地下工程监测与检测技术第三章基坑工程监测

地下工程监监测与检测测技术第三章基基坑工程程监测人民交通出出版社基坑工程监监测的目的的基坑工程监监测的内容容及测试方方法基坑工程监监测的相关关规定工程实例内容提要与自然地质质条件密切切相关与环境密切切相关与基坑工程程的施工密密切相关技术综合性性强第一节基基坑工程程监测的目目的一.基坑工程的的特点二.基坑工程监监测的必要要性坍塌前基坑南侧支护北京某地铁铁车站基坑坑坍塌事故故坍塌后供水管线断裂情况从西向东看基坑南侧污水管线情况三.基坑监测的的目的为施工开展展提供及时时的反馈信信息确保基坑支支护结构和和相邻建筑筑物的安全全作为设计与与施工的重重要补充手手段作为施工开开挖方案修修改的依据据积累经验以以提高基坑坑工程的设设计和施工工水平监测数据也也是解决法法律纠纷的的有力证据据监测工作还还是发展设设计理论的的重要手段段第二节基基坑工程程监测的内内容及测试试方法一.监测内容基坑监测项项目根据基基坑侧壁安安全等级确确定，可参参照《建筑基坑工工程监测技技术规范》（GB50497-2009）执行。监测的基本本要求有计划的监监测工作，，编制监测测方案；监测数据的的真实性和和可靠性；；监测数据的的及时性，，动态控制制，全程控控制；警戒值的确确定及相应应的预警方方案；监测资料的的完整性。。基坑工程监监测项目一一览表基坑工程现现场监测内内容及测试试方法1.监测方法选选择的基本本要求（1）所采用的监监测方法必必须是可靠靠的和已被被工程实践践证明是准准确的；（2）监测方法须须简便易行行，适合施施工现场条条件和快速速变化的施施工速度；（3）采用的监测测方法和埋埋设的测量量元件或探探头不影响响和妨碍结结构的正常受力，或或有损结构构的变形和和强度特性性(4)监测方法不不应是单一一的，需采采用多种手手段、施行行多项内容容、设置多多道防线的测测试方案监测数据的的及时性，，动态控制制，全程控控制；二.监测方法变形监测内容监测目的沉降监测地表沉降基坑开挖对地表的影响临近建筑物沉降基坑开挖对临近建筑物的影响地下管线变形基坑开挖对管线的影响土层分层沉降基坑开挖对深层土体、围护结构的影响基坑回弹基坑开挖对坑底的影响水平位移监测地表水平位移基坑开挖对周围土体的影响深层水平位移基坑开挖对周围土体和围护结构的影响2.变形监测地表水平位位移监测地表水平位位移一般包包括墙(坡)顶、地表面面及地下管管线的水平平位移。常用的监测测仪器有GPS、全站仪、、经纬仪等等设备。地表水平位位移监测基基准点应埋埋设在基坑坑开挖深度度3倍范围以外外不受施工工影响的稳稳定区域，，或利用已已有稳定的的施工控制制点。基准点设置置视准线法是是沿基坑边边设置一条条视准线，，并在视准准线的两端端埋设两个个永久工作作基点A、B，A、B位于基坑两两端不动位位置处；在在基坑边AB方向线上有有代表性的的位置设置置观测点1,2,3......，间距一般般为8～15m,监测基坑开开挖过程中中1，2,3等点相对于于AB连线的位移移。视准线法测测墙顶位移移基本原理地表面立面图平面图ABAB>3~5H>3~5H视准线测点间距8~15m布置在地表表或支护结结构砼圈梁梁上50mm120mmABCD有支护基坑基本原理测量方法之之视准线法AB经纬仪观测时，经经纬仪先后后视固定觇觇标进行定定向，然后后再观测各各观测点上上的活动觇觇标，读数数。固定觇标活动觇标每个测点照照准3次，观测顺顺序先由近近及远，再再由远及近近；观测结结束时，再照准B，判定观测测过程中仪仪器是否移移动，若有有则重测。。A点观测完毕毕，将仪器器移至B点，重新观观测。第一次观测测值与以后后观测值之之差，即为为水平位移移。