探析深基坑開挖的安全監(jiān)測
2015-05-26
深基坑安全監(jiān)測能較客觀地反映深基坑深層土體及基坑開挖過程中對相鄰建筑物、道路、管網等設施當前所處的狀態(tài)；較客觀地反映監(jiān)測對象的穩(wěn)定性；可以及時發(fā)現問題，預測險情，短時間采取措施，消除不穩(wěn)定因素；可以修正設計方案，通過最經濟的手段最大限度地發(fā)揮支護能力；在基坑施工過程中對相關數據進行定量分析， 通過監(jiān)測數據與原設計預計情況進行對比，判斷現設計施工的合理性，必要時及早調整施工方案，確?；邮┕ぐ踩? 深基坑工程安全監(jiān)測方案
1 工程概況
南京市某醫(yī)院中心大樓建設工程是南京市重點建設工程之一,該工程地處南京市中心繁華地段,西邊、北邊為城市道路,有多種地下管線;東邊、南邊為已有建筑。基坑開挖深度為18m左右,面積約為4700m2,基坑性質屬于深基坑,等級為一級。該基坑施工場地小、基坑深、周邊環(huán)境比較復雜,施工難度大?；油临|為淤泥質填土、素填土、粉質粘土、粉質粘土混粗砂等,地質條件一般。在施工過程中,采用了地下連續(xù)墻(人工挖土樁等)作為圍護止水、擋土,而水平支撐對側向壓力起到至關重要的作用,布設3道支撐梁?；訛橹占颁摻罨炷嗤琳寤A,柱墩共56個,柱墩直徑為1.5m～4.5m,柱墩深度3m～6m不等,支護樁為6m干旋挖樁,直徑為0.8m、0.9m、1.0m干旋挖樁為高壓旋噴樁,止水樁為雙軸深攪樁。該深基坑工程監(jiān)測自2006年6月起,歷時16個月。
為了工程建設的順利進行,采用常規(guī)測量的方法(沉降和水平位移)和先進的測量手段,即埋設水位儀、測斜儀、振弦讀數儀等監(jiān)測元件,測量出基坑微小的變化量,及時準確為該工程安全施工提供科學數據。該項目利用的建筑沉降自動處理系統(tǒng),是根據變形的機理和工程設計理論,采用了先進的變形預報模型,自動進行預報預警,及時掌握建筑物的穩(wěn)定性,為安全運行診斷提供必要的信息,以便及時發(fā)現問題并采取措施。
2 圍護工程的設計特點
圍護工程的設計是以有關規(guī)范為準則,以巖土工程勘察報告為依據,以建筑物設計要求為根本,還要考慮到經濟、合理、高效和現有的施工條件等因素。圍護工程的設計特點是確定施工監(jiān)測的基礎。深基坑工程的理論和技術還很不成熟,因為每個深基坑的條件不同。在復雜的地層中,基坑圍護體系所承受的土壓力等荷載存在著較大的不確定性;對地層和圍護結構一般都作了較多的簡化和假定,與工程實際有一定差異;基坑開挖與圍護機構施工過程中,存在著時間和空間上的延遲過程,以及降雨、地面荷載和挖機撞擊等偶然因素的作用,使得在基坑工程設計時,對結構和土體變形的預估與工程實際情況有較大的差異,并在相當程度上依靠經驗。
3 監(jiān)測工作的內容與要求
基坑工程施工現場監(jiān)測的內容分為三大部分,即圍護機構和支撐體系監(jiān)測、周圍地層監(jiān)測和相鄰環(huán)境監(jiān)測。
3.1 圍護機構和支撐體系
監(jiān)測圍護機構和支撐體系監(jiān)測包括的內容有:圍護樁樁頂圈梁水平位移、沉降觀測;圍護體周圍深層水平位移(測斜管)監(jiān)測;砼支撐應力或軸力量測;支護樁樁身側向應力量測;支撐立柱樁的沉降、位移監(jiān)測;水位測試等。
3.2 周圍地層和相鄰環(huán)境監(jiān)測
