工程监测技术4

基坑工程支护与监测常用监测与检测技术规范汇总回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23－2011国家一、二等水准规范GB12897-91gbt15314-94精密工程测量规范建筑工程桩基检测技术规范JGJ106-2003T超声波检测规范((CECS21-1990,CECS21-2000,CECS69-1994)建筑基坑工程监测技术规范_GB50497-2009建筑变形测量规范2008\JGJ8-2007公路工程基桩动测技术规程JTGTF81-01-2004城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008地基动力特性测试规范（GBT50269-97）《建筑物沉降观测方法》DGJ32/J18-2006铁路隧道监控量测技术规程（TB10121一2007）公路隧道地质超前预报规程(2009-08-03)《地面沉降监测技术要求》DD2006-02岩土工程监测规范YS5229-1996水泥搅拌桩重力坝在软粘土地基中开挖深度为5～7米左右的基坑，应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙，可以较充分利用水泥土的强度，并可利用水泥土防渗性能，同时作为防渗帷幕。因此，具有较好的经济效益和社会效益。水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式，按重力式挡墙计算。广泛用于开挖深度7米以内的深基坑围护结构、管道沟支护结构、河道支护结构、地下人行道等常见的基坑围护形式土钉墙土钉墙是由天然土体通过土钉墙就地加固并与喷射砼面板相结合，形成一个类似重力挡墙以此来抵抗墙后的土压力；从而保持开挖面的稳定，这个土挡墙称为土钉墙。土钉墙是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙，建筑基坑与护坡技术规程JGJ120－99正式定名为土钉墙。

钻孔灌注桩钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力，是深基坑开挖常用的一种围护形式，根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式挡墙、单撑式挡墙、多层支撑式挡墙等。它的排列形式有一字形相接排列、间隔排列、交错相接排列、搭接排列、或是混合排列，常见的排列方式是一字板间隔排列，并在桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩等阻水。这样的结构形式较为经济，阻水效果较好。上海地区大部分开挖深度在7～12米左右的深基坑，采用钻孔灌注桩挡土，水泥土搅拌桩阻水，普遍获得成功。

