浅议城市环境下基坑工程动态监测技术的应用

2022-09-10

随着城市建设的发展, 国内各大城市高层建筑日益增多。鉴于城市环境下周边邻近建筑与道路管线设施的复杂性, 用地资源的稀缺性, 以及建筑功能应用和结构上的需要, 高层建筑往往在底部设置多层地下室。基坑开挖的深度从几米到十几米, 越来越深, 对基坑施工技术提出了越来越高的要求。

一个完整的基坑工程包括工程勘察、支护结构设计、基坑开挖施工以及基坑监测等内容。基坑工程是临时性工程, 安全储备相对较小, 随着深度的增加基坑造价快速上升, 建设单位一般不愿投入较多的资金。鉴于每个基坑施工方法不一, 土体性状和边界条件复杂, 实际开挖过程中存在时间上和空间上的延滞, 并受到各种偶然因素的作用, 目前没有准确的方法可以计算基坑变形, 而一旦变形超过临界状态, 将直接造成质量与安全事故。因此, 基坑工程的施工监测十分重要, 只有按照正确的监测方法做好施工现场全过程监测, 实时采集并分析各项数据, 以便及时采取应对措施, 是确保基坑与邻近建筑物、地下管线本质安全的基本保障。

1 基坑监测的目的

现代建筑工程中, 基坑开挖的面积与深度在不断加大, 城市建成区内的工程受周边环境条件的制约很大, 基坑施工的难度与不确定性也越来越大。基坑监测作为基坑工程质量保证的三大基本要素之一, 就是要在施工过程中实时监测围护结构、周围建构筑物以及地下管线的变形、应力、水位, 及时定性、定量地掌握基坑开挖对周围环境的影响, 指导基坑开挖和围护结构施工, 确保基坑本身和相邻设施安全, 总结设计与施工经验, 实现信息化施工管理。

2 基坑监测的主要内容

基坑监测主要包括围护结构的监测以及周边环境的监测。围护结构监测的内容主要是围护结构和支护土体的水平位移与竖向位移, 坑底回弹测量, 土压力、孔隙水压力测量、地下水位变化以及围护结构的内力测量等。周边环境监测的内容主要是周围建筑物、地面道路、地下管线、地下设施等的沉降、位移监测。在以上定量监测以外, 还应做好日常巡视检查, 确认基坑分段分层开挖是否按照设计要求进行, 支撑结构有无裂缝与变形, 基坑降排水是否正常, 有无流砂、管涌, 基坑周围地面有无超量堆载, 各监测点与监测设施是否有良好保护等等。巡视检查结果应及时记录, 如有异常, 应及时通知委托单位, 并加大监测频率。

3 基坑监测技术原理

基坑动态信息化监测方面主要是采集基坑以及围护结构水平位移、沉降、水位、内力等各项数据。

基坑周围土体深层水平位移一般通过埋设测斜管采用测斜仪进行监测。测斜管是特制的硬性聚氯乙烯塑料管, 埋设在基坑外侧的土体中, 一般平行于基坑围护结构以20m~30m间距布设。测斜管的埋设采用钻机钻孔, 钻到规定深度后以清水清孔, 再沉入测斜管, 测斜管与钻孔空隙之间填入细沙, 用混凝土封闭管口。测斜管在基坑开挖前一周埋设完毕, 埋设时十字槽需与基坑边垂直。侧斜仪采用自动测斜仪, 测头内有高精度伺服加速度计作为传感器, 利用加速度计测量重力加速度g在测头轴线垂直面上的分量, 测出仪器轴线与铅垂线之间倾角的变化量, 从而算出沿深度各点的水平位移。在实际使用时, 为消除仪器的零偏误差影响, 将测斜仪滑至管底, 停置片刻使其稳定并测其读数, 提升测斜仪每隔0.5m测读一次, 直至管口。然后将测斜仪旋转180度插入同一对导槽内, 按上述方法重复测试一次, 以消除仪器误差。

