第10章 基坑工程监测

变形观测与数据处理成都理工大学地球科学学院测绘工程系

第10章

基坑工程监测主要内容监测内容监测方法实例10.1概述一、基坑工程基坑深度基坑尺寸飞速发展基坑数量从80年代以来，我国从深圳的第一座深基坑设计施工至今，已积累了丰富的理论和实践经验。当初深度达到5m的就被定义为深基坑，而今天，可被定义为深基坑的深度则应为7m以上。二、基坑监测的目的安全确保基坑支护结构及邻近建筑物安全验证设计参数完善基坑工程设计施工水平10.2基坑监测内容及方法深基坑施工，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。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。

(1)地下管线、地下设施、地面道路和建筑物的沉降、位移（基坑周边）。

(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。一、监测内容10.2.1围护桩墙顶水平和沉降监测水平位移

极坐标前方交会视准线法全站仪坐标测量坐标系统：独立坐标，一般以基坑纵横轴线方向一致沉降监测

精密水准或精密三角高程测量10.2.2深层水平位移监测（侧向位移）

基坑围护桩墙和土体在不同深度的水平位移采用测斜仪测量1.测斜仪的组成测斜管测斜探头连接电缆测读仪

测斜管：长2-4m管径60mm、70mm、90mm埋设在围护桩墙和土体内测斜探头：倾角传感元件上、下两端有两对滑轮连接电缆：提升和下放探头探头的深度尺向探头供应电源向测读仪传递测量数据测读仪：显示探头测量信息（倾斜角或其正弦值）

2.测斜管埋设测斜管(测地下土体、围护桩体的侧向位移)的埋设：测斜管应根据地质情况，埋设在那些比较容易引起塌方的部位，一般按平行于基坑围护结构以20~30m的间距布设；围护桩体测斜管应在围护桩体浇灌混凝土时放入；地下土体测斜管的埋设须用钻机钻孔，放入管子后再用黄砂填实孔壁，用混凝土封固地表管口，并在管口加帽或设井框保护。

测斜管的埋设要注意十字槽须与基坑边垂直。

3.测量原理与方法原理：通过摆锤受重力作用测量测斜探头轴线与铅垂线之间的夹角，进而计算各高程点的水平位移。方法

（1）联接测头和测读仪，

（2）测试自孔底开始测，自下而上每隔0.5m测读一次，每次测读时，测绳必须固定，测量完毕后，在同一孔里旋转180度，再测一次。

（3）每次全部测完后传入电脑及时进行计算，出报告。

10.2.3土体分层沉降监测

土体分层沉降是指地表以下不同深度土层内的点的沉降或隆起采用磁性分层沉降仪测量

10.2.4基坑回弹监测

基坑开挖后，由于卸除地基土自重，引起基坑底面及坑外一定范围土体相对于开挖前的隆起变形，称为基坑回弹。采用回弹监测标和深层沉降标测量方法：几何水准测量

1.回弹标形式及埋设

由于基坑回弹点要在基坑开挖前预先埋设到基坑底面的设计标高处,这就要求回弹点的测标要设的稳定、牢固且便于进行观测,才能保证监测的必要精度。回弹测标的形式如图(如采用辅助杆法图中挂钩可改做成圆帽顶)。

回弹监测标形式回弹测点布设的几种形式测点一般以沿基坑纵横中心轴线及其它重要位置成对称布置,并在基坑外一定范围内(基坑深度的1·5-2·0倍)布设部分测点。点距一般为10-15m,也可根据需要而定。基坑回弹监测通常采用几何水准测量法。基坑回弹监测的基本过程：在待开挖的基坑中预先埋设回弹监测标志,在基坑开挖前、后分别进行水准测量,测出布设在基坑底面各测标的高差变化,从而得出回弹标志的变形量。观测次数不应少于3次:即第一次在基坑开挖之前;第二次在基坑挖好之后;第三次在浇注基础混凝土之前。在基坑开挖前的回弹监测,由于测点深埋地下,实施监测就比较复杂,且对最终成果精度影响较大,亦是整个回弹监测的关键。2.基坑回弹监测方法

基坑开挖前的回弹监测方法通常有辅助杆(适用于较浅基坑)和钢尺法。钢尺法又可分为钢悬吊挂钩法(简称挂钩法),一般适用于中等深度坑;钢尺配挂电磁锤法或电磁探头法,适用于较深坑。挂钩法的工作实质如下:首先在地面上用钻机成孔,把回弹测标埋设到基坑底面设计标高处,在标志上吊挂钢尺引出地面；然后通过在地面实施水准测量,把高程引测到每个回弹标志上,并依此所得高程作为初始值。而基坑开挖后各测点的高程,则在基坑内按一般水准测量方法进行,所得的高程与初始高程比较,其差值即为回弹变化量。基坑开挖前观测工作方式见图。开挖前回弹观测工作示意图10.4工程实例