观测方法活动觇标观观测法2H测站点A观测点TS2S固定点A’β2H观测点TS2Sb’测站点A固定点A’优点：适用用范围广，，精度高，，直观性强强，操作简简单；在位移量超超过觇标活活动范围时时，仍能使使用；缺点：只能能测出垂直直与视准线线方向的位位移分量，，难以确切测测出位移方方向。测量方法之之小角度法（1）监测设备备测斜管测头电缆测度仪测斜仪测斜管埋设设在围护结结构或土体体中；量测测时将测头头沿管壁上上导槽滑入入测斜管内内；由电缆缆将测斜管管水平位移移反映在测测读仪上。。深层水平位位移监测（2）测斜原理理测斜仪量测测的原理图图底端作为基基准点：顶端作为基基准点：基准点δ0基准点（3）测斜管的的埋设原则则和方法方式一绑扎埋设方式二：钻钻孔埋设空隙内充填填细砂或水水泥黏土拌拌合物管内灌水加盖并砌井方式三：预预制埋设埋设原则连接牢固；；滑槽严格格对准；管壁与土密密帖；加强强测点保护护。①基准点设设定：管顶，管底底每次测定坐坐标②连接仪器器设备，测测头放入测测斜管，每每0.5～１ｍ测读读测斜管倾倾角③读数完毕毕之后，进进行下一点点测试④全部测试试完毕，提提出测头，，旋转180度，再次施施测每次读数位位置相同（5）资料分析析得出水平位位移随深度度的分布曲曲线（4）测试方法法(1)监测范围H2-3H2-3H

（2）监测仪器：精密水准仪器，铟钢水准尺基准点测点沉降监测(3)基准点的设设置设置原则：：稳定、可靠靠；至少设设置3个；设置位置：：基坑开挖影影响范围之之外(至少大于5倍基坑开挖挖深度处)；基岩或原原状土层，，沉降稳定定的构筑物物基础上;要考虑测量量和通视的的便利。特例：土层层较厚;条件受限，，需在变形形区内设置置时Φ15mm钢筋打入地下1~1.5m>5H；30~50m基准点顶面用砼加固2~3H2~3H由密到疏布置测点；测点宜设在基坑纵横轴线或其他有代表性的部位。沿基坑纵向向每隔30m左右布设一一个监测断断面。沉降监测之之地表沉降监监测(1)监测断面布布置(2)断面间距（1）监测点数数量和位置置选择的影影响因素开挖的影响响范围；建建筑物的体体形、结构构形式;工程地质条条件;建筑物的重重要性。6~12m重型或动力力设备基础础一般建筑物物圆形和多边边形建筑物物基础类型、、埋深、荷荷载突变新老建筑物物长大建筑物物沉降缝工业厂房独独立柱基箱形基础（2）监测点的的布置沉降监测之之临近建筑物物沉降监测测（1）设置原则则：从基坑边缘缘至２～3倍开挖深度度范围内的的地下管线线（2）测点布置：管线的端点转角点接头长管线的中间部位

（3）管线监测常用方法：抱箍法，套管法管线抱箍测杆窨井现有路面井盖填土测杆硬塑料管或金属管管线现有路面填土抱箍法套管法优点精度高简单易行缺点凿路，开挖深度大观测精度低适用次级干道特别重要管道如燃气管道绝大部分管线沉降监测之之地下管线沉沉降监测（1）监测设备备及其安装装沉降管磁环测头基点测尺输出讯号指指示器分层磁性沉降仪沉降监测之之土体分层沉沉降监测（2）监测原理理及方法沉降管磁环测头基点测尺输出讯号指示示器磁环随土层沉沉降而下沉，，当探头遇到到预埋的磁环环时，干簧管管的触点便在在磁场的引力力作用下吸合合，接通指示示电路，发出出蜂鸣声。H(沉降环标高)=Hj(基准点标高)-L(测头至基点距距离)△H(某高程处土的的沉降)=H0(基坑开挖前沉沉降环标高)-Ht(基坑开挖后沉沉降环的标高高)套管钻杆原始地面基坑设计标高200mm400~500mm500mm素土（1）回弹标及其其埋设（2）沉降标及其其埋设¼英寸钢管1英寸钢管3卡锚头原始地面量测土层标高>1个锚头长度钻孔底面量程范围沉降监测之基坑回弹监测测（3）监测点的设设置（4）基坑回弹监监测方法使用仪器：精精密水准仪基坑平面方法：量测监测点在在基坑施做过过程中高程的的变化，一般般在监测点埋埋设好之后、、基坑开挖到到底之后和基基坑内部结构构物施做之前前进行量测。。