2建筑基坑工程监测技术规范.ppt
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1、基坑工程监测与建筑基坑工程监测技术规范,主要内容,一、基坑安全存在的问题二、基坑监测的要求三、规范的适用范围四、规范中强制性条文规定的正确理解五、规范的主要内容及有关规定六、基坑监测实例,一、基坑安全存在的问题,随着城市建设的发展,向空中求发展、向地下深层要土地便成了建筑商追求经济效益的常用手段。在建筑工程市场上,三层的地下室已是司空见惯,随之而来的基坑施工的开挖深度也从最初的57m发展到目前最深已达15m,地铁的深度更是超过了15m。,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7
2、m以上。,深基坑工程支护技术虽已在全国不同地区、不同的地质条件下取得了不少成功的经验,甚至在一些达到国际水平,但仍存在一些问题需进一步研究或提高,以适应现代化经济建设的需要。深基坑工程支护施工过程中常常存在的问题主要有以下几种:,(一)土层开挖和边坡支护不配套 常见支护施工滞后于土方施工很长一段时间,而不得不采取二次回填或搭设架子来完成支护施工,一般来说,土方开挖技术含量相对较低,工序简单,组织管理容易。而挡土支护的技术含量高,工序较多且复杂,施工组织和管理都较土方开挖复杂。,(二)边坡修理达不到设计、规范要求 常存在超挖和欠挖现象,一般深基坑在开挖时均使用机械开挖、人工简单修坡后即开始挡土支
3、护的砼初喷工序。而在实际开挖时,由于施工管理人员不到位,技术交底不充分,分层分段开挖高度不一,而人工修理时不可能深度挖掘,只能就机挖表面作平整度修整,在没有严格检查验收就开始初喷,故出现挡土支护后出现超挖和欠挖现象。,(三)成孔注浆不到位、土钉或锚杆受力达不到设计要求 深基坑支护所用土钉或锚杆钻孔直径一般为100150的钻杆成孔,孔深少则五、六米,深则十几米,甚至二十多米,钻孔所穿过的土层质量也各不相同,钻孔如果不认真研究土体情况,往往造成出渣不尽,残渣沉积而影响注浆,有的甚至成孔困难、孔洞坍塌,无法插筋和注浆。,(四)喷射砼厚度不够、强度达不到设计要求 目前建筑工程基坑支护喷射砼常用的是干拌
4、法喷射砼设备,其主要特点是设备简单、体积小,输送距离长,速凝剂可在进入喷射机前加入,操作方便,可连续喷射施工。但由于操作手的水平不同,操作方法和检查控制等手段不全,混凝土回弹严重,再加上原材料质量控制不严、配料不准、养护不到位等因素,往往造成喷后砼的厚度不够、砼强度达不到设计要求。,(五)施工过程与设计的差异太大 深层搅拌桩的水泥掺量常常不足,影响水泥土的支护强度。我们发现在同样做法的支护,发生水泥土裂缝,有时不是在受力最大的地段,检查下来,往往是强度不足,地面施工堆载在局部位置往往要大大高于设计允许荷载。基坑挖土是支护受力与变形显著增加的过程,设计中常常对挖土程序有所要求来减少支护变形而实际
5、施工中土方往往不管这些框框,抢进度,图局部效益。,1 工 程 概 况 鞍山某大厦地上31层,高100m,基坑深14m,基础为箱形基础。该场地的工程地质从上至下为:第一层土厚1.65m,r19KN/m;第二层土厚9.35m,r=19.1KN/m,c=23KPa,=8.3;第三层土厚度大于10m,r=19.5KN/m,c=42.8KPa,=12.7.地下水位为5.0m,某大厦基坑工程事故分析,2 基 坑 设 计 与 开 挖 该基坑三面临街,一面与一建筑物相邻。基坑先放坡5.3m深,然后采用钢筋混凝土灌注桩加两层锚杆支护,桩径1.0m,桩长13.25m,间距1.6m,嵌固深度为4.55m,锚杆长16
6、m,倾角15,层距为3.5m,用槽钢作横梁,参考图2102。基坑开挖时采用深井降水。,当基坑开挖到设计标高后不久,基坑局部便发生破坏。首先是锚杆端部脱落,横梁掉下,桩间土开裂。但随着时间的推移,桩土之间裂缝增大桩后4m远的基坑周围地面开始裂缝,裂宽逐渐增大,最后倒塌。基坑的破坏使邻近的自来水管道断裂,基坑浸泡,接着再次塌方,支护桩在坑底附近被折断,见图。,3 事 故 分 析 3.1 支护结构设计的安全储备不足。通过验算发现,如果不改动锚杆,而将支护桩的嵌固深度由4.55m增加到6.5m,支护结构稳定性和抗倾覆均能较好地满足要求。3.2 基坑附近地下水管的渗漏,使得基坑上部的粘土含水量增大,支护
7、结构所承受的压力增大。同时,地基土含水量增大使得锚杆的锚固力减小,导致支护结构受力趋于临界状态。3.3 施工质量不过关。从事故现场可以发现,支护桩的混凝土强度,以及锚杆固段混凝土强度均达不到设计要求。3.4 施工单位的一部分工人没有完全掌握工艺要求,所以在锚杆灌浆、横梁安装以及其它方面均存在一些较大的偏差。,(六)设计与实际情况差异较大 深基坑支护由于其土压力与传统理论的挡土墙土压力有所不同,在目前没有完善的土压力理论指导下,通常仍沿用传统理论计算,因此有误差是正常的,许多学者对此进行了许多研究,在传统理论土压力计算的基础上结合必要的经验修正可以达到实用要求。问题是对这样一个极为复杂的课题,脱