地下连续墙地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较小，施工时无噪音、无振动，属低公害的施工方法SMW是SoilMixingWall的缩写。SMW工法连续墙于1976年在日本问世SMW工法是以多轴型钻掘搅拌机在现场向一定深度进行钻掘，同时在钻头处喷出水泥系强化剂而与地基土反复混合搅拌，在各施工单元之间则采取重叠搭接施工，然后在水泥土混合体未结硬前插入H型钢或钢板作为其应力补强材，至水泥结硬，便形成一道具有一定强度和刚度的、连续完整的、无接缝的地下墙体。SMW工法桩基坑工程监测在基坑工程实践中常常发现，与设计预估值相比，实际工程的工作状态往往存在一定的差异性，有时差异的程度还相当大，主要体现在以下几个方面：①基坑工程设置于地层之间，而地层性质存在着相当大的变异性和离散性；②对地层和围护结构本身所作的分析模型、构筑设计简化假定以及参数选用等，与实际状况相比存在一定的近似性；③施工过程中，存在着时间和空间效应，以及降雨、地面堆载和挖机撞击等偶然因素作用。基于上述情况，必须在基坑开挖和支护施筑期间开展严密的现场监测，以保证工程的顺利进行。1.基坑监测必要性2.基坑监测目的(1)为施工开展提供及时的反馈信息根据监测分析结果调整施工参数，必要时，采取附加工程措施，以此达到信息化施工的目的，现场施工管理和技术人员可根据监测数据和成果判别工程是否安全。(2)作为设计与施工的重要补充手段设计计算中未曾考虑的各种复杂因素，都可以通过对现场监测结果分析加以局部修改和完善，基坑工程中的这一做法与隧道掘进中的新奥法思想是基本一致的，即将施工监测和信息反馈看作设计的一部分，前期设计和后期设计互为补充，相得益彰。(3)作为施工开挖方案修改的依据根据工程施工的结果来判断和鉴别原设计方案是否安全和适当，必要还需对原开挖方案进行局部的调整和修改。(4)保证基坑支护结构和相邻建筑物的安全只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的建筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计。(5)积累经验以提高基坑工程的设计和施工水平基坑现场监测不仅确保了本基坑工程的安全，在某种意义上也是1:1的实体试验，所取得的数据是结构和土层在工程施工过程中真实反应，是各种复杂因素影响和作用下基坑系统的综合体现，因而也为该领域的科学和技术发展积累了第一手资料。3.基坑监测基本要求(1)监测工作必须是有计划的，应根据设计提出的监测要求和业主下达的监测任务书预先制订详细的基坑监测方案；(2)监测数据必须可靠真实；(3)监测数据必须是及时的，监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出；(4)埋设于结构中的监测元件应尽量减少对结构的正常受力的影响，并注意埋设监测元件的回填土与岩土介质的匹配；(5)应采纳多种方法、施行多项内容的监测方案，以便监测结果可以互相印证、互相检验；(6)对重要的监测项目，应按照工程具体要求预先设定预警值和报警制度，预警值应包括变形或内力量值及其变化速率。4.基坑监测内容深基坑工程施工现场监测的内容分为围护结构本身和相邻环境两大部分5.基坑监测方法(1)肉眼巡视肉眼巡视是不借助任何量测仪器，而用肉眼对桩顶圈梁、邻近建筑物、邻近地面的裂缝、塌陷以及支护结构工作失常、流土、渗漏或局部管涌等不良象的发生和发展进行记录、检查和分析。(2)围护桩墙顶水平位移和沉降监测围护桩墙顶水平位移和垂直沉降是基坑工程中员直接、最重要的内容。沉降监测方法主要采用精密水准测量，在一个测区内，应设3个以上基准点，基准点要设置在距基坑开挖深部5倍的距离以外的稳定地方。水平位移监测，有场地时，用轴线法即视准线法;场地有限时采用前方交会法。(3)桩墙深层挠曲桩墙深层挠曲就是测量围护桩墙在不同深度上的点的水平位移，通常采用测斜仪测量。①测斜仪构造测斜仪由测斜管、测斜探头和数字式测读仪三部分组成在预定位置钻孔埋设或在支护桩内绑扎固定③测斜管埋设测斜管的埋设有钻孔埋设、绑扎埋设和预制埋设三种方式，埋设时应注意以下事项：a.埋入测斜管时，应保持垂直，如埋在桩体或墙体内应与钢筋笼扎牢；b.测斜管有两对方向相互垂直的定向槽，其中一对须与基坑边线垂直；c.