（1）用途基坑围护结构构沿深度方向向的弯矩；基坑支撑结构构的轴力和弯弯矩；圈梁或围檩的的平面弯矩；；结构底板所受受的弯矩。（2）仪器传感器：钢筋筋应力计(钢弦式和电阻阻应变式)；砼应变计；；监测仪表：频频率仪或电阻阻应变仪；3.支护结构内力力监测钢弦式钢筋应应力计Φ12~40mm量测砼内钢筋筋应力砼应变计10cm，15cm量测砼内应变量量测砼支撑轴力(3)应力计、应变计的安安装钢筋应力计：割断主筋，与结构构主筋串联焊焊接；在混凝凝土结构内相相对的钢筋层层上对称布置置；矩形断面面可布置在4个角点处。。。混凝土应变计计：并在结构主筋筋附近（与主主筋并联）；；伸出两边的钢钢筋长度不小小于砼长度的的35倍；钢筋计安装(4)墙体内力的监监测：在墙体钢筋砼砼内埋设钢筋筋计，测定受受力钢筋的应应力或应变；；计算求得其内内力。墙体内力监测测点的布置平面上：弯矩最大处；支撑撑间距最大处处；受力较复复杂处；有代代表性的地方方；立面上：弯矩最大处；；反弯点位置置；两道支撑撑（土锚）的的跨中；内支支撑及拉锚所所在位置；各各土层的分界界面、配筋率率改变处。平面上：轴力最大的支撑；；支撑间距最最大处的支撑撑；受力较复杂的支支撑；有代表表性的支撑；；立面上：平面测点对应的每每道支撑处都都应测。支撑轴力监测测点的布置混凝土支撑轴轴力监测截面面应取支撑中中部；钢支撑撑轴力监测截截面应取支撑撑端部。(5)支撑轴力监测测钢筋砼支撑钢筋应力计测量钢钢筋应力；砼砼应变计测定定砼应变；换算得支撑轴力。。

对于后三种监测方法:每个截面上均匀布置3个或4个监测元件；根据钢支撑截面积和平均应变，可以计算其轴力。钢支撑在钢支撑端部安装轴力计（串联），直接测得轴力；在钢支撑表面焊接钢弦式表面应变计，用频率计或应变仪测读；在钢支撑表面粘贴电阻应变片，用应变仪测读；在钢支撑上安装位移计或千分表，测得钢支撑变形。埋设锚杆拉力计安安装在承压板板与锚头之间间；钢筋应力计：：割断钢筋，，与钢筋串联联焊接；钢筋应变计：：焊在钢筋或或钢管上（与与锚杆并联连连接）。(6)土层锚杆监测仪器和原理锚杆拉力计、、频率仪或电电阻应变仪，，直接测得锚锚杆拉力；钢筋应力计、、频率仪或电电阻应变仪，，钢筋拉力乘乘以钢筋数量量；钢筋应变计、、频率仪或电电阻应变仪，，计算钢筋拉拉力，乘以钢钢筋数量。平面上：拉力最大的锚锚杆；间距最最大处的锚杆杆；平面形状状较复杂处的的锚杆；有代代表性的锚杆杆；每道土层层锚杆中至少少测2根；锚锚杆长度、型型式、穿越的的土层不同时时，每种情况况至少测2根根；立面上：平面测点对应应的每道锚杆杆处都应测。。土层锚杆监测测点的布置土压力的大小小直接决定着着挡土结构物物的稳定和安安全；土压力的分布布在基坑开挖挖中呈现动态态变化；土体中的应力力状态与土中中的孔隙水压压力和排水条条件密切相关；超超孔压、渗流流？为什么要量测测？量测的目的验证挡土构筑物各各特征部位的的土压力及其其沿深度分布布规律；监测开挖过程中土土压力和孔隙隙水压力的变变化；急剧变化时，，采取措施。积累各种条件下的的土压力和孔孔隙水压力分分布规律，为为优化设计提提供依据。4.土压力和孔隙隙水压力量测测监测设备钢弦式土压力盒p－总压力；k－压力计率定常数；f0－压力计零压是的频率；f－压力计受压后频率；土压力盒测得的压力为土压力和孔隙水压力总和。