8、离实际工程情况,往往会造成过量变形的后果。,基坑支护失效实例,1994年9月上海黄浦区某大厦基坑支护靠马路40m长支撑破坏,600厚地下连续墙倒塌。基坑挖深23.5m原因为设计、施工和监测多方面,基坑支护失效,角撑局部屈压,(七)工程监理不到位 按规定高层建筑、重大市政等的深基坑是必须实行工程监理的,大多数事故工程都没有按规定实施工程监理,或者虽有监理而工作不到位,只管场内工程,不管场外影响,实行包括设计在内的全过程监理的就更少。,(八)施工监测不重视 主要是建设单位为省钱不要求施工监测,或者虽设置一些测点,数据不足,忽视坑边住宅的检测,或者不重视监测数据,形同虚设。支护设计中没有监测方案,结
9、果发生情况不能及时警报,事故发生后也不易分析原因,不利于事故的早期处理,省了小钱化大钱。,基坑向着大深度、大面积方向发展,周边环境更加复杂,深基坑开挖与支护的难度愈来愈大。为了减少支护事故,除了精心设计、精心施工、强化监理,保护坑边住宅与环境,提高深基坑支护技术和管理水平外,还要加强基坑监测工作。,由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性,单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案,往往含有许多不确定因素,尤其是对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目,对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。当前,基坑监测与工程的
10、设计、施工同被列为深基坑工程质量保证的三大基本要素。,二、基坑监测的要求,运用常规测量手段搞变形监测,已有悠久的历史了,并在道路、管线、建筑物的沉降、位移监测方面积累了丰富的经验。但在今天,非表面的沉降、位移监测已发展成为深基坑监测的主要内容。再停留在用常规的测量手段搞监测,在基坑监测市场中已占不到份额了。,(一)深基坑监测的意义和目的,意义深基坑的理论研究和工程实践告诉我们,理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目,往往难从以往的经验中得到借鉴,也难以从理论上找到定量分析、预测的方法,这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。,目的
11、全面、高精度的监测是保证基坑工程安全的透视眼。随时根据监测结果调整施工参数,优化设计,或采取相应措施,以确保施工安全,顺利进行。实现对基坑周边环境进行有效的保护。监测数据同时为设计与科研工作人员提供第一手的现场资料,有益于认识围护体及周边环境在开挖过程中的变形与受力特性,为今后改进设计理论和施工技术提供依据,推动基坑工程理论水平的提高。,首先,靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程,并可通过监测数据来了解基坑的设计强度,为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二,可及时了解施工环境地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三,可及时发现和预报险情的发生及险情的
12、发展程度,为及时采取安全补救措施充当耳目。,(二)深基坑监测的内容,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。,开挖时,坑内必须抽去地下水,715m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。围护结构必须安全可靠,并能确保施工环境稳定。从经济角度来讲,好的围护设计应把安全指标取在临界点附近,再靠现场监测提供的动态信息反馈来调整施工方案。,基坑工程的监测是设计的必要部分,设计应明确提出监测项目和
13、具体要求受基坑开挖影响的周边管线、房屋等建(构)筑物,应根据相关文件与标准确定监控对象和指标监测应包括对围护结构自身监测和周边环境监测两部分,监测内容,监测内容,监测内容,监测内容,(三)目前应该做到的监测项目,(1)地下管线、地下设施、地面道路和建筑物的沉降、位移。(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。,北京西客站沉降观测,沉降观测基准点,在施工现场进行沉降观测
