監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利工程基坑施工中的應(yīng)用

李曉宏

（沈陽(yáng)市政集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

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監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利工程基坑施工中的應(yīng)用

李曉宏

（沈陽(yáng)市政集團(tuán)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110000）

摘要：在水利工程施工中應(yīng)用基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠極大的提高基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，保證基坑施工安全。本文分析了基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)及其作用，以某水利基坑工程為例，從實(shí)際監(jiān)測(cè)工作入手，探討了基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利基坑監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，分析了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)工作，使基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)更好的應(yīng)用于水利基坑施工管理，為水利工程質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：基坑；施工；監(jiān)測(cè)

在水利工程項(xiàng)目實(shí)施中，基坑工程是一項(xiàng)十分重要的分項(xiàng)分部工程。作為基礎(chǔ)部分，基坑工程的施工質(zhì)量直接決定著水利工程的整體質(zhì)量水平。基坑施工中必須采用基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過綜合、系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，全面了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍土體的力學(xué)性質(zhì)，以及地下水位等情況，這樣才能防止發(fā)生基坑事故，使工程施工順利進(jìn)行。鑒于基坑監(jiān)測(cè)的重要性和必要性，認(rèn)識(shí)基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)手段及其在水利工程基坑施工中的應(yīng)用以及注意事項(xiàng)，更好的控制基坑施工質(zhì)量，做好施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全管理工作。

1　基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)

所謂基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，即通過專業(yè)的基坑監(jiān)測(cè)設(shè)備，由專業(yè)監(jiān)測(cè)人員運(yùn)用監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境變化、應(yīng)力及地下水位的動(dòng)態(tài)變化等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，以便實(shí)施信息化施工與管理。監(jiān)測(cè)設(shè)備是基坑監(jiān)測(cè)的重要工具，其量程、精確度及穩(wěn)定性一定要滿足基坑施工要求。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)正從傳統(tǒng)的點(diǎn)式儀器檢測(cè)向分布式、自動(dòng)化、高精度、遠(yuǎn)程儀器監(jiān)測(cè)的方向發(fā)展。在這一趨勢(shì)下，分布式光纖傳感技術(shù)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等新技術(shù)開始應(yīng)用于基坑施工監(jiān)測(cè)之中，在保證基坑施工安全上發(fā)揮了巨大作用。

通過基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以全面、及時(shí)的了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍土體的位移及地下水位變化等情況，為技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行基坑工程安全判別提供決策依據(jù)。同時(shí)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，施工人員可以了解當(dāng)前基坑當(dāng)前的施工情況，完善下一步的施工，是施工過程中必不可少的管理工具，能夠顯著提高工程施工水平及管理質(zhì)量。

2　監(jiān)測(cè)技術(shù)在基坑施工中的應(yīng)用

2.1 基坑工程概況

某水利工程位于河南北部，基坑深度在18～29m范圍內(nèi)，面積約1200m2。基坑工程地下水類型屬于孔隙潛水，賦存在第四系黏性土、粉土、砂土之中。

2.2 監(jiān)測(cè)方案編制

在基坑施工前，根據(jù)基坑設(shè)計(jì)強(qiáng)度、精度要求、地質(zhì)工程條件、環(huán)境條件，以及相關(guān)的規(guī)范等編制基坑施工監(jiān)測(cè)方案，科學(xué)確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，選用監(jiān)測(cè)儀器。

監(jiān)測(cè)目的。了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移和豎向下沉、周圍土體及地下水等情況，保證基坑施工安全，為完善下一步基坑施工提供決策依據(jù)。維護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為I級(jí)，要求控制周邊地表沉降小于基坑深度的0.1%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移小于基坑深度的0.14%。

2.3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)監(jiān)測(cè)方案和目的，結(jié)合本工程特點(diǎn)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置和密度，以及本基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。基坑開挖2倍范圍內(nèi)的地表沉降、圍護(hù)樁體、地下水位等都是監(jiān)測(cè)的主要對(duì)象，具體的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離要滿足設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)程規(guī)定。為了準(zhǔn)確把握基坑變形情況，在每一開挖段內(nèi)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)，在斷面布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以了解基坑變形的范圍、幅度、方向等，對(duì)基坑形成全面而客觀的認(rèn)識(shí)，為監(jiān)測(cè)工作提供安全可靠的信息。