周圍地層和相鄰環(huán)境監(jiān)測包括鄰近道路沉降、位移觀測、周圍重要地下管線監(jiān)測、鄰近房屋沉降監(jiān)測等?；又車缆芳捌渌O施上每隔15m左右設置1個沉降、位移監(jiān)測點,共計12個。地下管線監(jiān)測在主要管線正上方每隔15m布設1個監(jiān)測點,共12個沉降觀測點?；拥臇|側依次為磚混結構房屋、砼結構房屋等,考慮到基坑開挖可能對它們產生一定的影響,在以上房屋附近布設了22個房屋沉降觀測點。以上各監(jiān)測點都按二級變形測量的相關要求進行。各監(jiān)測點點位分布詳見圖1。
4 監(jiān)測手段及作業(yè)方法
參照國家精密水準測量規(guī)范中關于國家二等水準測量的作業(yè)方法及工程測量中關于城市沉降觀測的各項限差進行作業(yè),具體要求詳見表1。
所用測量儀器為N3,其編號為(466192),標尺為蘇州產2m因瓦水準標尺一付,其編號為№.011、012,轉點所用尺墊為5kg鑄鐵尺墊,該套設備經檢驗后符合作業(yè)要求。外業(yè)觀測記錄由本公司編制的程序在廣州市朗特數碼科技有限公司開發(fā)研制的HT-2680A型機上進行,內業(yè)數據處理采用我公司最新研制的建筑沉降信息處理系統(tǒng)進行處理,自動生成文件和圖表,并結合實際情況進行變形分析。
在施工區(qū)附近選擇安全穩(wěn)定的地方埋設水準工作基點,距離約200m處,按二等水準作業(yè)要求對水準工作基點與基準點進行聯測。作業(yè)中每周進行檢測,以掌握工作基點的穩(wěn)定性。對各沉降監(jiān)測點進行測量時,一級導線點、水準工作基點和所有沉降監(jiān)測點組成一個環(huán)形監(jiān)測網,其環(huán)線閉合差限差按二級水準測量要求,即環(huán)形閉合差不大于規(guī)定限差為±1.0mm(n為測站數)。水平位移測量采用小角法,儀器為TC1800全站儀(精度為1秒)。
采用了先進的監(jiān)測技術手段對基坑各項指標進行監(jiān)測,水位儀、測斜儀、振弦讀數儀等專門監(jiān)測儀器,定期進行檢核。每監(jiān)測項目兩人一組(同項目、同儀器、同人員),每組數據采用儀器直接讀數記錄,避免人為因素對讀數的影響。在計算機上進行數據處理,自動生成文件和圖表,并結合實際情況進行變形分析。如有異常要進行第二次監(jiān)測,保證數據真實、可靠。
利用的測試系統(tǒng)和傳感器對深基坑監(jiān)測,具有高靈敏度、高準確度、高穩(wěn)定性。輸出與輸入之間成比例關系,直線性好,靈敏度高,抗干擾能量強(即受被測量之外的因素影響小),滯后、漂移誤差小,不因其接入而使測試對象受到影響。選擇傳感器時,注意固體介質(如巖體)與傳感器的變形特征要相似,保證介質與傳感器相匹配,這樣監(jiān)測的數據呈直線性,降低了匹配誤差,確保數據準確可靠。
5 確定觀測頻率和變形量報警值
5.1 確定觀測頻率
在基坑開挖前可以埋設的各監(jiān)測項目,必須在基坑開挖前埋設并讀取初始值,初始值是監(jiān)測的基準,需復校無誤后才能確定,通常連續(xù)三次測量無明顯差異時,取其中一次的測量值作為初始讀數,否則應繼續(xù)測讀。測斜管和水位孔在基坑開挖一周前埋設,使讀數有足夠的穩(wěn)定過程?；炷嗤林蝺鹊匿摻钣嫷刃桦S施工進度而埋設的元件,在埋設后讀取初讀數。圍護墻頂水平位移和沉降、土體深層位移監(jiān)測貫穿基坑開挖到主體結構施工到±0.00標高的全過程。