土压力盒使用之前必须标定。(1)土压力量测土压力盒的选选用长期静态量测，宜宜选用钢弦式式；量程比预计压力大大2-4倍;较好的密封防水新新能;导线采用双芯带屏屏蔽的橡胶电电缆，中间不不允许有接头头;土压力盒的布置能反映代表性位置处的土反力变化规律；代表性的结构断面和土层；反力变化较大的区域密布，不大的区域疏布;特殊情况希望解释特定现象的位置；理论计算不能得到精确解答的位置。土压力盒的埋埋设方法预先安装法：：适用于钢板板桩或钢筋混混凝土预制构构件；挂布法：适用用于地下连续续墙；弹入法：适用用于地下连续续墙；活塞压入法：：适用于地下下连续墙；钻孔法：适用用于土层中。。预先安装法土压力传感器器的应力膜与与构筑物表面面平齐，即结结构的迎土面面挂布法弹入法绘制土压力随随时间和深度度的变化过程程曲线。(2)孔隙水压力量量测监测设备u－孔隙水压力；k－压力计率定常数；f0－压力计零压是的频率；f－压力计受压后频率；仪器：孔隙水水压力传感器器（孔隙水压压力计）和频频率仪。孔隙隙水压力计的的量程取测点点深度处水柱柱的1.5~2.0倍。原理：探头由由金属壳体和和透水石组成成。孔隙水压压力计的工作作原理是把多多孔元件（如如透水石）放放置在土中，，把土体颗粒隔离离在元件外面面，而只让水进入有感应膜的容器内，再再测量容器中中的水压力，即可测出孔孔隙压力。孔隙水压力计计的埋设方法法压入法：直接将孔隙水水压力计压到到埋设深度，，或先钻孔至至埋设深度以以上1m处，再将孔隙隙水压力计压压至埋设深度度，用粘土球球封孔至孔口口。适用于较较软土质。钻孔法：适用于土层中中，原则上一一个钻孔只能能埋设一个探探头。注意事项使用前：探头煮沸排气饱和；测量初始频率。安装时：测头至于有水的塑料袋，避免与大气接触缺点：压入法：压入产生土体体挠动，引起起超孔压，影影响量测精度度钻孔法：探头部位不可可能达到原有有密实度，影影响量测精度度水位管：钻有小孔的的塑料花管，，小孔为排水水通道，孔径径5mm，间距50cm，梅花形布置置；管外包土土工布挡泥砂砂，进行过滤滤。钢尺：普通钢尺，，直接量测，，需和水位观观测井配合使使用。PVC水位管(1)监测仪器钢尺水位计钢尺水位计和水位探测仪：由探头、钢尺、电缆及指数灯、蜂鸣器、电压指示和绞盘等组成。探头放入埋设的水位管中，遇水发出蜂鸣声或电压指示等信号，由钢尺电缆上的刻度直接读出水位深度。5.地下水位监测测(2)钻孔埋设注意事项项钻孔后放入底部加盖的水位管；在水位管与孔壁壁间用干净细砂填实，之后用用清水冲洗孔底底，以防泥浆堵堵塞测孔；水位管与孔壁间最上面2米用黏土球封孔孔；水位管高出地面约约200mm，上面加盖；做好水位观测井的的保护装置。。一般只要设置置在止水帏幕幕以外即可；；搅拌桩施工搭搭接处；相邻建筑（构构）物处；地下管线相对对密集位置；；管底标高一般般在常年水位位以下4～5m。（3）坑外地下水位观观测布置要求求潜水水位监测测示意图承压水水位监测示意图第三节基坑坑工程监测的相相关规定一.监测点布置原原则基坑工程监测测点可分为基基坑及支护结结构监测点和和周围环境监监测点两大类类,监测点应该根根据具体情况况合理布置,可参照《建筑基坑工程程监测技术规规范》（GB50497-2009）执行行。具体内内容参参见前前面各各章节节内容容及教教材和和规范范内容容。二、监监测期期限与与频率率基坑开挖和和地下下结构构施工工全过过程；；连续续开展展，全全程监监控（1）监测测期限限（2）监测测频率基坑工程监监测频频率的的确定定应能能满足足系统统反映映监测测对象象所测测项目目的重重要变变化过过程而而又不不遗漏漏其变变化时时刻的的要求求。