監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)主要分為兩部分，即基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。在沉降監(jiān)測(cè)上，基準(zhǔn)點(diǎn)采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的測(cè)量控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)，數(shù)量高于3個(gè)，使用時(shí)要進(jìn)行必要的穩(wěn)定性檢查，以確保控制網(wǎng)布設(shè)效果。工作基點(diǎn)是沉降控制網(wǎng)基礎(chǔ)上的加密水準(zhǔn)基點(diǎn)，應(yīng)布設(shè)在基坑開挖三倍范圍以外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，并與觀測(cè)點(diǎn)接近，確保監(jiān)測(cè)精度，要每間隔1月進(jìn)行一次聯(lián)測(cè)。

水平位移監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)，同樣是在基坑開挖三倍范圍以外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域上，也要每間隔1月進(jìn)行一次聯(lián)測(cè)。

2.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

2.4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平位移和沉降監(jiān)測(cè)

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂?shù)乃椒较蚝拓Q向方向共預(yù)埋測(cè)斜孔36孔。施工方法如下。

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)上，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊中部、陽(yáng)角共布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為14.5～24m。一般水平位移監(jiān)測(cè)方向不同，監(jiān)測(cè)方法也不同。本項(xiàng)目采用投點(diǎn)法或小角度法進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，監(jiān)測(cè)示意圖如圖1。其監(jiān)測(cè)原理為將全站儀設(shè)在測(cè)站點(diǎn)1上，后視基準(zhǔn)點(diǎn)1和基準(zhǔn)點(diǎn)2，利用后方交會(huì)解算測(cè)站點(diǎn)1的坐標(biāo)，并觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1；同理，全站儀設(shè)在測(cè)站點(diǎn)2觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2和監(jiān)測(cè)點(diǎn)3。布置后監(jiān)測(cè)網(wǎng)后，通過實(shí)測(cè)建立坐標(biāo)系，實(shí)時(shí)記錄坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并與初始坐標(biāo)值進(jìn)行比較分析，得到圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水平方向的位規(guī)律。

圖1　水平位移量測(cè)原理

在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂沉降監(jiān)測(cè)上，采用幾何水準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)方法。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊中部、陽(yáng)角共布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為14.5～24m。此外，基坑回彈區(qū)域要設(shè)立回彈監(jiān)測(cè)指標(biāo)，利用幾何水準(zhǔn)并配合傳遞高程的輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其監(jiān)測(cè)原理為采用水準(zhǔn)儀，以符合或閉合線路在水準(zhǔn)線路上聯(lián)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后以水準(zhǔn)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)，分別測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。通過對(duì)比同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰兩次的標(biāo)高，從而得到該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量，用以分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂豎向沉降變化規(guī)律。計(jì)算公式如式1所示。

式（1）中dhi表示沉降量；Hi表示本次標(biāo)高；Hi-1表示上次標(biāo)高。

2.4.2 圍護(hù)樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)

在圍護(hù)樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)上，通常采用在墻體和土體中埋設(shè)測(cè)斜管的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊中心處和代表性的部位（包括易坍塌位置）上布置18個(gè)監(jiān)測(cè)孔，監(jiān)測(cè)孔間距為14.5～24m。測(cè)斜管直徑為70mm，預(yù)埋時(shí)，測(cè)斜管底部應(yīng)短于鋼筋籠底18cm，頂部高于冠梁6cm。通過測(cè)斜儀測(cè)得數(shù)據(jù)，其工作原理如圖2所示。根據(jù)圖中所示，可以通過儀器測(cè)得的傾角φ計(jì)算得到下滑動(dòng)輪作用點(diǎn)相對(duì)于上滑動(dòng)輪作用點(diǎn)的水平偏差，具體計(jì)算公式如式（2）所示。

