建筑基坑工程监测技术研究
2015-05-14
引言
随着改革开放的深入和国家各种经济政策的贯彻执行，我国国民经济高速发展，能源、交通以及通讯等等基础设施建设蓬勃发展，基坑工程设计已是城市建设之中高层建筑、地铁工程等的重要组成部分近年来也越来越普遍。基坑工程是国家规定的具有较大危险性的工程之一，基坑工程不仅工程规模逐渐扩大，而且施工条件，主要包括有工程地质条件以及水文地质条件逐渐变得复杂，出于环保和可持续发展战略的需要，施工同周围环境影响的限制变得逐渐严密，因为管理的不合理或者是设计、施工技术较为落后等等原因使得事故以及问题变得越来越多，不仅仅会对工期产生重要的影响，一些还会产生相当棘手的遗留问题，同时还可能造成人员以及物质遭到损失。为确保基坑工程的施工质量，以便可以确保工程自身安全稳定，又需要照顾周围环境的安全，所以要在施工之中对现场进行监测。
1、基坑监测技术的发展和现状
由于城市地下空间的大量开发促使了基坑工程的发展，针对施工中安全控制的要求，人们开始把监测运用到基坑开挖过程当中。国外在20世纪60年代，奥斯陆和墨西哥地区有软土土质的深基坑运用了基坑监测技术。国内自20世纪80年代监测技术在基坑工程中开始运用，积累大量的设计施工经验和理论研究成果。
现今，随着我国基础建设大踏步的发展，基坑监测技术在新技术、新仪器和不断发展的计算技术和远程控制技术的条件下，取得了长足的发展，自动化采集程度和远程控制程度大大提高了监测精度和频率，在技术可靠的同时取得了较好的经济效果。
基坑监测技术的现状如下:监测仪器多样化，同时监测仪器的精密度更高，伴随着监测数据测量仪器的发展，相应的数据处理软件也不断更新。监测技术理论不断发展，国内对工程数据及监测理论进行不断的探索研究，取得了大量的有关监测技术的成果。我国先后颁布了一些国家规范以及地方规程指导工程的基坑监测，为基坑监测的广泛运用提供了有利依据。
2、基坑工程现场监测的技术
2.1、我国的基坑工程现场监测的主要内容
基坑开挖时期施工现场监测的内容主要可以分成两大部分，则是支护结构本身的稳定性以及与之相邻的环境的变化。
2.1.1、围护结构的主要监测内容
围护结构完整性以及强度的监测；围护结构顶部水平位移监测；对于围护结构倾斜进行监测；对围护结构沉降进行监测；围护结构的监测。
2.1.2、对周围环境进行监测
周围环境的监测一般主要包括有：邻近建筑物的沉降、倾斜以及裂缝发生时间、对发展过程进行监测；对邻近构筑物、道路以及地下管网等等设施进行变形监测；表层土体沉降、水平位移和深层土体分层沉降以及水平位进行监测；桩侧土压力监测；坑底隆起监测；土层孔隙水压力的测试；地下水位测试等等内容。
2.2、基坑工程监测主要的方法
2.2.1、围护以及支撑结构进行监测
第一、围护结构顶部水平位移进行监测。围护结构顶部水平位移则是围护结构变形最为直观的表现，所以，围护结构顶部水平位移的监测则就成为基坑监测工作之中非常重要的一个监测内容。
第二、围护结构倾斜监测
围护结构倾斜监测通常使用测斜仪来进行。依据围护结构受力特点同附近环境等等因素，在重要的地方钻孔布设测斜管，使用高精度测斜仪来进行监测，依据围护结构在各开挖竣工阶段倾斜变化可以及时提供围护结构沿深度方向水平位移随时间变化曲线。当前工程之中使用较多的则是滑移式测斜仪。
第三、围护结构沉降的监测
使用精密水准仪依照传统的方法来对围护结构重要的部位来进行沉降的监测。
第四、围护结构应力的监测