因因此基基坑工工程的的监测测频率率不是是一成成不变变，而而是根根据基基坑开开挖及及地下下工程程的施施工进进程、、施工工工况况以及及其他他外部部环境境影响响因素素的变变化及及时地地作出出调整整。现场仪仪器监监测的的监测测频率率（建筑筑基坑坑工程程监测测技术术规范范(GB50497-2009)）几点说说明在基坑坑开挖挖前，，取连连续3次测量量无明明显差差异时时的测测值为为初读读数；；支撑（（土锚锚）内内等需需随施施工进进度而而埋设设的元元件，，在埋埋设后后读取取初读读数；；埋设在在土层层中的的元件件（土土压力力盒、、孔隙隙水压压力计计、测测斜管管和分分层沉沉降环环等））最好好在基基坑开开挖1周前埋埋设；；监测频频率应应随基基坑状状况、、变化化速率率而作作适当当调整整。监测数数据必必须现现场整整理，，有疑疑问及及时复复测；；接近近或达达到警警戒值值及时时告知知，采采取措措施。。三、监监测警警戒值值与警警报(1)警戒值值确定定的原原则警戒值的作用：：判断位位移或或受力力状况况是否否超出出允许许的范范围；；工程程是否否安全全可靠靠；是是否需需要调调整施施工步步骤或或优化化原设设计方方案。。确定原则

满足设计计算的要求(支护结构内力控制)，不可超出设计值。

满足现行规程、规范的要求(位移或变形量控制)，不可超出规定允许值；满足保护对象的要求(对象的安全使用状态)，不致保护对象出现破坏；

综合考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济警戒值的组成：：总允许变变化量量和单单位时时间允允许变变化量量合理，，经济济，安安全，，可靠靠，不不宜过过大或或过小小（2）警戒戒值的的确定定预警值值的确确定依依据基坑的的规模模、地地质、、水文文及其其周边边环境境情况况；基坑坑的的施施工工方方案案；；现行行的的相相关关规规范范、、规规程程(最大大允允许许位位移移和和变变形形值值)；设计计计计算算预预估估值值（（围围护护结结构构和和支支撑撑轴轴力力、、锚锚杆杆拉拉力力等等））；；各保保护护对对象象的的主主管管部部门门提提出出的的要要求求(最大大允允许许位位移移和和变变形形值值)；经验验类类比比、、专专家家会会议议。。建筑筑基基坑坑工工程程周周边边环环境境监监测测报报警警值值(《《建筑筑基基坑坑工工程程监监测测技技术术规规范范》(GB50497-2009))经验验类类比比值值(参考考)监测测统计分析对比报警安全分析原因采取措施位移移时时程程曲曲线线变形形加加速速度度小小于于0，，则则该该工工程程是是稳稳定定的的；；变形形加加速速度度等等于于0，，工工程程进进入入““定常常蠕蠕变变”状状态态，，须须发发出出警警告告；；变形形加加速速度度大大于于0，，工工程程进进入入““危险险状状态态”，须须立立即即停停工工，，进进行行加加固固。。各种种时时程程曲曲线线、、特特征征曲曲线线发发生生明明显显转转折折点点或或突突变变点点，，也也应应引引起起重重视视。。报警警：：接接近近警警戒戒值值；；出出现现突突然然变变化化；；变变化化随随时时间间不不趋趋于于稳稳定定(3)监测测报报警警预警警制制度度达到到报报警警值值的的80%时时，，在在日日报报表表上上作作预警警记号号，口头头报报告告管管理理人人员员；达到到报报警警值值的的100%时时，，在在日日报报表表上上作作报警警记号号，，写写出出书面面报告告面面交交管管理理人人员员；；达到到报报警警值值的的110%时时，，在在日日报报表表上上作作紧急急报报警警记号号，，写写出出书面面报告告外外，，通知知主管管工工程程师师立立即即到到现现场场调调查查，，开开现场场会会，研究究应急急措措施施。