向水平位移。各测点最好设置在基坑圈梁、压顶等较易固定的地方，这样设置方便，不宜损坏，而且真实反映基坑侧向变形。测量基点A、B需设置在基坑一定距离的稳定地段，对于有支撑的地下连续墙或大孔径灌注桩这类围护结构，基坑角点的水平位移通常较小，这时可将基坑角点设为临时基点C、D，在每个工况内可以用临时基点监测，变换工程时用基点A、B测量基点C、D的侧向水平位移，再用此结果对各测点的侧向水平位移值作校正。由于深基坑工程场地一般比较小，施工障碍物多，而且基坑边线也并非都是直线，因此，视准线的建立比较困难，在这种情况下可用前方交会法。前方交会法是在距基坑一定距离的稳定地段设置一条交会基线，或者设两个或多个工作基点，以此为基准，用交会法测出各测点的位移量。3、深层水平位移测量1）深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移，通常采用测斜仪测量，将围护桩墙在不同深度上的点的水平位移按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线，即围护桩墙深层挠曲线。测斜仪由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部分组成，测斜管在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，测斜管内有四条十字型对称分布的凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，测量时，使测斜探头的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将测斜探头放入测斜管，并由引出的导线将测斜管的倾斜角或其正弦值显示在测读仪上。实际测量时，将测斜仪探头沿管内导糟插入测斜管内，缓慢下滑，按取定的间距L逐段测定各量测段处的测斜管与铅直线的倾角，就能得到整个桩墙轴线的水平挠曲或土体不同深度的水平位移。2）测斜仪的种类测斜仪按探头的传感元件不同，可分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服和加速度式四种。3）测斜仪的埋设测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式：a、绑扎埋设 主要用于桩墙体探层挠曲测试，埋设时将测斜管在现场组装后绑扎固定在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑之前应封好管底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，并防止水泥浆渗入管内。b、钻孔埋设 首先在土层中预钻孔，孔径略大于所选用测斜管的外径，然后将测斜管封好底盖逐节组装逐节放入钻孔内，并同时在测斜管内注满清水，直到放至预定的标高为主。随后在测斜管与钻孔之间空隙内回填细砂，或水泥和粘土拌合的材料固定测斜管，配合比取决于土层的物理力学性质。4、土体分层沉降测试土体分层沉降是指离地面不同深度处土层内的点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。分层沉降管和钢环的埋设用钻机在预定位置钻孔，取出的土分层分别堆放，钻到孔底标高略低于欲测量土层的标高。提起套管300400mm，然后将引导管放入，引导管可逐节连接直至略深于预定的最底部的监测点的深度位置，然后，在引导管与孔壁部用膨胀粘土球填充并捣实到最低的沉降环位置，再用一只铅质开口送筒装上沉降环，套在引导管上，沿引导管送至预埋位置，再用50mm的硬质塑料管把沉降环推出压入土中，弹开沉降钢环卡子，使沉降环的弹性卡子牢固地嵌入土中，提起套管至待埋沉降环以上300-400mm，待钻孔内口填该层土做的土球至要埋的一个沉降环标高处，再用如上步骤推入上一标高的沉降环，直至埋完全部沉降环。固定孔口，做好孔口的保护装置，并测量孔口标高和各磁性沉降钢环的初始标高。5、基坑回弹监测基坑回弹是基坑开挖对坑底的土层的卸荷过程引起基坑底面及坑外一定范围内土体的回弹变形或隆起。深大基坑的回弹量对基坑本身和邻近建筑物都有较大影响，因此需作基坑回弹监测。基坑回弹监测可采用回弹监测标和深层沉降标两种，当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时所监测到的土层隆起也就是土层回弹量。回弹监测点应根据基坑形状及工程地质条件布设，布点原则是以最少的测点测出所需的各纵横断面的回弹量。6、土压力与孔隙水压力监测土压力是基坑支护结构周围的土体传递给挡土构筑物的压力，也称支护结构与土体的接触压力，或由自重及基坑开挖后土体中应力重分布引起的土体内部的应力。通常采用在量测位置上埋设压力传感器（压力盒）来进行。常用的土压力盒有钢弦式和电阻式等。1）土压力传感器的埋设对于作用在挡土构筑物表面的土压力盒应镶嵌在挡土构筑物内，使其应力膜与构筑物表面平齐，土压力盒后面应具有良好的刚性支撑，在土压力作用下尽量不产生位移，以保证测量的可靠性。对于钢板桩或钢筋混凝土预制构件挡土结构，施工时多用打入或振动压入方式。土压力盒及导线只能在施工前安装在构件上，土压力盒用固定支架安装在预制构件上，固定支架、挡泥板及导线保护管使土压力盒和导线在施工过程中免受损坏。对于地下连续墙等现浇混凝土挡土结构，土压力传感器安装时需紧贴在围护结构迎土面上，但由于土压力传感器如随钢筋笼下入槽孔后，其面向土层的表面钢膜很容易在水下浇筑过程中被混凝土材料所包裹，混凝土凝固结硬后，水土压力根本无法被压力传感器所感应和接收，造成埋设失败。这种情况下土压力盒的埋设可采用挂布法、活塞压入法和弹入法。a、挂布法 取约为1/2-1/3的槽段宽度的布帘，在布帘上缝制好用以放置土压力盒的口袋，把压力盒放入后封口固定；将布帘平铺在土压力量测位置钢筋笼迎土面一侧的外表面，通过纵横分布的绳索将布帘固定于钢筋笼上，将土压力盒导线固定在钢筋笼的钢筋上，并引至钢筋笼顶站；布帘随钢筋笼一起吊入槽孔，放入导管浇筑水下混凝土。由于混凝土在布帘的内侧，利用流态混凝土的侧向挤压力将布帘连同土压力传感器一起压向土层，随水下混凝土液面上升所造成的侧压力增大迫使传感器与土层垂直表面密贴。b、弹入法 主要由弹簧、，钢架和限位插销三部分所组成。首先将装有压力盒的机械装置焊接在钢筋笼上，利用限位插销将弹簧压缩贮存向外弹力能量，待钢筋笼吊入槽孔之后，在地面通过牵引铁丝将限位插销拔除，由弹簧弹力将压力盒推向土层侧壁，根据压力盒读数的变化可判定压力盒安装情况。从实际情况看，压力盒具有较高的成活率，基本上未出现钢膜被砂浆包裹的情况。弹入法的关键在于必须保证弹入装置具备足够的行程，保证压力盒抵达槽壁土层，同时需与挡墙施工单位密切配合，在限位插销拔除诸方面做到万无一失。