深基坑開挖施工中的動態(tài)監(jiān)測方法

深基坑開挖施工中的動態(tài)監(jiān)測方法【摘　要】　通過廣州市軌道交通三號線大石站土建工程所采用的基坑動態(tài)監(jiān)測手段,介紹了測斜儀、鋼筋計、土壓力計等儀器在深基坑開挖監(jiān)測中的安裝使用方法。【關(guān)鍵詞】　動態(tài)監(jiān)測;　深基坑;　圍護(hù)結(jié)構(gòu);　測斜管;　鋼筋計;　土壓力計　　鑒于深基坑的復(fù)雜性和不確定性,理論計算還難以全面準(zhǔn)確地反映工程進(jìn)行中的各種變化,故在理論分析指導(dǎo)下有目的地進(jìn)行工程監(jiān)測十分必要。利用其反饋的信息和數(shù)據(jù),一方面可及時采取技術(shù)措施防止發(fā)生重大工程事故,另一方面亦可為完善計算理論提供依據(jù)。1工程概況　　 大石站位于廣州市番禺區(qū)北組團(tuán)中心區(qū)規(guī)劃的新光大道下。車站呈一字型南北走向。車站總長279.444m,基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7m,北端屏蔽線換乘區(qū)寬度為38.64m,開挖深度平均為13.8m。北端布置屏蔽線,車站呈丁字形換乘,總體為明挖地下兩層車站。標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土雙層雙跨結(jié)構(gòu)。 車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁,直徑為1200mm,間距1350mm,樁長18m～25m。樁間止水采用Φ600mm單管旋噴樁,深入不透水層1.0m。內(nèi)支撐采用三道Φ600鋼管支撐,第一支撐間距5.6～6.5m,施加200kN預(yù)應(yīng)力,第二、三道支撐間距2.8～3.5m,分別施加600kN及350kN預(yù)應(yīng)力。2監(jiān)測項目　　 基坑開挖過程中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力、支撐軸力等都有變化,采用多項監(jiān)測手段,其結(jié)果可以互相驗證。監(jiān)測項目及方法見表1。監(jiān)測頻率為:基坑開挖過程中每天一次,主體結(jié)構(gòu)施工時3天一次。3 監(jiān)測方式與方法3.1地面沉降、樁頂水平位移 沉降觀測使用儀器是精密水準(zhǔn)儀和銦合金水準(zhǔn)尺。樁頂水平位移使用全站儀。這些都是常用的測量儀器。在這里要注意的是,要使用相同的儀器,在相同的位置上,由同一觀測者按同一方案施測。而且測量控制點要安全,其位置不要設(shè)在變形、位移區(qū)內(nèi)。3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)、被圍護(hù)土體的側(cè)向位移 圍護(hù)結(jié)構(gòu)和被圍護(hù)土體的側(cè)向位移監(jiān)測使用的儀器是測斜儀。測斜儀是一種可以精確地測量沿鉛垂方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀器,可以用來測量單向位移,也可以測量雙向位移,再由兩個方向的位移求出其矢量和,得到位移的最大值和方向。本工程采用加拿大RockTest公司制造的測斜儀,精度0.5mm;測斜管采用Φ70高精度PVC專用測斜管,單位測量深度為0.5m。3.2.1 測斜管的埋設(shè) (1)圍護(hù)樁內(nèi)的測斜管在吊放鋼筋籠之前,就綁扎在鋼筋上,隨鋼筋籠一起放入樁孔內(nèi);土體內(nèi)的測斜管就在預(yù)定的測斜管埋設(shè)位置鉆孔。根據(jù)基坑的開挖總深度,確定測斜管孔深。即假定基底標(biāo)高以下某一位置處圍護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體側(cè)向位移為零,并以此作為側(cè)向位移的基準(zhǔn)。 (2)安裝測斜管時,隨時檢查其內(nèi)部的一對導(dǎo)槽,使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。測斜管頂部和底部都要裝上蓋子,防止砂漿、泥漿及其他雜物入內(nèi)。 (3)測斜管固定完畢后,用清水將測斜管內(nèi)沖洗干凈,將探頭模型放入測斜管內(nèi),沿導(dǎo)槽上下滑行一遍,以檢查導(dǎo)槽是否暢通無阻,滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。由于測斜儀的探頭十分昂貴,在未確認(rèn)測斜管導(dǎo)槽暢通時,不允許放入探頭。 (4)測量測斜管管口坐標(biāo)及高程,做出醒目標(biāo)志,以利保護(hù)管口。現(xiàn)場測量前務(wù)必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表,以與測量結(jié)果對應(yīng)。3.2.2 操作要點 (1)連接探頭和測讀儀。當(dāng)連接測讀儀的電纜和探頭時,要使用原裝扳手將螺母接上。檢查密封裝置、電池充電情況(電壓)及儀器是否能正常讀數(shù)。當(dāng)測斜儀電壓不足時必須立即充電,以免損傷儀器。 (2)將探頭插入測斜管,使?jié)L輪卡在導(dǎo)槽上,緩慢下至孔底以上0.5m處。注意不要把探頭降到套管的底部,以免損傷探頭。測量自下而上地沿導(dǎo)槽全長每隔0.5m測讀一次。為提高測量結(jié)果的可靠度,每一測量步驟中均需一定的時間延遲,以確保讀數(shù)系統(tǒng)與環(huán)境溫度及其他條件平穩(wěn)(穩(wěn)定的特征是讀數(shù)不再變化)。若對測量結(jié)果有懷疑可重測,重測的結(jié)果將覆蓋相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 (3)測量完畢后,將探頭旋轉(zhuǎn)180°,插入同一對導(dǎo)槽,按以上方法重復(fù)測量,前后兩次測量時的各測點應(yīng)在同一位置上;在這種情況下,兩次測量同一測點的讀數(shù)絕對值之差應(yīng)小于10%,且符號相反,否則應(yīng)重測本組數(shù)據(jù)。3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、支撐軸力測量 此兩項的監(jiān)測選用國產(chǎn)GJJ型振弦式鋼筋計和DKY—51—2型振弦讀數(shù)儀。3.3.1鋼筋計的安裝 圍護(hù)樁內(nèi)的鋼筋計焊接在鋼筋籠主筋上(見圖1),當(dāng)作主筋的一段,焊接的面積不應(yīng)少于鋼筋的有效面積。在焊接鋼筋計時,為避免熱傳導(dǎo)使鋼筋計零漂增加,需采取冷卻措施,可用濕毛巾或流水冷卻。鋼支撐的鋼筋計是焊接在端頭附近,兩側(cè)對稱各布置一個。 3.3.2鋼筋計的原理 振弦式鋼筋計的工作原理是:當(dāng)鋼筋計受軸力時,引起彈性鋼弦的張拉變化,改變鋼弦的振動頻率,通過頻率儀測得鋼弦的頻率變化即可測出鋼筋所受作用力的大小,換算而得混凝土結(jié)構(gòu)或鋼支撐所受的力。3.3.3 鋼筋計操作要點 (1)做好鋼筋計傳感部分和信號線的防水處理; (2)儀器安裝前必須做好信號線與鋼筋計的編號,做到一一對應(yīng); (3)鋼筋計焊接必須保證質(zhì)量; (4)鋼筋計安裝好后,澆混凝土前測一次初值,基坑開挖前測一次初值; (5)測數(shù)時,同時用溫度計測量氣溫,考慮溫度補償。3.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力3.4.1 土壓力計的安裝 測量側(cè)壓力時,土壓力計如圖1所示,綁扎于鋼筋上,接觸面緊貼土體一側(cè)。但根據(jù)實際操作經(jīng)驗,土壓力計綁扎在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋上,成功的把握不是很大,因為在澆混凝土?xí)r,難以保證混凝土不包裹土壓力計。最好的安裝方法還是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外面鉆孔埋設(shè)土壓力計,并在孔中注入與土體性質(zhì)基本一致的物質(zhì),填實空隙。3.4.2土壓力計的工作原理 土壓力計使用雙膜鋼弦式。工作原理跟鋼筋計基本相同,其接觸面對變化不大的土壓力較為敏感,受力時引起鋼弦振動或應(yīng)變片變形,弦的自振頻率也發(fā)生變化。利用脈沖激勵,使鋼弦起振,并接收其頻率。按事先標(biāo)定的“壓力-頻率”關(guān)系曲線,即得出作用在土壓力計上的壓力值。4信息化管理　　針對本工程監(jiān)測的特點,成立了由4人組成的專業(yè)監(jiān)測小組,其中2人具備測量、土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、計算機(jī)等方面的知識。組長負(fù)責(zé)工程監(jiān)測計劃、組織及監(jiān)測的質(zhì)量審核。­ 施工監(jiān)測過程中,在可行、可靠的原則下收集、整理各種資料,各監(jiān)測項目的監(jiān)測值不能超過根據(jù)設(shè)計要求和經(jīng)驗確定的管理基準(zhǔn)值,除此之外,還會同有關(guān)結(jié)構(gòu)工程人員按照信息化施工程序(如圖2所示),對各項監(jiān)測資料進(jìn)行科學(xué)計算、分析和對比。從而做到: (1)減少施工的盲目性,及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常并預(yù)警,預(yù)測基坑及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性,提出工序施工的調(diào)整意見及應(yīng)采取的安全措施,保證整個工程安全、可靠推進(jìn)。 (2)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的搜集為基坑支護(hù)的動態(tài)設(shè)計提供了充分的依據(jù),從而優(yōu)化設(shè)計,使主體結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的目的。 本基坑從2003年7月1日開始土方開挖到2004年8月16日主體結(jié)構(gòu)封頂,整個施工過程中各項的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,基坑未出現(xiàn)異常情況,測值均在正常范圍內(nèi)。