深基坑變形和受力監測技術的應用

張榮富 苗志同

(中煤建筑安裝工程集團有限公司，河北邯鄲 056002)

1 工程概況

產品倉是一個條形槽倉，由地下返煤暗道和四個落煤筒構成，其斷面呈“V”字形。槽倉頂面設計標高為1 216．0 m，地道底面設計標高為1 190．5 m，總深度為25．5 m。從產品倉周圍地形來看，其南側地面標高介于1 211．0 m～1 217．0 m，北側地面標高介于1 208．0 m～1 209．0 m。因此，相對自然地面，產品倉南側填方高度為0 m～5 m，挖深為20．5 m～26．5 m;產品倉北側填方高度為7 m ～8 m，挖深為 17．5 m ～18．5 m。

2 現場監測主要內容

2．1 地表及墻體變形監測

監測基坑開挖過程中基坑周邊、垂直于軸線方向位置地表、基坑土釘墻和加筋土墻體的變形。

2．2 土釘及土釘墻體受力監測

包括土釘抗拔力，土釘內力、土釘總荷載，土釘墻面結構后土壓力監測。

2．3 加筋及加筋土墻體受力監測

包括加筋材料受力監測，加筋土墻面結構后土壓力監測。

3 技術要求

1)形成全過程監測系統。從施工起直到工程完成后運營1年內全過程的監測系統;

2)形成實時、自動監測系統。除變形量外所有待測量均集中由計算機系統實時采集與處理;

3)形成實時信息反饋系統。通過分析軟件與實測值，及時提供工程的基本信息和安全度。

通過現場實時監測，切實掌握能基本反映深基坑施工過程整體性狀信息的實測值，了解深基坑在各施工階段的力學狀態和基坑開挖對周圍環境的影響及基坑支護的效果，并利用這些實測值，對土性參數進行動態反映，判斷現有設計、施工方案的合理性以及深基坑工程所處的狀態和發展趨勢，不斷改進工程設計，修正施工工藝和技術參數。

4 基坑地表及墻體變形監測

4．1 地表沉降變形監測

1)基準點設置。

采用DS05精密水準儀，按三等變形測量等級要求的方法，在產品倉場地附近200m外設置4個基準點。測量基點埋設采用混凝土澆筑，其結構示意圖見圖1。

2)地表沉降觀測點布置及觀測要求測點斷面及測點布置按施工圖實施。觀測點布置在基坑邊外1 m，每測點間距為25 m。變形量測工作在基坑每層開挖完成后立即測量;停止開挖期間每天測量1次。

圖1 基點埋設方法示意圖（單位：cm）

3)觀測持續時間。

至加筋土開始施工時停止觀測。

4．2 土釘(錨桿)位移監測

1)土釘水平位移基準點設置。

水平位移的監測網采用獨立坐標系統，并進行一次布網，控制點采用有強制歸心裝置的觀測墩，照準標志采用強制對中裝置的標牌。可以與地表沉降基準點同點同號。主要技術要求按測量規范三等水平位移監測網的要求進行。

2)土釘位移監測儀器與設備。

采用2″以上級全站儀，采用極坐標法測定。

3)觀測點布置。

觀測點材料采用∮12圓鋼，端部露出混凝土面層5 cm。測點斷面布置按施工圖設計實施。位移觀測點設置于土釘頭部位，每隔一層布置一個觀測點。

4)觀測要求。

每層開挖完成后立即測量;停止開挖期間每天測量1次。

5)觀測持續時間。

至產品倉交工時停止觀測。

4．3 加筋土位移監測

1)加筋土墻面位移監測觀測點規格和土釘位移觀測點相同。

2)加筋土墻面變形監測儀器與設備，采用2″以上級全站儀，采用極坐標法測定。

3)觀測點布置。

測點斷面布置按施工圖設計實施。位移觀測點豎向每隔2 m布置一個觀測點。

4)觀測要求。

加筋土施工期間每天測量1次，加筋土施工完成后每3 d測量1次。

5)觀測持續時間。

至產品倉交工時停止觀測。

5 土釘及土釘墻體受力監測

5．1 土釘抗拔力測試

土釘抗拔力測試實施細則:

測試位置:南側邊坡⑧—⑧測試斷面;從第6層起布置5個抗拔試驗土釘，分別為第6層土釘、第8層土釘、第11層土釘、第13層土釘、第15層土釘;長度分別為 15 m，15 m，20 m，20 m，20 m，共試驗5根土釘。試驗土釘要求在孔口附近有不小于1 m的非粘結段。

