深基坑開挖施工中的動態監測方法【摘 要】 通過廣州市軌道交通三號線大石站土建工程所采用的基坑動態監測手段,介紹了測斜儀、鋼筋計、土壓力計等儀器在深基坑開挖監測中的安裝使用方法。【關鍵詞】 動態監測; 深基坑; 圍護結構; 測斜管; 鋼筋計; 土壓力計 鑒于深基坑的復雜性和不確定性,理論計算還難以全面準確地反映工程進行中的各種變化,故在理論分析指導下有目的地進行工程監測十分必要。利用其反饋的信息和數據,一方面可及時采取技術措施防止發生重大工程事故,另一方面亦可為完善計算理論提供依據。1工程概況 大石站位于廣州市番禺區北組團中心區規劃的新光大道下。車站呈一字型南北走向。車站總長279.444m,基坑標準段寬19.7m,北端屏蔽線換乘區寬度為38.64m,開挖深度平均為13.8m。北端布置屏蔽線,車站呈丁字形換乘,總體為明挖地下兩層車站。標準段結構形式為鋼筋混凝土雙層雙跨結構。 車站主體圍護結構采用鉆孔灌注樁,直徑為1200mm,間距1350mm,樁長18m～25m。樁間止水采用Φ600mm單管旋噴樁,深入不透水層1.0m。內支撐采用三道Φ600鋼管支撐,第一支撐間距5.6～6.5m,施加200kN預應力,第二、三道支撐間距2.8～3.5m,分別施加600kN及350kN預應力。2監測項目 基坑開挖過程中,圍護結構位移、內力、支撐軸力等都有變化,采用多項監測手段,其結果可以互相驗證。監測項目及方法見表1。監測頻率為:基坑開挖過程中每天一次,主體結構施工時3天一次。3 監測方式與方法3.1地面沉降、樁頂水平位移 沉降觀測使用儀器是精密水準儀和銦合金水準尺。樁頂水平位移使用全站儀。這些都是常用的測量儀器。在這里要注意的是,要使用相同的儀器,在相同的位置上,由同一觀測者按同一方案施測。而且測量控制點要安全,其位置不要設在變形、位移區內。3.2圍護結構、被圍護土體的側向位移 圍護結構和被圍護土體的側向位移監測使用的儀器是測斜儀。測斜儀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。本工程采用加拿大RockTest公司制造的測斜儀,精度0.5mm;測斜管采用Φ70高精度PVC專用測斜管,單位測量深度為0.5m。3.2.1 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。3.2.2 操作要點 (1)連接探頭和測讀儀。當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0.5m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0.5m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(穩定的特征是讀數不再變化)。若對測量結果有懷疑可重測,重測的結果將覆蓋相應的數據。 (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。3.3 圍護結構的內力、支撐軸力測量 此兩項的監測選用國產GJJ型振弦式鋼筋計和DKY—51—2型振弦讀數儀。3.3.1鋼筋計的安裝 圍護樁內的鋼筋計焊接在鋼筋籠主筋上(見圖1),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。 
3.3.2鋼筋計的原理 振弦式鋼筋計的工作原理是: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。3.3.3 鋼筋計操作要點 (1)做好鋼筋計傳感部分和信號線的防水處理; (2)儀器安裝前必須做好信號線與鋼筋計的編號,做到一一對應; (3)鋼筋計焊接必須保證質量; (4)鋼筋計安裝好后,澆混凝土前測一次初值,基坑開挖前測一次初值; (5)測數時,同時用溫度計測量氣溫,考慮溫度補償。3.4 圍護結構側土壓力3.4.1 土壓力計的安裝 測量側壓力時,土壓力計如圖1所示,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。3.4.2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。4信息化管理 針對本工程監測的特點,成立了由4人組成的專業監測小組,其中2人具備測量、土力學、結構力學、鋼筋混凝土結構、計算機等方面的知識。組長負責工程監測計劃、組織及監測的質量審核。 施工監測過程中,在可行、可靠的原則下收集、整理各種資料,各監測項目的監測值不能超過根據設計要求和經驗確定的管理基準值,除此之外,還會同有關結構工程人員按照信息化施工程序(如圖2所示),對各項監測資料進行科學計算、分析和對比。從而做到: (1)減少施工的盲目性,及時發現施工過程中的異常并預警,預測基坑及結構的穩定性和安全性,提出工序施工的調整意見及應采取的安全措施,保證整個工程安全、可靠推進。 (2)通過監測數據的搜集為基坑支護的動態設計提供了充分的依據,從而優化設計,使主體結構設計達到優質、安全、經濟合理、施工快捷的目的。 本基坑從2003年7月1日開始土方開挖到2004年8月16日主體結構封頂,整個施工過程中各項的監測數據表明,基坑未出現異常情況,測值均在正常范圍內。
3.3.2鋼筋計的原理 振弦式鋼筋計的工作原理是: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。3.3.3 鋼筋計操作要點 (1)做好鋼筋計傳感部分和信號線的防水處理; (2)儀器安裝前必須做好信號線與鋼筋計的編號,做到一一對應; (3)鋼筋計焊接必須保證質量; (4)鋼筋計安裝好后,澆混凝土前測一次初值,基坑開挖前測一次初值; (5)測數時,同時用溫度計測量氣溫,考慮溫度補償。3.4 圍護結構側土壓力3.4.1 土壓力計的安裝 測量側壓力時,土壓力計如圖1所示,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。3.4.2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。4信息化管理 針對本工程監測的特點,成立了由4人組成的專業監測小組,其中2人具備測量、土力學、結構力學、鋼筋混凝土結構、計算機等方面的知識。組長負責工程監測計劃、組織及監測的質量審核。 施工監測過程中,在可行、可靠的原則下收集、整理各種資料,各監測項目的監測值不能超過根據設計要求和經驗確定的管理基準值,除此之外,還會同有關結構工程人員按照信息化施工程序(如圖2所示),對各項監測資料進行科學計算、分析和對比。從而做到: (1)減少施工的盲目性,及時發現施工過程中的異常并預警,預測基坑及結構的穩定性和安全性,提出工序施工的調整意見及應采取的安全措施,保證整個工程安全、可靠推進。 (2)通過監測數據的搜集為基坑支護的動態設計提供了充分的依據,從而優化設計,使主體結構設計達到優質、安全、經濟合理、施工快捷的目的。 本基坑從2003年7月1日開始土方開挖到2004年8月16日主體結構封頂,整個施工過程中各項的監測數據表明,基坑未出現異常情況,測值均在正常范圍內。