14、,沉降观测现场,支撑轴力监测和混凝土构件内力监测,混凝土构件内力的量测是一个较复杂的问题。一般要分裂缝开展前后两个阶段考虑。构件内力一般无法直接测读,能直接测读的尽是位移。从位移的变化得到应变,从应变算出应力。到目前为止,有一定可靠度的量测仅限于轴向受压构件周详压力的监测。,钢筋应力计焊接安装,支撑轴力监测和混凝土构件内力监测,土体深层水平位移监测,监测目的挡土墙板、排桩变形后的形状不同深度土体位移,监测是否有土体失稳的预兆及现象在与坑边垂直的剖面上位移随与坑边距离变化的规律,钻孔测斜仪,测斜仪探头:竖直角传感器圆气泡测倾斜方位传感器指南针测方位CCD摄象系统微机:将图象处理成坐标,测斜仪工作
15、原理,土体深层水平位移监测,土体深层水平位移监测,土体深层水平位移监测,土体深层水平位移监测,土体深层水平位移监测,土体深层水平位移监测,注意侧斜管扭转的影响 注意位移的方向,滑动测微计,80 年代初,瑞士联邦苏黎世科技大学K.Kovari 教授等提出了线法监测原理。其显著特点区别于以应变计为代表的点法监测原理。点法监测只能测定元件埋设处的应变信息,而线法监测是连续地测量相邻2 点间的信息,从而导出整条测线上的变形分布。本工程采用瑞士生产的滑动测微计,运用线法检测原理,确定灌注桩在荷载作用下轴力、摩阻力、端承力等参数及其变化规律。,滑动测位计测试示意,地下连续墙水土压力测试(挂布法),土压力计
16、,孔隙水压力计,地下连续墙水土压力测试(挂布法),地下连续墙水土压力测试(挂布法),地下水水位和地下水压力监测,坑外地下水位的监测:浅层水位:监测隔水帷幕是否漏水深层承压水层水位:监测降承压水头的效果 估算水头降低的影响,地下水水位和地下水压力监测,降水效果的检测,是对降水单位监督。(1)坑内水位的监测(2)各井抽水量的监测(3)真空深井井管中真空度的监测,地下水水位和地下水压力监测,坑内水位的监测 监测降水后浅层水位的降低,直接判断可否挖土。监测深层承压水位的降低,直接判断有否冒底突涌的危险。,地下水水位和地下水压力监测,完整井 非完整井 承压完整井 承压非完整井,地下水水位和地下水压力监测
17、,地下水水位和地下水压力监测,(四)测点的布设,测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。在确定测点的布设前,必须知道基地的地质情况和基坑的围护设计方案,再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。,原则上,能埋的测点应在工程开工前埋设完成,并应保证有一定的稳定期,在工程正式开工前,各项静态初始值应测取完毕。沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上,只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点,则可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点,此时的模拟桩的深度应稍大于管线深度,且地表应设井盖保护,不止于影响行人安全;如果马路上有管线设备(如管线井、阀门等)的
18、话,则可在设备上直接设点观测。,测斜管(测地下土体、围护桩体的侧向位移)的安装: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2030m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。,基坑在开挖前必须要降低地下水位,但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏,地下水的流动是引起塌方的主要因素,所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容;水位监测管的埋设应根据地下水文资料,在含水量大和渗水性强的
19、地方,在紧靠基坑的外边,以2030 m的间距平行于基坑边埋设,埋设方法与地下土体测斜管的埋设相同。,分层沉降管的埋设也与测斜管的埋设方法相同。埋设时须注意波纹管外的铜环不要被破坏;一般情况下,铜环每1m放一个比较适宜。基坑内也可用分层沉降管来监测基坑底部的回弹,当然基坑的回弹也可用精密水准测量法解决。,土压力计和孔隙水压力计,是监测地下土体应力和水压力变化的手段。对环境要求比较高的工程,都须安装。孔隙水压力计的安装,也须用到钻机钻孔,在孔中可根据需要按不同深度放入多个压力计,再用干燥粘土球填实,待粘土球吸足水后,便将钻孔封堵好了。,土压力计要随基坑围护结构施工时一起安装,注意它的压力面须向外;
