郑州某深基坑工程的水平位移监测技术

2011-07-09许红升任胜伟

山西建筑 2011年22期

许红升王刚任胜伟

深基坑工程变形监测工作是实现工程信息化施工的手段，可以利用监测到的信息指导基坑支护施工，及时对支护设计方案进行合理化调整。基坑边坡土体水平位移监测是变形监测工作中的一项主要内容，也是判断基坑边坡所处状态的重要依据。郑州市某深基坑工程，东西长88 m，南北宽85 m，设计开挖深度11.4 m。场地工程地质条件较差，地下水埋深浅，周边环境条件复杂，基坑施工过程中按规范和设计要求对基坑水平位移进行监测。

1 水平位移监测点布置与监测设备选型

本工程根据基坑特征和场地周边环境情况，沿基坑四周设置8 个水平位移监测点，分别是:CX-1，CX-2，CX-3，CX-4，CX-5，CX-6，CX-7，CX-8。坑壁土体水平位移监测采用高精度测斜仪测定，测斜仪是一种可以精确测量不同深度处土层水平位移的工程测量仪器，测斜系统由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部分组成。测斜管在基坑支护水泥土桩施工过程中安放到预定深度(25 m)。测斜管内有四条十字形对称分布的凹型导槽，作为测斜探头滑轮上下滑行轨道。测量时，使测斜探头的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将测斜探头放入测斜管，并由引出的导线将测斜管的倾斜角或其水平投影值显示在测读仪上。不同时刻测得的某一深度处测斜管水平投影值的变化即为该点位置处土体的水平位移值。水平位移监测点布置图见图1。

水平位移监测采用加拿大Rocrest公司生产的RT-20MU型测斜仪，其仪器标称精度为±6 mm/25 m，探头工作幅度为20°，探头测量精度为 ±0.1 mm/0.5 m，测读器显示读数至 ±0.01 mm。

2 测斜仪监测工作原理

测斜仪的工作原理是通过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线与铅垂线之间倾角φ，进而计算出不同深度位置各点的水平位移。从图2测斜仪工作原理图中可以看出，每测一段的水平投影可按下式计算:δi=L·sinθi。其中，δi为第 i测段的水平投影;L为每测段长度，实测中取定值1 000 mm;θi为第i测段的倾角。当测斜管埋设足够深时，管底处位移很小，可以认为是不动点，从管底向上n个测段测出的水平投影总量为:

同一位置处不同时刻测得的水平投影量之差，即为该深度处土体的水平位移值。

图1 水平位移监测点布置图

图二测斜仪工作原理图

3 测斜管安装

测斜管由塑料(PVC)制成，每段长度4 m，管段之间由外包头管连接，管内对称分布有四条十字形凹槽，管径90 mm，是测斜过程中探头的上下通道。

1)按照工程设计的测斜位置点见图1，共8组，根据工程条件，确定测斜管深度23 m，即假定自然地坪以下23 m处土体侧向位移为零。

2)将测斜管底部装上底盖，逐节组装，灌满清水，以减小孔中水的浮力，并放入钻孔内。安装测斜管时，随时检查其内部的一对导槽，使其始终与坑壁垂直或平行，避免测斜管的纵向旋转。在管节连接时必须将上下管节的滑槽严格对准，避免导槽不通畅，损伤探头。

3)测斜管安装完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净，将测头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否通畅无阻(尤其是测斜管接头位置)，滚轮是否有滑出导槽的现象。由于测斜仪的探头十分昂贵，在为确认测斜管导槽通畅时，不允许放入探头。

4)在测斜管管口处做好醒目标志，严格保护管口，并在测量之前按照孔位布置图将孔位列表编号，以保证测量结果准确无误。

4 土体水平位移监测

1)联结探头和测读仪。用专用扳手将测读仪的电缆和探头连接好，检查密封装置、电池充电情况、仪器读数是否正常。2)将探头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓慢下沉至孔底以上0.5 m处，测量自孔底开始，由下而上进行，每隔1.0 m测读一次。为提高测量结果的可靠性，在每一测量步骤中均需要持续稳定一段时间，以确保读数准确。3)测量一回次完成后，将探头旋转180°，插入同一对导槽进行重复测量(两次读数在相同点位)。两次测量的读数绝对值(仪器显示的offset项数值)差值应小于10%，且符号相反，测量结果方符合要求，否则要重新测量。4)侧向位移的初始值应取连续三次测量且无明显差异之读数平均值。5)每天测量两次，当侧向位移的绝对值或水平位移速率明显加大时，加密监测频率。6)日常监测结果于次日向监理单位提供书面成果，当基坑边坡水平位移出现异常时，立即口头通知业主和监理单位，并于12 h内提供书面监测结果。

图3 基坑不同开挖深度状态下水平位移情况

5 水平位移监测结果分析

本基坑工程总开挖深度11.4 m，自然地面至－2.8 m深度范围，采用1∶0.3放坡，土钉墙支护，下部垂直开挖，采用加筋水泥土复合桩墙+预应力锚杆联合支护。在－2.8 m位置有一宽2.0 m、厚0.25 m的钢筋混凝土压顶梁，进行水平位移监测的测斜管孔口设置在压顶梁上。根据基坑水平位移观测结果显示(见图3)，在开挖深度小于6.5 m以前，基坑边坡水平位移值是很小的。随着基坑开挖深度增加，边坡土体水平位移逐渐加大，从自然地面以下至－20.0 m的土体均有位移。受基坑支护结构制约作用，边坡土体水平位移和基坑支护锚杆布置直接有关，有锚杆的部位水平位移较小，位移值最大处位于－8.5 m位置。随着基坑开挖深度增加，垂直方向上不同深度的水平位移值均在加大，但处于安全状态的基坑边坡，加大趋势基本一致。基坑边坡环境情况不同，水平位移变化也不相同，同一侧基坑边坡由于中间部位应力分布比两端较集中，水平位移值相应也大于两端部位。

6 基坑出现异常后的水平位移监测及应急处理

基坑边坡出现险情时，边坡土体应力和水平位移变化均会出现异常。本基坑工程东侧边坡距离开挖线1.5 m平行分布一条雨水管道，由于管道施工年代较久，管道基础管道底至－3.0 m均是回填的杂填土，没有按要求夯实，而且全段管道渗漏严重。一场暴雨后，路面积水雨水沿管道基础下渗，造成基坑边坡环境恶化，边坡一度失稳。根据位移监测结果(见图4)，水平位移最大值在24 h内超过50 mm，而且基坑边坡上部位移变化最大，说明基坑已经向倾覆状态发展，必须采取紧急处理方案。针对东侧基坑边坡出现的危险情况，立即采取应急措施:用挖掘机堆土回填坡脚，排除路面积水，修补管道渗漏部位，对边坡浅部杂填土注浆加固，并在坑壁水平位移较大处增加了一排支护锚管。在基坑处于报警状态时，增加水平位移监测频率，由原来的每24小时一次调整为每8小时一次，以及时准确了解边坡所处状态。经过处理后，虽然基坑边坡水平位移没有大幅度减小，累计位移绝对值依然较大，但连续的24 h水平位移监测结果变化都很小(见图4)，说明基坑边坡变形趋于稳定，已经处于安全状态。水平位移监测能够及时、准确地反应边坡水平位移变化情况，根据水平位移变化情况结合锚杆应力监测结果，可以分析出基坑边坡所处状态，预测其发展趋势。并能够及时找出边坡出现问题的原因，研究相应对策，及时解决问题。本基坑工程中水平位移监测效果良好，为基坑支护提供信息指导，也为岩土工程治理信息化管理提供了思路。