公式（2）中：Δδi表示第i量測(cè)段的相對(duì)傾角增量值；Li表示第i量測(cè)段的垂直長(zhǎng)度，取值0.5m；sinΔφi表示第i量測(cè)段的相對(duì)水平偏差增量值。

測(cè)斜管埋設(shè)時(shí)，先用鉆機(jī)鉆出需要大小的孔，然后進(jìn)行圍護(hù)樁混凝土灌注，隨同放入測(cè)斜管，并在管子中灌滿清水，管頂設(shè)置保護(hù)蓋裝置。埋設(shè)測(cè)斜管時(shí)的十字槽應(yīng)與基坑邊保持垂直。

2.4.3 地下水位監(jiān)測(cè)

基坑施工過程中，地下水滲入基坑，很容易造成基坑坍塌，所以需要對(duì)地下水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方法：使用鉆機(jī)鉆出直徑約100mm孔，在孔內(nèi)放入PVC管，并包裹上尼龍網(wǎng)，起到保護(hù)作用。PVC管應(yīng)露出地面200mm，孔壁和PVC管之間要用黃砂填實(shí)。在基坑外設(shè)置26口觀測(cè)井，在基坑內(nèi)設(shè)置5口觀測(cè)井。地下水位觀測(cè)孔結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

圖2　測(cè)斜儀工作原理

圖3　地下水位觀測(cè)孔結(jié)構(gòu)示意圖

2.4.4 周圍地表沉降監(jiān)測(cè)

在周圍地表沉降監(jiān)測(cè)上，供設(shè)置12組監(jiān)測(cè)面，每組采用不等間距方式布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即按照2～6～6～8～8m分布布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，供布設(shè)了60個(gè)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.4.5 土壓力監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行水利基坑監(jiān)測(cè)時(shí)，不能忽略對(duì)土壓力的監(jiān)測(cè)，因?yàn)橥翂毫?duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性和地基穩(wěn)定性有著極大的影響，應(yīng)把土壓力作為重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。監(jiān)測(cè)方法主要有埋入式和接觸式兩種，常用的壓力傳感器有電感調(diào)頻式、電阻應(yīng)變片式等型式。水利基坑施工一般采用埋入式監(jiān)測(cè)方法，把壓力盒埋入預(yù)設(shè)的監(jiān)測(cè)位置上，一般為圍護(hù)樁的側(cè)向受力點(diǎn)，便于監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況。在距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)2m處埋設(shè)20組土壓力觀測(cè)點(diǎn)，用頻率儀測(cè)頻率值，可換算得到土壓力值。

圖4　地面沉降觀測(cè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

2.4.6 水孔隙壓力監(jiān)測(cè)

進(jìn)行水孔隙壓力監(jiān)測(cè)目的在于，保證基坑水壓承受能力和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的完整性。監(jiān)測(cè)方法與土壓力監(jiān)測(cè)方法相同，共預(yù)埋25組觀測(cè)點(diǎn)。在孔隙水壓力計(jì)安裝上，先用鉆機(jī)鉆孔，根據(jù)孔深度的不同放入不同數(shù)量的壓力計(jì)，再用干燥黏土球填實(shí)。待黏土球吸收足夠的水后，便可以封堵好鉆孔。

3　結(jié)語

總之，基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利工程施工中有著重要作用，應(yīng)切實(shí)做好監(jiān)測(cè)方案規(guī)劃與實(shí)施工作，認(rèn)真落實(shí)每一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)工作，以得到精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便施工人員準(zhǔn)確掌握基坑變形的真實(shí)情況，作出科學(xué)合理的施工管理決策。同時(shí)，應(yīng)在水利基坑監(jiān)測(cè)上不斷應(yīng)用新技術(shù)、新儀器，不斷提高基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)水平，使之更好的服務(wù)于水利工程施工。

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作者簡(jiǎn)介：李曉宏（1988年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-09-02

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.03.021

中圖分類號(hào)：TV51

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）03-0057-03