淺述基坑圍護結構綜合監測

王荷英

【摘 要】本文闡述了深基坑圍護結構工程的多種監測技術措施,結合工程實例對出現的異常情況進行分析并提出應急措施。

【關鍵詞】深基坑 圍護結構工程 監測

【中圖分類號】TU【文獻標識碼】A

隨著城市基礎設施建設的高速發展,城市道路中的下穿通道也越來越多,由于受到周圍環境限制,沒有足夠的空間,這些下穿通道工程需設計合理的支護結構。并要以最小的投資,最短的工期,達到設計要求。保守的設計可以在一定程度上減小圍護工程的風險,但經濟上的浪費較大。由于巖土性質的不確定性及周圍的環境變化等原因,加之施工中可能出現一些問題,目前國內外圍護結構工程事故屢見不鮮,因此在開挖過程中加強監測預報尤為重要。

一、圍護結構的側向位移

圍護結構的側向位移監測使用的儀器是測斜儀。測斜儀由測斜管、測斜探頭和數字式測讀儀三部分組成,是一種可以精確地測量沿鉛垂方向土層或圍護結構內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。

1、測斜管的埋設

(1)圍護樁內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;土體內的測斜管就在預定的測斜管埋設位置鉆孔。根據基坑的開挖總深度,確定測斜管孔深。即假定基底標高以下某一位置處圍護結構后的土體側向位移為零,并以此作為側向位移的基準。

(2)安裝測斜管時,隨時檢查其內部的一對導槽,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。

(3)測斜管固定完畢后,用清水將測斜管內沖洗干凈,將探頭模型放入測斜管內,沿導槽上下滑行一遍,以檢查導槽是否暢通無阻,滾輪是否有滑出導槽的現象。由于測斜儀的探頭十分昂貴,在未確認測斜管導槽暢通時,不允許放入探頭。

(4)測量測斜管管口坐標及高程,做出醒目標志,以利保護管口。現場測量前務必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表,以與測量結果對應。

2、操作要點

(1)連接探頭和測讀儀。在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。當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,使滾輪卡在導槽上,緩慢下至孔底以上0.5 m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槽全長每隔0.5 m測讀一次。為提高測量結果的可靠度,每一測量步驟中均需一定的時間延遲,以確保讀數系統與環境溫度及其他條件平穩。

(3)測量完畢后,將探頭旋轉180°,插入同一對導槽,按以上方法重復測量,前后兩次測量時的各測點應在同一位置上;在這種情況下,兩次測量同一測點的讀數絕對值之差應小于10%,且符號相反,否則應重測本組數據。

二、圍護結構的內力、支撐軸力測量

圍護結構內力、支撐軸力監測就是用鋼筋計對樁身鋼筋和鎖口梁鋼筋中較大應力斷面處應力進行監測,同時對錨桿和鋼筋混凝土及鋼筋內支撐受力狀況進行監測,以防止圍護結構的結構性破壞。

1、鋼筋計的工作原理

當鋼筋計受軸力時,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,換算而得混凝土結構或鋼支撐所受的力。

2、鋼筋計的安裝

圍護樁內的鋼筋計焊接在鋼筋籠主筋上,當作主筋的一段,焊接的面積不應少于鋼筋的有效面積。在焊接鋼筋計時,為避免熱傳導使鋼筋計零漂增加,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,兩側對稱各布置一個。

三、圍護結構的側土壓力監測

樁側土壓力的監測通常是在樁墻迎土面埋設土壓力傳感,通過相應的接收儀器來讀取所需的數據。

1、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變片變形,弦的自振頻率也發生變化。利用脈沖激勵,使鋼弦起振,并接收其頻率。按事先標定的“壓力—頻率”關系曲線,即得出作用在土壓力計上的壓力值。

2、土壓力計的安裝

測量側壓力時,土壓力計綁扎于鋼筋上,接觸面緊貼土體一側。但根據實際操作經驗,土壓力計綁扎在圍護結構的鋼筋上,成功的把握不是很大,因為在澆混凝土時,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結構的外面鉆孔埋設土壓力計,并在孔中注入與土體性質基本一致的物質,填實空隙。

四、工程實例

1、工程概況

杭州市錢江路地下通道工程四標段隧道主體結構劃分為10段,其中U型槽(K4+060～K4+190)劃分為4段,分段長度為30m～40m不等,基坑開挖深度最深為7.5m;暗埋段(K4+190～K4+510)劃分為6段,分段長度30m、40m、89m、75m、66m不等,超過40m的節段中間設置后澆帶,暗埋段基坑開挖深度7.5m～10.9m。根據基坑開挖深度不同,本次設計臨時圍護結構采用土釘墻支護(開挖深度在3m～7m)和鉆孔灌注咬合樁(開挖深度大于7m)。本標段基坑開挖均為明挖順作法施工,支撐體系采用現澆鋼筋砼圍檁及內支撐,鋼筋砼內支撐根據結構開挖深度不同,挖深在10m以下布置一道鋼筋砼支撐,挖深10.5m時布置二道鋼筋砼支撐,橫向間距14m～18m不等。

2、數據分析

施工過程中發生一次異常情況。根據當天的監測報告,有多處監測值異常。支撐軸力監測數據變化曲線見圖1。

(1)內支撐梁上的軸力監測點GJ5處軸力值達到了5 850 kN,此處軸力設計值為7181 kN,超過了軸力報警值5745 kN。

(2)與GJ5鄰近的支撐梁位移監臨測點DH3的位移變化速率達到了2.5 mm/d,大于2 mm/d的報警值,累計位移未超過設計計算值。

(3)圍護樁頂面水平位移監測點D6的變化速率為2.1 mm/d,大于報警值2 mm/d;累計位移5 mm小于設計計算值24.5 mm。D7點的變化率為2.5 mm/d,大于報警值2 mm/d;累計位移4.5 mm小于設計計算值24.5 mm。

(4)深層土體位移臨測點CX4的變化速率為8.3 mm/d,大于報警值2 mm/d;累計位移11.5 mm小于設計計算值70 mm。

3、原因分析與應急措施

經現場技術人員對整個支護系統進行全面的檢查,發現:與監測點GJ5,DH3鄰近的一根聯系梁發生豎向裂縫。

應急措施為: 停止該區域土方開挖,并把已開挖到坑底的部位暫時向上回填3 m。

在以后的開挖中,施工單位嚴格按照支護設計要求開挖。數天以后,各監測數值開始逐漸回穩。兩個月后,軸力監測點GJ5處軸力值為5 333 kN,環梁位移監測點DH3的位移變化速率為0 mm/d,各點的監測值基本穩定。

五、結語

監測控制是基坑圍護結構工程中不可或缺的重要組成部分。在圍護結構施工中,對各監測項目的控制是一項十分嚴肅的工作,它不僅檢驗圍護結構工程設計計算是否可靠,同時也是確定施工組織和流程是否合理,也是保證周圍環境安全的主要依據。應根據結構工程自身的特點、監測目的、周邊要求,結合施工經驗制定監測項目等級,按不同的變形標準進行監測。

參考文獻:

【1】吳彰森,胡耀平.基坑支護工程監測技術研究.《科技資訊》2009年第9期

【2】黃聰.監測深基坑安全施工的幾點方法.《山西建筑》2009年6月

【3】金建成.深基坑支護監測數據分析與應急措施.《山西建筑》2009年1月