亭子口水利樞紐建筑基坑變形監(jiān)測與分析研究

王志勇

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 基坑監(jiān)測意義與目的

基坑的穩(wěn)定性直接影響著上層建筑的穩(wěn)定性。在基坑開挖過程中，基坑內(nèi)外土體應力狀態(tài)的改變可引起支護結(jié)構承受的荷載發(fā)生變化，從而導致支護結(jié)構和土體變形，一旦變形超過允許范圍會造成基坑的失穩(wěn)破壞或給周圍環(huán)境造成不利影響。所以對基坑開挖進行全面、系統(tǒng)地監(jiān)測十分必要。此外，在基坑工程開挖施工過程中會受到施工條件、環(huán)境條件、地質(zhì)條件、荷載條件以及其他外界復雜因素的影響，而基于理論計算的基坑工程設計還不夠完善，不能完全考慮各項因素，故單純的理論計算不能滿足生產(chǎn)施工的要求，通過布設基坑監(jiān)測系統(tǒng)，可實時獲取基坑及其周邊環(huán)境的變形信息，及時掌握基坑圍護結(jié)構、基坑周邊建 （構）筑物的變化程度和發(fā)展趨勢，有助于相關單位及時采取有效措施，防止工程事故的發(fā)生。

基坑監(jiān)測的主要目的有以下幾個方面:

（1）實時了解圍護結(jié)構的受力情況。

（2）利用變形監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)，科學地確定施工進度。當出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)大于預警值時，應及時采取相應加固措施，確保工程施工的進度。

（3）實時了解圍護結(jié)構的變形情況及其發(fā)展趨勢，基坑周圍土體的沉降情況及其變化趨勢，進而對圍護結(jié)構體系的穩(wěn)定性和安全性進行科學合理的評價。

（4）監(jiān)控施工基坑周邊的地下管線和建 （構）筑物的沉降位移情況和變化趨勢，實時掌握基坑施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響情況。

（5）匯總各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析變形情況及變形性質(zhì)，通過繪制的各種沉降、位移、受力變化曲線，直觀了解基坑施工過程中的變形情況，科學合理地制定施工方案和進度安排。

2 亭子口水利樞紐基坑監(jiān)測原則

建筑基坑工程變形監(jiān)測需及時測報初始觀測值，并在監(jiān)測系統(tǒng)實施前根據(jù)基坑工程的變形特點結(jié)合以往變形監(jiān)測經(jīng)驗，計算確定變形預警值，以起到指導相關工作人員在基坑工程實施期間實時了解基坑及其周圍環(huán)境的安全情況，及時發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患的作用，亭子口工程制定了以下監(jiān)測原則:

（1）變形監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是真實可靠的。

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是及時的，加測數(shù)據(jù)需在現(xiàn)場及時計算處理，以便發(fā)現(xiàn)有問題及時復測，做到當天測、當天反饋。

（3）盡管變形監(jiān)測是必不可少的工作，但在埋設檢測元件時應盡可能減少監(jiān)測元件對受力結(jié)構的影響，同時，埋設監(jiān)測元件時應注意與巖土介質(zhì)相匹配。

3 亭子口水利樞紐基坑監(jiān)測項目及方法

（1）（坡）墻頂水平位移。 （坡）墻頂水平位移測量采用全站儀測量，通過測角和測距來計算測點坐標。

（2）（坡）墻頂豎向位移。豎向位移監(jiān)測采用精密水準儀，按國家二等水準要求觀測。以附合或閉合路線在水準路線上聯(lián)測各監(jiān)測點，以水準控制點為基點，測算出各監(jiān)測點標高。同一測點相鄰兩次標高差即為本次該測點沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測點累計沉降量。計算公式如下

式中，Δhi為本次沉降量；hi為本次標高；hi-1為上次標高；Δh為累計沉降量。

（3）圍護墻深層水平位移。整個測量過程大體上可以分為以下4步:①基準點設定。基準點可設在測斜管的管頂或管底，若測斜管管底進入基巖或較深的穩(wěn)定土層時，則以管底作為基準點；對于測斜管底部未進入基巖或埋置較淺時，可以管頂作為基準點，每次測量前須用經(jīng)緯儀或其他手段確定基準點的坐標。②將電纜線與測讀儀連接，測頭的感應方向?qū)仕轿灰品较虻膶Р郏曰鶞庶c管頂或管底逐段向下或向上，每50 cm或100 cm測出測斜管的傾角。③測讀儀讀數(shù)穩(wěn)定后，提升電纜線至欲測位置。每次應保證在同一位置上進行測讀。④將測頭提升至管口處，旋轉(zhuǎn)180°，再按上述步驟進行測量，以消除測斜儀本身的固有誤差。

（4）土體深層水平位移。通過鉆孔埋設測斜管對土體側(cè)向變形進行監(jiān)測，了解隨著基坑開挖深度的增加，基坑周圍土體不同深度水平位移的變化情況。其監(jiān)測儀器與監(jiān)測方法基本與圍護墻深層水平位移一致。圍護墻體或坑周土體的深層水平位移的監(jiān)測宜采用在墻體或土體中預埋測斜管、通過測斜儀觀測各深度處水平位移。土體深沉水平位移與圍護墻深沉水平位移所用儀器都是測斜儀，監(jiān)測方法一致。