测量时，必须保证测斜仪与管内温度基本一致，显示仪读数稳定才能开始测量；d.选择测斜管中的不动点作为测量基准点。(4)土体分层沉降测试土体分层沉降是指离地面不同深度处土层内的点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪量测。①仪器与原理磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导线以及电感探测装置组成.②分层沉降仪埋设埋设时应注意：提高钻孔的垂直精度；配制CB砂浆时，应注意一定的硬度，但避免过硬；测定管受张拉荷载至CB砂浆完全硬化为止；变换部位在开挖后移到耐压盒下。(5)基坑回弹测量基坑回弹测量是基坑开挖对坑底的土层的卸荷过程中引起基坑底面及坑外一定范围内土体的回弹或隆起。基坑回弹监测可采用回弹监测标和深层沉降标两种。①回弹标埋设方法如下：a.钻孔至基坑设计标高以下200mm，将回弹标旋入钻杆下端，顺钻至孔底将回弹标尾部压入土中；b.放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面标高；c.监测完毕后，将辅助测杆、保护管提出地面，用素土回填钻孔。②深层沉降标深层沉降标由一个三卡锚头、一根内管和一根外管组成，埋设方法如下：a.用钻机在预定位置钻孔，孔底标高略高于欲测量土层的标高约一个锚头长度；b.将装配好的深层沉降标慢慢放入钻孔内，并逐步加长，直到孔底；c.在孔口临时固定外管，将内管压下约150mm，此时锚头上的三个卡子会向外弹，卡在土层里；d.顺时针旋转外管，使外管与锚头分离；e.固定外管，将外管与钻孔之间的空隙填实，做好测点的保护装置。1.监测内容基坑工程施工监测的对象主要为围护结构和周围环境两大部分；围护结构包括围护桩墙、水平支撑、围檩和圈梁、立柱、坑底土层和坑内地下水等；周围环境包括周围土层、地下管线、周围建筑和坑外地下水等；各个监测对象包含不同的监测内容，需要使用相应的监测仪器和仪表。序号监测对象监测内容监测仪器和仪表（一）围护结构1围护桩墙桩墙顶水平位移与沉降经纬仪、全站仪、水准仪等桩墙深层位移测斜仪等桩墙内力钢筋应力传感器、频率仪等桩墙水土压力压力盒、孔隙水压力探头、频率仪等2水平支撑轴力钢筋应力传感器、位移计、频率仪等3围檩、圈梁内力钢筋应力传感器、频率仪等水平位移经纬仪、全站仪等4立柱沉降水准仪等5坑底土层隆起水准仪等6坑内土层水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等基坑工程施工监测的内容（表1）（二）周围环境7周围地层分层沉降分层沉降仪、频率仪等水平位移经纬仪、全站仪等8地下管线沉降水准仪等水平位移经纬仪、全站仪等9周围房屋沉降水准仪等倾斜经纬仪、全站仪等裂缝裂缝监测仪等10坑外地下水水位监测井、孔隙水压力探头、频率仪等分层水压孔隙水压力探头、频率仪等基坑工程施工监测的内容（续表1）围护桩墙顶水平位移监测水平位移监测方法有极坐标法、前方交会法、视准线法等多种，由于全站仪的普及，目前也可以采用全站仪坐标测量功能直接测定测点的坐标，并通过测点的坐标计算相邻周期的位移量和累积位移量。基坑开挖前，测点坐标应至少连续观测2次，取无明显差异结果的平均值作为坐标初始值。为了充分描述基坑的变形情况，便于施工监理和施工单位的理解和把握，位移的方向一般确定为基坑的纵横轴线方向。围护桩墙顶沉降监测基坑沉降监测的目的首先是为了保证基坑的施工安全，因此必须具有较高的监测精度。目前，精密水准测量方法广泛应用于基坑的沉降监测。测量时，一般自工作基点经过各个监测点形成一条或多条闭合路线，如果特殊点位只能采用支水准路线进行监测，应进行往返测量，往返高差之差也应满足精密水准测量相应的观测要求。深层水平位移监测深层水平位移指基坑围护桩墙和土体在不同深度上的水平位移，通常采用测斜仪测量。测斜仪：测斜管、测斜探头、连接电缆、测读仪。测斜管一般在基坑开挖前埋设于围护桩墙和土体内，根据其制造材料可分为塑料（PVC）和铝合金两种；测斜探头是倾角传感元件，其外观为细长金属鱼雷状，上、下两端配有两对滑轮。连接电缆是连接测斜探头和测读仪的一条导线，它具有四个作用：作为提升和下放探头的绳索、作为探头的深度尺、向探头供应电源、向测读仪传递测量信息。测读仪是测斜仪探头的二次仪表，以倾斜角或其正弦值显示探头的测量信息。