土釘承載力測試系統由液壓源、專用測力計、反力裝置和特制位移計等組成。

土釘施工完成后，砂漿達到設計強度的70%以上方可進行試驗。土釘抗拔力試驗按規程實施。

依據采集數據，獲得不同深度的土釘的抗拔承載力，綜合分析邊坡的穩定和安全，提交書面報告。最后，應根據試驗得出的極限荷載，可算出界面粘結強度的實測值。這一試驗平均值應大于設計計算所用標準值的1．25倍，否則應進行反饋修改設計。

資料整理:及時對觀測數據進行分析整理，提交抗拔試驗曲線及抗拔極限承載力。

5．2 土釘內力及總荷載監測

設計采用自制土釘應力、應變和荷載監測系統實施土釘受力的監測監控。主要測試土釘全長應力、應變，以及土釘總荷載。

從土釘墻施工起，每天測量1次土釘的受力，待土方開挖全部完成后測量間隔時間應設置為3 d，直至產品倉投產后1年停止監測。

當監測數據達到報警范圍，或遇到特殊情況，如暴雨等惡劣天氣以及其他意外工程事件，適當加密觀測，直至24 h不間斷的跟蹤監測。

5．3 土釘墻后土壓力監測

采用高精度土壓力傳感器、自動監測單元等構成的監測系統監測土釘墻后土壓力。

從土釘墻施工起，每天測量1次土釘墻后的土壓力，土方開挖全部完成后測量間隔時間設置為3 d，直至產品倉投產后1年停止監測。

6 加筋及加筋土墻體受力監測

6．1 加筋材料受力監測

加筋材料受力監測測點斷面布置位于基坑四個邊的中間，和土釘內力測試斷面位于同一斷面，在土釘墻的上部。

加筋土施工期間每天測量1次，加筋土施工完成后每3 d測量1次，直至產品倉投產后1年停止監測。

6．2 加筋土墻墻后土壓力監測

采用高精度土壓力傳感器、自動監測單元等構成的監測系統監測加筋土墻后土壓力。

在加筋帶內力測點附近的墻后埋設高精度土壓力傳感器;4個斷面共布置33個土壓力測點。

從加筋土墻施工起，每天測量1次墻后土壓力，加筋土施工全部完成后測量間隔時間設置為3 d，直至產品倉投產后1年停止監測。

7 現場監測系統調試及建立

7．1 現場監測系統組成

現場監測系統主要包括各類應力、應變、位移等測試傳感器、數據采集儀器、數據傳輸設備以及信號電纜、計算機、專用測試軟件等等。

現場監測系統隨工程施工進度分項實施、同步完成，系統調試運轉正常后，及時反饋監測原始數據信息和分析、評價結果。

7．2 測試信號的傳輸

每個監測斷面在邊坡墻體中布置一趟集中測試電纜并打入墻體予以保護，每類傳感器的測試電纜均連接到集中電纜;各監測斷面的集中電纜再在基坑外通過布設在電纜溝槽中的總電纜引導至專用測試室。

各子測試系統集成為總系統后，將形成遠程傳輸網絡，實現遠程、長期、實時、自動監測。

7．3 監測點的保護

1)各監測點儀器設備安裝埋設好后應立刻做好相應的標記，加強測點的保護工作，并提醒施工人員引起注意。

2)在基坑開挖階段，測點如有意外的損壞及時采取有效的補救措施。

3)特別加強對沉降點、位移點、土釘內力、樁基內力、土壓力等監測點的保護工作。確保監測點成活率在90%以上，力爭達到100%。

7．4 精度估算

1)水準高程測量誤差不大于0．5 mm。

2)土釘墻水平位移誤差不大于0．5 mm。

3)加筋土墻水平位移測量誤差不大于1 mm。

4)土釘內力、加筋帶內力、樁身應力的測量誤差均不應大于1%F ×S。

5)土壓力測量誤差不大于1%F×S。

8 結語

對于本基坑工程，在施工過程中，通過動態監測分析，了解產品倉基坑的穩定狀況，定量評價其在施工過程中的時空效應及安全狀況，是檢驗理論預測的正確性、設計的可靠性和發展新的設計理論的重要手段，又是及時指導施工、避免工程事故發生的必要措施，同時還可以作為構筑物長期安全運營的重要保障。

為保證基坑邊坡支護工程的質量能滿足國家有關技術規范和設計部門所提出的技術要求，使施工過程的每一工序均能在受控狀態下按進度和質量目標完成，對基坑工程進行動態監測分析是十分必要的。