10.4.1工程概况

某办公楼高79·50m,地上主楼19层,裙楼2层,地下2层,地面面积43·20m×50·40m。设计基础埋深-8.7m,采用天然地基箱形基础。上部结构采用框剪结构。该工程设计采用主楼与裙楼用同一个基础形式,不留沉降缝。因此,对地基土的变形要求灵敏,地基土的回弹变形及其分布,是基础设计和变形验算的重要参数,故设计要求进行基坑回弹监测。10.4.2场地地形及地下水场地地形平坦,西部稍高(约0·70m)。场地地下水为第四系孔隙潜水,勘探期间测得地下水位深13.00-13.20m,故本次观测未考虑地下水影响。10.4.3回弹标志的布设与观测本次回弹监测的基坑形状和测标的布设如图。由于场地地质条件和基坑形状较简单,故标志点沿基坑纵横中心轴线布设9个和4个角各设1个共13个,点距为10.00-15.00m,标志点埋设深度在-8.90m。回弹标志的埋设方式如前述。水准测量采用Ni007型补偿式自动安平水准仪配以因瓦水准尺,按二等水准测量精度要求进行。基准点选在场地西南方约20m(基坑开挖深度2倍以外)处。回弹监测采用钢尺悬吊挂钩直接测量法,依逐点直接观测进行。基坑平面和测点布置基坑平面和测点布置10.4.4观测成果的整理和分析按逐点观测的每个回弹标志与基准点的高差,直接推算各测点的初始高程,然后以引测到坑底的工作基点进行坑底的各测点标高测量,并比较推算出各点的回弹量。其各点的坐标和回弹量见表。从表中可以看出,基坑回弹量最大值在8#点,其值为36.00mm,最小值在13#点,其值为18.00mm,平均回弹量为26.00mm。（最大、最小及平均回弹量）从整个基坑底面回弹变化规律看,在基坑中间的回弹量大于四周,而西部回弹量又稍大于东部。依其结果绘制出基坑纵横中心轴线回弹剖面图和基坑回弹等值线图。基坑纵横中心轴线回弹剖面基坑回弹等值线第十四章边坡工程监测边坡工程监测的特点、内容和技术手段一、边坡工程监测的特点1．监测区域大,涉及的岩土性质复杂；

2．监测的内容相对较多，主要有地面变形监测和地下变形监测，物理参数如应力等参数监测，环境因素如地下水、天气、地震因素的监测；监测的工作量大，工种复杂，对于监测人员而言，必须是多面手，对于不同的工作都能适应。3.边坡逐渐形成，部分监测点的位置要随之变动；

4.监测的周期较长，一般不少于2年或更长时间，有时是贯穿于整个工程建设过程中.二、边坡监测的内容测降雨量测地温地震监测观测地下水位观测孔隙水压测泉流量测河水位

地音量测位移和沉降6.环境因素5.水文

4.应变3.地下变形

2.地声1.地表变形广义监测内容：位移和沉降类型阶段主要监测内容滑坡

前期地表裂缝整治期地表的水平位移和垂直位移深部钻孔测斜土体或岩体应力、水位整治后地表的水平位移和垂直位移深部钻孔测斜地表倾斜地表裂缝土体或岩体应力、水位变形监测的内容（工程测量规范2007）1.简易观测法

2.设站观测法

3.仪表观测法

4.远程监测法三、边坡监测的方法(一)简易观测法人工观测：地表裂缝、地面鼓胀、沉降、坍塌；

建筑物变形特征；

地下水位变化、地温变化等现象。简易测量：在边坡关键裂缝处埋设骑缝式简易观测桩；

在建（构）筑物裂缝上设简易裂缝测量标记；

(二)设站观测法要点：●在边坡体上设立变形观测点（成线状、格网状等）；

●在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站；

●用测量仪器定期监测变形区内网点的三维位移。1．大地测量法

测二维水平位移：前方交会法（两方向或三方向）；

双边距离交会法。

测某个方向的水平位移：视准线法；小角度法；测距法。

测垂直位移：几何水准测量法；

精密三角高程测量法。

优点：监控面广，能确定边坡地表变形范围；

量程不受限制；

能观测到边坡体的绝对位移量。

缺点：受到地形通视条件限制和气象条件的影响；

工作量大，工作周期长；

连续观测能力较差。

2．GPS（全球定位系统）测量法

GPS的特点：定位精度可达毫米级

优点：观测点之间无需通视，选点方便；

观测不受天气条件的限制，可全天候观测；

可同时测定观测点的三维坐标和速度；

在测程大于10km时，精密优于光电测距仪。

缺点：价格贵。

用途：地形条件复杂、起伏大或建筑物密集、

通视条件差的边坡监测。

3．近景摄影测量法

优点：摄影（周期性重复摄影）方便，外业省时省力；

能同时获得许多观测点的空间位置。

缺点：精度较低。

用途：崩滑体处于速变、剧变阶段的监测；

危岩临空陡壁裂缝变化；

滑坡地表位移量变化速率较大时的监测。类型水平位移监测的点位中误差（mm）垂直位移监测的高程中误差（mm）地表裂缝的观测中误差（mm）岩质滑坡63.00.5土质滑坡12105边坡监测的精度（工程测量规范2007）通常要求水平位移2-5mm，高程测量中误差小于1.0-1.5mm/km(三)仪表观测法特点：监测的内容丰富，精度高，测程可调，仪器便于携带；