围护结构应力监测则是使用钢筋应力计来对桩身钢筋以及锁口梁钢筋之中比较大应力断面处应力来进行监测，防止围护结构的结构性能遭到破坏。
第五、支撑结构的监测
支撑结构受力监测通常是对锚杆、钢筋混凝土以及钢筋之内支撑受力状况来监测。对于锚杆施工之前应该进行锚杆现场拉拔试验，寻求锚杆容许拉力。在施工的过程之中使用锚杆测力计监测锚杆具体的受力情况，对于钢管支撑可以使用压应力传感器或者是应变计等等来监测其受力状态的具体变化。
2.2.2、对附近环境进行监测
第一、对于附近的建筑物裂缝进行监测
对观测裂缝来进行统一的编号，任何一条裂缝应该布设两组（两侧各一个标志为一组）观测标志，裂缝的宽度数据应该精确到0.1mm，一组在裂缝的最宽处，而另外一组则在裂缝末端来进行监测。
第二、对邻近道路、管线变形监测
基坑在开挖过程中，应该对附近的道路、管线等等设施进行水平位移以及沉降的观测，基坑开挖之时水平方向影响的范围一般是1.5倍～2倍开挖深度，所以水平位移以及沉降的控制点通常应该设置在基坑边2.5倍～3.0倍开挖距离之外，水平位移控制点后方向可以变得更远一些。
第三、对地下水位进行测试
通常可以通过监测井来进行监测，监测井的布置可以比较随意，通常设置在止水帷幕之外就可。监测井没有必要埋设较深，井底标高通常在常年水位之下4m～5m。
第四、土体分层沉降以及水土压力进行测试
应该设置在围护结构体系之中受力较为具有代表性的位置，土体分层沉降以及空隙水压力计测孔可以紧邻围护桩墙埋设，土压力应该尽量在施工围护桩墙之时埋设在土体与围护桩墙的接触面之上。
第五、土体回弹
深大基坑的回弹量对于基坑本身以及附近的建筑物的影响较大，所以，就有必要做基坑回弹的监测。在基坑中央以及距坑底边缘1/4坑底宽度之处或者是特征变形点应该设置监测点，方形、圆形基坑可以依照单向对称布点，矩形基坑可按纵横向布点，复合矩形基坑可多向布点，地质情况复杂之时可以增加点数。
第六、对环境进行监测
环境监测的范围一般是基坑开挖3倍深度之内的区域，建筑物使用沉降观测为主要，测点应该设置在墙角、桩身等等方位，可以充分反映出建筑物各个部分不均匀沉降的情况。
3、数据分析处理
3.1、围护墙顶变形
在基坑开挖过程中基坑围护墙顶的垂直位移与水平位移变形，仅分别达报警值(±20mm)的40%，30%。这一监测结果表明，在基坑挖土达到第二道支撑以下时围护墙顶的垂直与水平位移变形幅度处于较为稳定的变形状态。
3.2、围护墙体变形
在基坑开挖过程中基坑围护结构墙体的最大侧向位移变形幅值一般可达其报警值(30mm)的70%。这一监测结果表明，该工程基坑围护结构墙体刚度满足需求，其侧向位移变形安全。
3.3、基坑外水位变化
在开挖过程中，基坑周边的地下水位一般均处于逐渐下降的变化过程。
5、结语
深基坑的理论研究以及具体的工程实践显示，理论、经验以及监测有机结合这是指导基坑工程的设计以及施工的正确途径。遇到的大中型工程或者是对于环境要求较为严格的项目，通常较难借鉴之前的经验，较难以从理论上寻找到定量分析以及预测的方法，那么应该依赖于施工过程中的现场监测。第一、依靠现场监测提供动态信息来反馈指导施工的全过程，同时也可以通过监测数据进行了解基坑设计的强度，可以给降低工程成本指标提供依据。第二，可以及时掌握施工环境主要包括有：地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程之中的影响以及影响程度。第三，将会及时找到和预报险情的发展程度，便于及时使用安全补救措施。