测斜仪种类测斜管埋设测斜管有绑扎埋设和钻孔埋设两种方式。绑扎埋设是将测斜管在现场组装后绑扎在桩墙钢筋笼上，随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑前应封好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，防止水泥沙浆渗入管内。钻孔埋设是预先在土层中钻孔，孔径略大于测斜管的外径，将测斜管封好底盖逐节组装逐节下放到钻孔内，同时在测斜管内注满清水，直到放到预定的标高，随后在测斜管与钻孔之间回填细砂和水泥与粘土拌合的材料固定测斜管，用清水将测斜管冲洗干净。埋设时应避免测斜管的纵向旋转，管节连接时应将上、下管节的滑槽严格对准，测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致，为确认测斜管的导槽是否畅通，可先用探头模型放入测斜管滑行一次。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内土体相对于开挖前的回弹变形，称基坑回弹。深大基坑土体的回弹量对基坑本身和邻近建筑物将产生一定的影响。基坑回弹可采用回弹监测标和深层沉降标进行监测，如果进行分层沉降监测，当分层沉降环埋设于基坑开挖面以下时，监测到的土层隆起也相当于基坑回弹量。回弹监测标回弹监测标埋设和观测采用钻孔法，钻杆外径与标志的直径相适应。钻至基坑设计标高以下20cm时，将回弹监测标旋入钻杆下端，沿钻孔缓慢放到孔底，并压入孔底土中40~50cm，此时回弹标尾部已被压入土中，旋开钻杆使回弹标脱离钻杆，提起钻杆。放入辅助测杆，用辅助测杆上的测头进行水准测量，确定回弹标顶面高程。测完后，将辅助测杆、保护管（套管）提出地面，用砂或素土将钻孔回填，为开挖后方便地找到回弹标，可先用白灰回填5cm左右。回弹监测不应少于三次，具体安排是：第一次在基坑开挖之前，第二次在基坑挖好之后，第三次在浇灌基础混凝土之前。当基坑挖完至基础施工的间隔时间太长时，应适当增加监测次数。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点的沉降或隆起，通常用磁性分层沉降仪测量。磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导线以及电感探测装置组成。分层沉降管由波纹状柔性塑料管制成，管外每隔一定的距离安放一个钢环，土层分层沉降时钢环也同步沉降。磁性分层沉降仪分层沉降管和钢环的埋设分层沉降管和钢环应采用钻孔法在基坑开挖前预先埋设。先在预定位置钻孔，取出的土分层分别堆放，当孔底标高略低于欲测量土层的标高时，提起套管30~40cm，然后将引导管逐节连接并放入到孔底监测点位置。引导管放好后，用膨胀粘土球填充引导管与孔壁间的缝隙，并捣实到最低的沉降环位置，再用一只铅质开口送筒装上沉降环，套在引导管上并送至预埋位置，再用直径5cm的硬质塑料管把沉降环推出并压入土中，弹开沉降钢环卡子，使沉降环的弹性卡子牢固地嵌入土中，提起套管至待埋沉降环位置以上30~40cm，当钻孔内回填该层土球至要埋的沉降环标高处，再用如上步骤推入上一个标高的沉降环，直至全部埋完。固定孔口，做好孔口的保护装置。观测方法测量时，当探头从引导管缓慢下放到预埋的沉降环时，电感探测装置上的蜂鸣器发出叫声，此时根据测量导线上的标尺在孔口的刻度以及孔口的标高，可计算沉降环所在位置的标高，测量精度可达±1mm。沉降环埋好后，就可以测量孔口标高和各个沉降环的初始标高，用各个沉降环的初始标高减去基坑开挖过程中测得的标高，获得各土层在施工过程中的沉降或隆起。支挡构件内力监测采用钢筋混凝土材料制作的基坑支挡构件，其内力或轴力通常是在钢筋混凝土中埋设钢筋计，通过测定构件受力钢筋的应力或应变，根据钢筋与混凝土的变形协调原理进行计算。钢筋计主要有钢弦式和电阻应变式两种，二次仪表分别用频率计和电阻应变仪。（a）钢筋应力计布置（b）钢筋应变计布置钢筋计的布置2.监测技术设计准备工作通过个人接触和会议等形式，与建设单位、设计单位、施工单位、监理单位进行沟通和协调，听取他们对基坑监测的意见和要求，争取他们对基坑监测工作的支持。收集工程地质勘察报告、基坑支护结构设计图、工程主体结构设计图、施工区地形图或平面图、综合管线图、基坑施工组织设计等，并组织主要监测人员进行认真分析和研究。现场踏勘和调查，掌握开挖区周围地面建构筑物和地下管线的状况，根据监测内容考虑监测点的布置和确定监测技术方法等系列问题。技术设计的内容工程概况；监测内容的确定；监测点位的布设；监测仪器仪表的选择和监测方法、精度的确定；监测频率和期限的确定；预警值和报警制度的制定等。技术设计初稿必要时可征求有关方的意见并进行修改，当通过有关各方认定后，具体实施中一般不作大的变动，但可以根据具体情况作局部调整。监测内容的确定基坑施工监测的内容见表1。对一个具体的基坑工程，监测内容应根据具体情况而定，主要取决于工程的设计要求、地质条件、规模大小、周围环境以及建设单位的要求等；表2是国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99规定的基坑侧壁安全等级，以及据此等级确定的监测内容。监测内容安全等级一级二级三级支护结构水平位移●●●周围建筑物及地下管线变形●●○地下水位●●○桩墙内力●○