可以避免恶劣环境对测试仪表的损害；

资料直观可靠，能连续观测。用途：适用于中、长期监测内容：用精密仪器仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜(沉降)动态，裂缝变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。分类:按所采用的仪表可分为机械式仪表观测法(简称机测法)

和电子仪表观测法(简称电测法)两类。(四)远程监测法远程监测法特点：远距离无线传输。

优点：自动化程度高；

全天候观测；

省时、省力、安全。

缺点：传感器质量不过关；

仪器的组装工艺和长期稳定性较差；

运行中故障率高；

很难适应野外恶劣的监测环境；

数据传输有中断；

数据可靠度难以使人置信；

价格昂贵。四、边坡工程监测仪器简介倾斜计边坡工程监测方案设计的内容：

●监测内容--测什么；

●监测方法和仪器--怎么测；

●施测部位和测点布置--测哪里；

●监测期限和频度--何时测；

●预警值及报警制度等实施计划--怎么办。一、监测设计的原则

监测项目选择的原则：

●一般以光学,机械和电子设备为先后顺序选用设备；

●考虑经济上的合理性；

●不影响正常施工及使用；

●能形成统一的结论和简捷的报表。§9.3监测方案设计二、测点布点原则

监测点的布置一般有以下三个步骤:

1、测线布置

圈定监测范围；

估计主要滑动方向；

选取典型断面,布置测线；

再按测线布置相应监测点。

●对主滑方向和范围不明确的边坡，放射型布置更适用。

●测线放射型布置时，在不同方向交叉布置深部位移监测孔。●对主滑方向和范围明确的边坡，测线可采用十字型或方格行布置；

●测线十字型布置时，深部位移监测孔通常布设在主滑方向上；

2、监测网形成:一次也可能分阶段形成；3、局部加强，加深加密布点。三、边坡工程监测周期与频率

1.施工的初期爆破阶段：

1次/1-2天，每次爆破后监测1次；监测以地表及地下位移为主。

施工阶段：

1-2次/周；(地表及地下位移为主)

2.运营阶段：1次/2月，雨季：1次/2月。

3.变形量增大和变形速率加快时：加大监测频次。

1.监测的报表●监测日报表●阶段性报表●监测总表

四、监测资料汇总及分析

2.相关图件●各监测项目时程曲线；●各监测项目的速率时程曲线；●地表位移变形矢量图和等值线；●各监测项目在各种不同工况和特殊日期变化发展的形象图

3.分析报告

一般分析报告中应含以下内容：●工程地质背景●施工及工程进展情况●监测目的、监测项目设计和工作量分布●监测周期和频率●各项资料汇总●曲线判断及结论●数值计算及分析●结论及建议

§9.4露天开采边坡监测矿山边坡是一种临时性或半永久性边坡,设计较为保守。主要平台:布设运输矿岩和设备的运输平台总体边坡角:从最下部台阶坡面的坡趾到最上部台阶坡面的坡肩的联线的倾角.一、观测内容包括：（1）边坡面上移动值的大小和分布，移动的过程和规律；（2）滑动面位置、形状、滑体的大小、滑动方向；（3）边坡移动对坡顶及其附近各种建筑物的危害程度；（4）加固措施的效果。二、观测站的设置1．观测线的设置观测线由位于同一直线上的控制点和工作点组成。控制点（基准点）应布设在滑体外稳定的地表或边坡上；工作点（变形点）设置在滑体上。每条观测线至少设两个控制点，控制点至第一个工作点的距离和控制点间的距离为50～100m。工作测点的间距一般为5～15m。在一个台阶上至少应设两个测点，分别靠近坡顶、坡脚每个平台上均应设置观测点。1-控制点2－工作点3－观测线 露天矿边坡观测线的布设2.要求：观测站（变形区域）应布置在工程地质条件较复杂地段。观测线的条数取决于滑坡范围（监测范围）的大小、边坡岩石力学性质及地质条件的复杂程度。对特征点进行专门监测，当发现有移动时，可在其上、下、左、右增设观测点，以便准确确定边坡移动范围。水准基点不需要建立严格统一的高程控制系统。可以每2～3个台阶在非移动区建立一组，每组不少于3个点。为确定工作点的矿区统一高程值，可用等外水准进行各组水准基点间的连测。如果采用交会法观测，则观测点的布设可以更加灵活，观测线上也可不布设控制点。1．导线法观测点埋设10～15天后进行1）观测站与露天矿基本控制网点联测，按5”小三角或5”导线要求进行，高程按四等水准要求进行。2）观测测线，按露天矿I级导线和露天矿I级高程测量方法和精度要求测量，首次观测需要独立进行两次，高程闭合差均不大于±（L为导线总长，km），则取其平均值作为原始数据。2.前方交会法应使用J2级以上的经纬仪以全圆观测法测定水平角，水平角测量的各种限差不能低于四等三角测量的限差要求。高程测量也可以采用三角高程测量方法。三