監(jiān)測頻率開始為2～3天一次,從基坑開始開挖到澆筑完主體結構底板,每天監(jiān)測一次?，F場施工監(jiān)測的頻率因隨監(jiān)測項目的性質、施工速度和基坑狀況而變化,適時調整監(jiān)測頻率。測讀的數據必須在現場整理,對監(jiān)測數據有疑慮可及時復測,當數據接近或達到報警值時應盡快通知甲方,以便施工單位盡快采取應急措施。監(jiān)測數據準確、及時提供才能有效指導施工,確?；影踩?br />
5.2 確定變形量報警值
對基坑工程監(jiān)測預警值的設定需綜合考慮基坑的規(guī)模、工程地質和水文地質條件、周圍環(huán)境的重要性程度以及基坑的施工方案等因素。根據不同項目進行設定,控制監(jiān)測值的變化速率,水平位移速率。一級工程在3mm/d之內控制;支護結構體系報警臨界值,一級控制(0.1～0.25)H%,H為基坑的深度,單位為m;支撐軸力以設計軸力作為監(jiān)控值,報警值為大于設計值的80％,第一道支撐軸力設計值3068.6kN,第二道支撐軸力設計值為5770kN,東南角角撐軸力6688.9kN。鋼材允許撓度取1/400～1/500,混凝土允許撓度取1/250～1/300。例如:煤氣 管 道 的 沉 降 和 水 平 位 移 均 不 得 超 過10mm;自來水管道的沉降和水平位移均不得超過30mm等。
6 監(jiān)測結果分析
南京市某醫(yī)院中心大樓深基坑安全監(jiān)測于2006年6月進場,按監(jiān)測方案埋設了周邊各監(jiān)測點,陸續(xù)按監(jiān)測方案埋設了測斜管和其他各類監(jiān)測點,與基坑工程同步進行了各類監(jiān)測工作,并將每次監(jiān)測結果及時提交甲方、監(jiān)理方及施工方。
由于地質條件比較復雜,深層土體位移測量尤為重要,因為深層土體位移量能較直觀反映深層土體位移變化情況。各量測段的水平位移△應該是各次測的水平偏差與測斜管的初始水平偏差之差,即:
式中δ0n為從管口下數第n量測段處的水平偏差初始值;
ω0i為從管口下數第n量測段處的傾角初始值;
△0為實測的管口水平位移,當從管口起算時,管口沒有水平偏差初始值;L為為量測段的長度,取0.5m整數(單位:mm)。
利用測斜儀測雙向位移,由兩個方向的測量值求出其矢量和,得位移的最大值和方向。對數據進行處理,真實準確地反映出深層土體位移的變化量。
測試結果表明:基坑邊最大沉降量5.0mm(E4號點處),基坑邊最小沉降量0.5mm(D12號點處),平均沉降速率為0.015mm/d;基坑周邊建筑物最大沉降量13.6mm(L8號點),最小沉降量0.2mm(5號點),平均沉降速率為0.016mm/d,深層土體位移最大位移點在基坑西側為C9號孔,最大位移量為24.49mm(地面下9.0m處),基坑周邊水平位移最大位移量8.5mm(D13號點處);支撐軸力最大受力為-2694kN(Y5點),監(jiān)測結果符合技術方案要求。
7 結語
本次對南京市某醫(yī)院中心大樓基坑的監(jiān)測,從工程概況、監(jiān)測工作的內容與要求、作業(yè)方法、觀測頻率和變形量報警值的確定、監(jiān)測數據處理等進行了全面的闡述。實踐證明監(jiān)測方案設計合理、使用設備先進、作業(yè)方法得當、監(jiān)測數據及時、準確,為確保基坑工程安全施工提供了重要依據,滿足了工程項目需求,對類似工程具有一定的借鑒意義。