锚杆拉力●○

支撑轴力●○

立柱变形●○

土体分层沉降●○

支护结构侧向压力

注：1.一级、二级、三级分别表示破坏后果很严重、一般、不严重。2.●应测；○宜测；

可测。基坑工程安全等级及监测内容（表2）监测点位的布设（1）（1）桩墙顶水平位移和沉降测量点分为基准点、工作基点和监测点。监测点一般布设在围护结构混凝土圈梁上和水泥搅拌桩、放坡开挖时的上部压顶上，要求既不易被破坏，又能真实反映基坑的变形，当基坑有支撑时，监测点一般布设在两根支撑的跨中。监测点可采用铆钉枪打入铝钉或钻孔埋设膨胀螺丝，测点间距一般取8~15m，可以等距离布设，也可以根据场地堆载、通视条件等具体情况不等距离布设，对于水平位移变化剧烈的区域应适当增加点数。采用全站仪进行监测时，监测标志的直径与仪器基座底孔的直径接近，方便于强制安装反射棱镜，提高监测精度。沉降监测点标志可与水平位移监测点标志分开布置，也可以共用。立柱桩上方一般要布设监测点，对多根支撑交汇的以及用作施工栈桥处的立柱桩应重点监测。（2）深层水平位移深层水平位移监测点的点位与数量根据设计和工程需要确定。一般来说，基坑的短边中间部位应布设一个监测点，长边上应每隔30m左右布设一个监测点。监测深度一般与围护桩墙深度一致，深度方向的测点间距一般取0.5~1.0m。监测点位的布设（2）（3）基坑回弹基坑回弹监测点根据基坑形状及地质条件布设，以最少的点数测出所需各纵横面回弹量为原则，可利用回弹变形的近似对称特性布点。基坑中央和距离坑底边缘约1/4坑底宽度处应布点，方形、圆形基坑可按单向对称布点，矩形基坑可按纵横向对称布点，复合矩形基坑可多向布点。对基坑外的监测点，应在所选坑内方向线的延长线上布点，离基坑距离约为1.5~2倍基坑深度。监测点位的布设（3）（4）土体分层沉降分层沉降监测点点位根据设计和工程需要确定。一般布设在围护结构体系中受力有代表性的位置，应紧邻围护桩墙埋设。点的数量与深度根据分层土的分布情况确定，原则上每一土层设一点，最浅的点低于基础底面至少50cm，最深的点应在超过压缩层理论厚度处。监测点位的布设（4）（5）结构内力对于设置内支撑的基坑工程，可选择部分典型支撑进行轴力变化监测。支撑轴力的测点布设主要由平面、立面和断面三种因素决定。由于基坑开挖、支撑设置和拆除是一个动态过程，在立面方向不同标高处的各道支撑都应监测，各道支撑的测点应布设在同一平面轴力最大的杆件上。在缺乏计算资料的情况下，通常选择平面净跨较大的支撑杆件进行监测，监测断面布设在支撑的跨中位置。围护桩墙的内力监测点布设在围护结构体系中受力有代表性的钢筋混凝土支护桩或地下连续墙的主受力钢筋上。

监测点位的布设（5）（6）坑外地下水在基坑降水期间，坑外地下水监测的目的在于检验基坑止水帷幕的效果，必要时采取灌水补给措施，避免基坑降水对周围环境的影响。坑外地下水一般通过监测井监测，井内设置带孔塑料管，并用砂石充填管壁外侧。监测井布设在止水帷幕以外，其位置根据搅拌桩施工搭接、相邻房屋和地下管线的具体情况选择。监测井不必很深，管底标高一般在常年水位以下4~5m。监测点位的布设（6）（7）周围环境周围环境主要指基坑开挖3倍深度范围内的建构筑物和管线，主要为沉降监测。建构筑物测点主要布设在墙角、柱身等特征部位，能充分反映建筑物各部分的不均匀沉降。管线上测点的布设要考虑其重要性和变形的敏感性，如上水管承接式接头应按2~3节度布设1个监测点，有弯头和丁字形接头处应布设监测点。监测点位的布设（7）监测期限和频率的确定基坑监测贯穿基坑开挖和地下结构施工的全过程，即从基坑开挖第一批土到地下结构施工至±0.00标高，基坑越大，施工时间越长，监测期限就越长。监测频率可根据实际情况参照规范执行。预警值和报警制度的制定预警值是一个定量指标，在其允许范围内可认为工程是安全的，否则认为工程处于不稳定状态，将对工程自身及其周围环境产生有害影响。确定预警值时应注意下列基本原则：（1）满足现行相关规范和规程的要求；（2）满足工程设计的要求；（3）考虑各主管部门对所辖保护对象的要求；（4）考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济等因素。目前，预警值的确定主要参照现行规范和规程的规定值、设计预估值和经验类比值。安全等级一级二级三级破坏程度很严重严重不严重工程复杂程度基坑深度（m）>149~14<9地下水埋深（m）<22~5>5软土层厚度（m）>52~5<2基坑与周围建筑边缘净距（m）<0.5h0.5~1.0h>1.0h监控内容监控值设计值监控值设计值墙顶位移（mm）30506080宜按二级标准控制，当环境条件许可时可适当放宽墙体最大位移（mm）608090120地面最大沉降（mm）305060100最大差异沉降（mm）6/100012/1000基坑工程等级划分及变形监控允许值（表3）§3监测数据整理与分析监测数据整理（1）基坑监测内容较多，监测前应设计各种不同的外业记录表格；记录表格的设计应以记录和数据处理的方便为原则，在监测中观测到的或出现的异常情况也应在记录表格中有所体现；为表明原始成果的真实性，记录表格中的原始数据不得随意更改，必须更改时，应加以说明。外业观测完成后，应及时分类整理外业记录表格。监测成果是施工安排和调整的依据，对外业监测数据应尽快进行计算处理，向工程建设、监理等有关单位提交日报表或当期的监测技术报告。日报表中不但要体现当期的监测成果，