浅析基坑监测
2015-03-27
引言
近20年来，我国各大中城市大型建筑和桥梁的建设如雨后春笋，伴随着这些工程的实施，基坑工程的设计施工技术也取得了长足进步。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往很难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。
1、基坑监测的特点
1．1高精度
普通工程测量中误差限值通常在数毫米，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。
1．2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，1d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。
1．3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。
2基坑监测的内容
基坑工程施工，必须要有一定的围护结构用以挡土、挡水。围护设施必须安全有效。浅基坑的围护结构以前常用的是钢板桩或混凝土板桩：深基坑则大多采用现场浇灌的地下连续墙结构或排桩式灌注桩结构，并配以混凝土搅拌桩或树根桩止水。开挖时，坑内必须抽去地下水，7―15m深的基坑，中间必须配二到三道水平支撑，水平支撑采用钢管式结构或钢筋混凝土结构。围护结构必须安全可靠，并能确保施工环境稳定。从经济角度来讲，好的围护设计应把安全指标取在临界点附近，再靠现场监测提供的动态信息反馈来调整施工方案。基坑监测的主要内容如下：
(1)地下管线、地下设施、地面道路和建筑物的沉降、位移。
(2)围护桩地下桩体的侧向位移(桩体测斜)、围护桩顶的沉降和水平位移。
(3)围护桩、水平支撑的应力变化。
(4)基坑外侧的土体侧向位移(土体测斜)。
(5)坑外地下土层的分层沉降。
(6)基坑内、外的地下水位监测。
(7)地下土体中的土压力和孔隙水压力。
(8)基坑内坑底回弹监测。
3监测方法
3.1常用仪器
常采用水准仪、经纬仪、测斜仪、分层沉降仪、土压力盒、孔隙水压力仪、水位观测仪、钢筋应力计等。目前在实际工作中，以水准仪量测墙项和地面位移以及以测斜仪量测墙体和土体深层位移较为可靠而且特别重要。其他监测手段常被用来进行综合分析。用钢筋应力计测支撑轴力时，尚应配以温度计埋设在支撑中，以便计算温度变化引起的应力。实测表明，由于温度变化，支撑往往产生较大的附加轴力，对钢筋混凝土支撑，可达15～20％。这说明设计时不能忽视。钢支撑的温度变化应力更大。但目前基坑工程的综合监测水平尚不够理想。尽管有了计算机和遥控等先进设备，而测试元件的质量及其标定、埋设、保护和施工配合等方面存在不少问题，有待改进。监测报警是一个极其严肃的问题。做好了，可化险为夷，避免损失；否则，留下隐患，酿成事故。有的工程虽作了报警，而有关当事人并不警觉，结果酿成“大祸”，实践中不乏经验和教训。
3．2数据观测
根据经验知道，基坑施工对环境的影响范围为坑深的3～4倍，因此，沉降观测所选的后视点应选在施工的影响范围之外：后视点不应少于二点。沉降观测的仪器应选用精密水准仪，按二等精密水准观测方法测二测回，测回校差应小于士1mm。地下管线、地下设施、地面建筑都应在基坑开工前测取初始值。在开工期问，应根据需要不断测取数据，从几天观测一次到一天观测几次都可以；每次的观测值与初始值比较可得累计量，与前次的观测数据相比较可得日变量。根据公认的数据及经验，一般日变量大干3mm，累计变量大于10mm即应向有关方面报警。监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都须写明：初始值、本次变化量、累计变化量。工程结束后，应对监测数据，尤其是对报警值的出现，进行分析，绘制曲线图，并编写工作报告。因此，记录好工程施工中的重大事件是监测人员必不可少的工作。
4监测当中常遇问题
4．1边坡修理达不到设计、规范要求
常在超挖和欠挖现象。一般基础在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支护的混凝土初喷工序。而在实际开挖时，由于施工管理人员不到位，技术交底不充分，分层分段开挖高度不一，挖机械操作手的操作水平等因素的影响，使机械开挖后的边坡表面平整度，顺直度极不规则，而人工修理时不可能深度挖掘，只能就机挖表面作平整度修整，在没有严格检查验收就开始初喷，故出现挡土支付后出现超挖和欠挖现象。
4．2成孔注浆不到位
土钉或锚杆受力达不到设计要求基坑所用土钉或锚杆钻孔直般为100一150的钻杆成孔，孔深少则5、6m，深则十几米，甚至二十多米，钻孔所穿过的土层质量也各不相同，钻孔如果不认真研究土体情况，往往造成出渣不尽，残渣沉积而影响注浆，有的甚至成孔困难、孔洞坍塌，无法插筋和注浆。再者注浆时配料随意性大、注浆管不插到位、注浆压力不够等而造成注浆长度不足、充盈度不够，而使土钉或锚杆的抗拔力达不到设计要求，影响工程质量，甚至要做再次处理。
4．3喷射混凝土厚度不够、强度达不到设计要求
目前建筑工程深基坑支护喷射混凝土常用的是干拌法喷射混凝土设备，其主要特点是设备简单、体积小，输送距离长，速凝剂可在进入喷射机前加入，操作方便，可连续喷射施工。虽然干喷法设备操作简单方便，但由于操作手的水平不同，操作方法和检查控制等手段不全，混凝土回弹严重，再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素，往往造成喷后混凝土的厚度不够、混凝土强度达不到设计要求。
4．4施工过程与设计的差异太大
深层搅拌桩的水泥掺量常常不足，影响水泥土的支护强度。我们发现在同样做法的支护，发生水泥土裂缝，有时不是在受力最大的地段，检查下来，往往是强度不足，地面施工堆载在局部位置往往要大大高于设计允许荷载。施工质量与偷工减料的现象也并不少见。基坑挖土是支护受力与变形显着增加的过程，设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形，并进行图纸交底，而实际施工中土方老板往往不管这些框框，抢进度，图局部效益。4．6设计与实际情况差异较大
深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同，在目前没有完善的土压力理论指导下，通常仍沿用传统理论计算，因此有误差是正常的，许多学者对此进行了许多研究，在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求。问题是对这样一个极为复杂的课题，脱离实际工程情况，往往会造成过量变形的后果。如某些设计、不考虑地质条件、地面荷载的差异，照搬照套相同坑深的支护设计。必须根据实际地面可能发生的荷载，包括建筑堆载、载重汽车、临时设施和附近住宅建筑等的影响，比较正确地估计支护结构上的侧压力。
4．5工程监理不到位
按规定高层建筑、重大市政等的深基坑是必须实行工程监理的，大多数事故工程都没有按规定实施工程监理，或者虽有监理而工作不到位，只管场内工程，不管场外影响，实行包括设计在内的全过程监理的就更少。客观地说深基坑工程监理要求监理人员具有较高业务水平，在我国现阶段主要就只是监控支护结构工程质量、工期、进度，而对于设计监理与对住宅及周边环境的监控尚有一定差距，亟待完善与提高。
5、结束语
很多建设单位为省钱不要求施工监测，或者虽设置一些测点，数据不足，忽视坑边住宅的检测，或者不重视监测数据，形同虚设。结果发生情况不能及时警报，事故发生后也不易分析原因，不利于事故的早期处理，省了小钱化大钱。为了减少工程事故，有待精心设计、精心施工、强化监理，保护坑边住宅与环境，提高基础施工技术和管理水平。