（5）墻后地表豎向位移。地表豎向位移監(jiān)測采用精密水準儀，按國家二等水準要求觀測。以附合或閉合路線在水準路線上聯(lián)測各監(jiān)測點，以水準控制點為基準，測算出各監(jiān)測點標高，同一測點相鄰兩次標高差即為本次該測點沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測點累計沉降量。

（6）地下水位監(jiān)測。通過測量基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護結(jié)構止水效果，以及時發(fā)現(xiàn)和防止圍護結(jié)構滲漏、基坑外水土向坑內(nèi)流失。水準聯(lián)測各管口高程后，可直接用鋼尺水位儀測試水位管內(nèi)水位深度，慢慢將探頭放入水面，剛接觸水面時在鋼尺上讀數(shù)一次，然后慢慢將探頭拉出水面，當探頭剛離開水面時在鋼尺上再讀數(shù)一次，取兩次平均值即為水面深度。基坑內(nèi)地下水位監(jiān)測點的布設應符合下列要求:①水位監(jiān)測點應沿基坑周邊、被保護對象周邊或者兩者之間布設，監(jiān)測點間距20～50 m，相鄰建筑物、重要的地下管線或者管線密集處應布置水位監(jiān)測點。②水位監(jiān)測管的埋設深度應控制在地下水位之下3～5 m，對于需要降低承壓水水位的基坑工程，水位監(jiān)測管埋設深度應滿足設計要求。③回灌井點觀測應設置在回灌井點與被保護對象之間。

（7）周圍建 （構）筑物變形監(jiān)測。①建 （構）筑物沉降監(jiān)測主要還是采用精密水準儀實現(xiàn)。通過觀測變形監(jiān)測點的高程，進而間接計算建 （構）筑物的沉降量。②建 （構）筑物的傾斜監(jiān)測則一般采用高精度經(jīng)緯儀測定監(jiān)測對象頂部相對于底部的水平位移量，結(jié)合建 （構）筑物沉降的相對高差，來計算監(jiān)測對象的傾斜方向、傾斜度以及傾斜速率。③建 （構）筑物的裂縫監(jiān)測采用直接量測方法。將裂縫進行編號并標記觀測位置，通過游標卡尺進行裂縫寬度的監(jiān)測；對裂縫深度量測，當裂縫深度較小時采用鑿出法和單面接觸超聲波法監(jiān)測，深度較大時采用超聲波法監(jiān)測。④建 （構）筑物的沉降監(jiān)測采用精密水準重復測量的方法，在監(jiān)測實施前需建立高精度的建 （構）筑物高程變形監(jiān)測控制網(wǎng)，其方法為:在建 （構）筑物的外圍布設一條閉合水準路線，通過水準路線中的固定點測定建 （構）筑物上各監(jiān)測點的高程，并嚴格按照相關測量規(guī)范每隔一定周期進行一次精密水準測量，最后對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行嚴密平差，求出各水準點和變形觀測點的高程平差值。某一沉降監(jiān)測點的沉降量即為首次觀測求得的高程與本次復測求得的高程之差。

（8）圍護樁內(nèi)應力。現(xiàn)場測試元件的觀測:根據(jù)設計每個斷面的元器件位置和數(shù)量進行埋設，并將元器件的傳輸纜線綁扎在鋼筋上，集中在每個斷面的集線箱處，每個斷面設兩個集線箱，以便于數(shù)據(jù)的采集，集線箱位于墻腳線上1～2 m處，便于保護集線箱和數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采用振弦式頻率儀進行采集。測試數(shù)據(jù)處理:現(xiàn)場所測得的是傳感器的應變或荷載頻率值，與初始頻率相對應，根據(jù)廠家提供的標定公式和曲線可計算出相應的應變和鋼筋軸力荷載值。

4 結(jié) 論

亭子口水利樞紐在基坑開挖期間，圍護樁很不穩(wěn)定，這與基坑開挖深度有著直接的關系，因此，在這段時期應該認真監(jiān)測各項數(shù)據(jù)并加以分析，做出預見性的判斷，避免安全事故的發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)變形值超過了相關規(guī)定的警戒值，須馬上報告給施工方，商量解決方案，防患于未然。

關于土壓力的監(jiān)測，土壓力式基坑支護結(jié)構周圍的土體傳遞擋土構筑物的壓力。在基坑開挖之前，擋土構筑物兩側(cè)土體處于靜止平衡狀態(tài)。在基坑開挖過程中，由于基坑內(nèi)一側(cè)的土體被移除，擋土構筑物兩側(cè)土體原始的應力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生了變化，當變形或應力超過了一定數(shù)值時，土體就會發(fā)生破壞致使擋土結(jié)構坍塌。因此，在基坑開挖過程中，應重視對土體測斜等項目注重監(jiān)測，加大監(jiān)測頻率，一超過報警值就應停止開挖，做好加固工作。

對于周邊建筑物的沉降變形，是一個長期的監(jiān)測過程，監(jiān)測頻率可以根據(jù)項目實際情況安排，在基坑開挖這段時間應重點監(jiān)測。

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