沉降观测利用水准仪读取各沉降观测点的标高, 前后比较从而得出各点的沉降值。沉降观测点应在监测前预埋, 可采用钢筋或水泥钉, 埋好后需做好保护, 避免破坏。沉降监测之前先在测区附近选取一个固定的参照点作为起始点, 高程可采用相对高程, 以后每次监测沉降时, 从起始点开始, 沿基坑周围各沉降观测点形成闭合环, 测取各个测点每次相对高程, 即可得出沉降变化。

监测地下水位变化需埋设水位管。水位管应紧靠基坑外侧, 埋设方法与测斜管类似。埋设好后, 可采用钢尺水位计测量。将钢尺缓慢下放入水位管内, 利用测头接触地下水后电阻值的变化示警, 及时读取地下水位, 得到每次变化量和累计变化量。

基坑围护结构的内力变化一般采用钢筋应力计监测。钢筋应力计在在围护结构施工时同步安装, 安装时须请施工单位配合安装。在选好的构件截面位置割去一段, 然后把钢筋应力计拧好连杆后置于刚才切割处, 与主筋对焊在一起, 接头处再用钢筋绑焊。焊接时应力计元件外表应包湿布保护, 并不断浇水降温, 应力计温度控制在60℃以内。一个截面至少需安装2只钢筋计, 在整个过程中, 须注意保护好钢筋计引出的导线, 避免损坏。

4 基坑监测方法

对于一个具体的基坑施工项目, 需要监测哪些项目应根据工程需要和基坑的实际情况而定。在了解基坑场地范围内地质条件和基坑支护设计方案后, 宜根据经验和理论的预测来做好基坑平面布置方案, 确定好基坑监测的项目, 做好监测仪器的标定。各测点能预埋的都在工程开工前埋设完毕, 并保证一段稳定时间。在工程开工前2~3天内, 多测几次, 待判明各测点数据稳定后, 作为初始值, 开始正式监测。基坑监测人员应熟悉基坑现场情况、支护结构设计以及监测方案, 如实做好现场监测, 及时整理得到的数据, 形成监测报告与监测日志。基坑监测一般采用固定时段方法进行, 每天一测。当出现基坑变形速率较大, 超深超挖, 地面堆载增加, 连续降雨等异常情况时, 应当加密监测, 提高监测频率。当出现事故隐患征兆时, 应当实时连续跟踪监测, 及时报警。当基坑施工已经趋于稳定时, 可以适当降低监测频率。

5 基坑监测注意事项

(1) 合理布置基坑平面监测方案, 确定基坑监测项目。每一个基坑的具体条件不同, 施工重点与薄弱环节各异。因此, 应当在熟悉基坑基本情况, 掌握基坑所在地质条件、围护设计与施工方案的基础上, 确定好监测方案, 达到技术合理, 重点突出, 经济适用。

(2) 基坑观测管和观测点是在基坑开挖前预埋的, 是各项监测数据的定位来源。由于基坑施工条件的复杂性, 一旦被撞坏、堵塞或堆载掩埋, 后续数据即无法再行测得。因此, 监测前应提醒施工方, 请施工方配合。

(3) 应当及时做好监测仪器的标定和校准工作。仪器工作正常, 精度达到测量要求, 能较好的适应各种气象条件, 是监测数据满足要求的必要条件。

(4) 必须重视监测数据的时效性。基坑施工条件复杂多变, 在动态地不断变化。基坑监测应具有针对监测对象的快速变化及时更新、整理并上报监测数据的能力, 以便及时发现问题, 及早预警, 尽快处理。

(5) 要做好初始数据的采集。基坑监测点 (管) 一般在基坑施工前一周埋设完毕, 并考虑混凝土凝固、土体扰动等因素留出一段自稳期, 在开挖前的2~3天重复测量3次, 待判明监测数据稳定后, 进行正式测量。初始数据是后续测量各项数据的来源和比较的基础, 必须准确测量, 避免产生数据偏差。在监测过程中, 同样宜使用同一仪器、由相同观测者按规定程序施测, 减小由仪器、人员、习惯等因素引起的误差。