四、、监监测测报报表表与与监监测测报报告告各监监测测项项目目时时程程曲曲线线；；各监监测测项项目目的的速速率率时时程程曲曲线线；；各监监测测项项目目在在不不同同工工况况和和特特殊殊日日期期变变化化发发展展形形象象图图。。如：：围围护护墙墙顶顶、、建建筑筑物物和和管管线线的的水水平平位位移移平平面面图图；；深深层层侧向向位位移移曲曲线线；；不不同同深深度度的的孔孔隙隙水水压压力力和和土土压压力力曲曲线线。。日报报表表：：及及时时报报监监理理；；存存档档；；周报报表表：：作作为为参参加加工工程程例例会会的的书书面面文文件件；；一一周周监监测测成成果果的的汇汇报报；；阶段段报报表表：：阶阶段段成成果果总总结结，，掌掌握握施施工工中中基基坑坑工工作作形形状状和和发发展展趋趋势势。。简单单直直观观，，尽尽可可能能采采用用图图形形或或曲曲线线；；数数据据不不得得随随意意修修改改和和删删除除；；异异常常点点应应说说明明；；(1)监测测报报表表(2)监测测曲线线工程程概概况况；；监测测项项目目和和各各测测点点的的平平面面和和立立面面布布置置图图；；所采采用用的的仪仪器器设设备备和和监监测测方方法法；；监测测数数据据处处理理方方法法、、监监测测结结果果汇汇总总表表、、有有关关汇汇总总和和分分析析曲曲线线；；对监监测测结结果果的的评评价价。。(3)监测测报报告告工程程概概况况车站站为为地地下下两两层层三三跨跨岛岛式式站站台台，，主主体体结结构构呈呈南南北北走走向向，，轨轨顶顶标标高高28.986m，埋深15.6m左右，主主体结构构南北长长179.40m，其中南南段长约约57.60m，宽33．00m；中间段段长为56.40m，宽为23.10m；北段长长约65.40m，宽42.70m。该站结结构底板板标高27.296m，底板埋埋深为17.114～17.564m。主体结结构顶板板标高为为35.60m左右，顶顶板埋深深为9.0m左右。第四节工工程实实例实例一：：森林公公园南门门地铁车车站北部部深基坑坑围护结结构变形形特性监监测基坑围护护方案基坑剖面及土土层分布布车站主体北区区基坑剖剖面监测方案案(1)测点布置置围护桩桩桩体水平平位移（（桩体变变形）监监测点布布置，在在基坑东东西两长长边中点点的围护护桩上各各布置一一个桩体体水平位位移监测测点，编编号为CX4和CX5；围护桩桩钢筋内内力监测测点与桩桩体水平平位移监监测点布布置在同同一根围围护桩上上，编号号为L4和L5。钢支撑撑轴力监监测点布布置，基基坑内钢钢支撑共共有两层层（1—1断面为三三层)，每15m布置一个个轴力监监测点，，第一层层监测点点编号为为Z1-8～Z1-14，第二层层监测点点编号为为Z2-8～Z2-14，第三层层监测点点编号为为Z3，共15个监测点点。(2)监测仪器器桩体变形形采用CX系列钻孔孔测斜仪仪测量；；锚索应应力采用用钢弦式式锚索应应力计和和SS—ⅡⅡ型频率计计数器测测量；钢钢支撑轴轴力，在在钢支撑撑的一端端安装钢钢弦式轴轴力计监监测支撑撑轴力，，采用SS——Ⅱ型频率率计数数器测测量；；护坡坡桩桩桩身内内力监监测采采用JXG—1型钢弦弦式钢钢筋应应力传传感器器和SS——Ⅱ型频率率计数数器；；基坑坑内外外观察察、边边坡土土体顶顶部水水平位位移及及桩顶顶位移移选用用高精精度经经纬仪仪测量量。(3)观测时时间与与频率率观测周周期、、次数数确定定为：：自开开挖起起，1～7d内，每每12h观测一一次；；8～15d内，每每天观观测一一次；；16～30d内，每每2d观测一一次；；30d以后，，每3d观测一一次。。当变