20、并根据力学原理,压力计应安装在基坑隐患处的围护桩的侧向受力点。这两种压力计的安装,都须注意引出线的编号和保护。,应力计是用于监测基坑围护桩体和水平支撑受力变化的仪器。它的安装也须在围护结构施工时请施工单位配合安装,一般选方便的部位,选几个断面,每个断面装二只压力计,以取平均值;应力计必须用电缆线引出,并编好号。编号可购置现成的号码圈,套在线头上,也可用色环来表示,色环编号的传统习惯是用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白分别代表数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。,测点布设好以后,必须绘制在地形示意图上。各测点须有编号,为使点名一目了然,各种类型的测点要冠以点名,点名可取测点的汉语拼
21、音的第一个字母再拖数字组成,如应力计可定名为:YL一1,测斜管可定名为:CX一1,如此等等。,(五)数据观测,根据经验知道,基坑施工对环境的影响范围为坑深的34倍,因此,沉降观测所选的后视点应选在施工的影响范围之外;后视点不应少于二点。沉降观测的仪器应选用精密水准仪,按二等精密水准观测方法测二测回,测回校差应小于lmm。地下管线、地下设施、地面建筑都应在基坑开工前测取初始值。在开工期问,应根据需要不断测取数据,从几天观测一次到一天观测几次都可以;每次的观测值与初始值比较即为累计量,与前次的观测数据相比较即为日变量。根据公认的数据,日变量大于3mm,累计变量大于10mm即应向有关方面报警。,位移
22、监测点的观测一般最常用的方法是偏角法同样,测站点应选在基坑的施工影响范围之外。外方向的选用应不少于3点,每次观测都必须定向,为防止测站点被破坏,应在安全地段再设一点作为保护点,以便在必要时作恢复测站点之用。初次观测时,须同时测取测站至各测点的距离,有了距离就可算出各测点的秒差,以后各次的观测只要测出每个测点的角度变化就可推算出各测点的位移量。观测次数和报警值与沉降监测相同。当然也可用坐标法来测取位移量。,地下水位、分层沉降的观测,首次必须测取水位管管口和分层沉降管管口的标高。从而可测得地下水位和地下各土层的初始标高。在以后的工程进展中,可按需要的周期和频率,测得地下水位和地下各土层标高的每次变
23、化量和累计变化量。地下水位和分层沉降的报警值,应由设计人员根据地质水文条件来确定。,测斜管的管口必须每次用经纬仪测取位移量,再用测斜仪测取地下土体的侧向位移量,再与管口位移量比较即可得出地下土体的绝对位移量。位移方向一般应取直接的或经换算过的垂直基坑边方向上的分量。应力、水压力、土压力的变量的报警值同样由设计人员确定。,监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都须写明:初始值、本次变化量、累计变化量。工程结束后,应对监测数据,尤其是对报警值的出现,进行分析,绘制曲线图,并编写工作报告。因此,记录好工程施工中的重大事件是监测人员必不可少的工作。,(六)监测与动态施工技术,动态施
24、工的实质是根据现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程。在施工过程中,要求及时把监测成果与设计所预期结果进行比较,预测下一段施工可能出现的新行为、新动态,对后续的开挖方案与开挖步骤提出建议,不断优化设计和完善施工方案。对可能出现的险情进行及时的预报,当有异常情况时立即采取必要的补救措施,将问题抑制在萌芽状态,使基坑施工始终处于受控状态,以确保工程安全。其实施过程的关键在于险情预报是否准确及时,应急处理措施是否合理。,险情预报的判据,变形量控制标准是工程界十分关心的问题,也是难以确定的问题,由于工程情况的不同,不可能有统一的变形量控制值,所以应视不同土质、不同相邻条件确定相应的控制标准。,1、围
25、护结构的险情预报内撑式基坑工程通常结合支撑体系的设置进行分层开挖,排桩墙围护结构破坏的可能性较小,正常情况下,开挖最下一层土体时才有出现这类破坏的可能性。预报主要是依据围护结构的侧向位移值及应力,分析可能出现的最大位移量及弯矩,看其是否将大于警戒值。,2、支撑结构的险情预报支撑结构的类型主要有钢管支撑、钢筋砼支撑。工程施工中选为监测内容的物理量常为支撑构件的应力,据以得出构件承受的轴力或弯矩。险情预报主要是将本道支撑的实测轴力或弯矩与设计轴力或弯矩相比较,由此判断其安全性。,3、周围地层变形的险情预报这类险情由环境保护要求引起,其险情判别主要取决于周围建筑物和地下管线对地层变形的承受能力。建筑
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