深基坑变形和受力监测技术的应用

张荣富 苗志同

(中煤建筑安装工程集团有限公司，河北邯郸 056002)

1 工程概况

产品仓是一个条形槽仓，由地下返煤暗道和四个落煤筒构成，其断面呈“V”字形。槽仓顶面设计标高为1 216．0 m，地道底面设计标高为1 190．5 m，总深度为25．5 m。从产品仓周围地形来看，其南侧地面标高介于1 211．0 m～1 217．0 m，北侧地面标高介于1 208．0 m～1 209．0 m。因此，相对自然地面，产品仓南侧填方高度为0 m～5 m，挖深为20．5 m～26．5 m;产品仓北侧填方高度为7 m ～8 m，挖深为 17．5 m ～18．5 m。

2 现场监测主要内容

2．1 地表及墙体变形监测

监测基坑开挖过程中基坑周边、垂直于轴线方向位置地表、基坑土钉墙和加筋土墙体的变形。

2．2 土钉及土钉墙体受力监测

包括土钉抗拔力，土钉内力、土钉总荷载，土钉墙面结构后土压力监测。

2．3 加筋及加筋土墙体受力监测

包括加筋材料受力监测，加筋土墙面结构后土压力监测。

3 技术要求

1)形成全过程监测系统。从施工起直到工程完成后运营1年内全过程的监测系统;

2)形成实时、自动监测系统。除变形量外所有待测量均集中由计算机系统实时采集与处理;

3)形成实时信息反馈系统。通过分析软件与实测值，及时提供工程的基本信息和安全度。

通过现场实时监测，切实掌握能基本反映深基坑施工过程整体性状信息的实测值，了解深基坑在各施工阶段的力学状态和基坑开挖对周围环境的影响及基坑支护的效果，并利用这些实测值，对土性参数进行动态反映，判断现有设计、施工方案的合理性以及深基坑工程所处的状态和发展趋势，不断改进工程设计，修正施工工艺和技术参数。

4 基坑地表及墙体变形监测

4．1 地表沉降变形监测

1)基准点设置。

采用DS05精密水准仪，按三等变形测量等级要求的方法，在产品仓场地附近200m外设置4个基准点。测量基点埋设采用混凝土浇筑，其结构示意图见图1。

2)地表沉降观测点布置及观测要求测点断面及测点布置按施工图实施。观测点布置在基坑边外1 m，每测点间距为25 m。变形量测工作在基坑每层开挖完成后立即测量;停止开挖期间每天测量1次。

图1 基点埋设方法示意图（单位：cm）

3)观测持续时间。

至加筋土开始施工时停止观测。

4．2 土钉(锚杆)位移监测

1)土钉水平位移基准点设置。

水平位移的监测网采用独立坐标系统，并进行一次布网，控制点采用有强制归心装置的观测墩，照准标志采用强制对中装置的标牌。可以与地表沉降基准点同点同号。主要技术要求按测量规范三等水平位移监测网的要求进行。

2)土钉位移监测仪器与设备。

采用2″以上级全站仪，采用极坐标法测定。

3)观测点布置。

观测点材料采用∮12圆钢，端部露出混凝土面层5 cm。测点断面布置按施工图设计实施。位移观测点设置于土钉头部位，每隔一层布置一个观测点。

4)观测要求。

每层开挖完成后立即测量;停止开挖期间每天测量1次。

5)观测持续时间。

至产品仓交工时停止观测。

4．3 加筋土位移监测

1)加筋土墙面位移监测观测点规格和土钉位移观测点相同。

2)加筋土墙面变形监测仪器与设备，采用2″以上级全站仪，采用极坐标法测定。

3)观测点布置。

测点断面布置按施工图设计实施。位移观测点竖向每隔2 m布置一个观测点。

4)观测要求。

加筋土施工期间每天测量1次，加筋土施工完成后每3 d测量1次。

5)观测持续时间。

至产品仓交工时停止观测。

5 土钉及土钉墙体受力监测

5．1 土钉抗拔力测试

土钉抗拔力测试实施细则:

测试位置:南侧边坡⑧—⑧测试断面;从第6层起布置5个抗拔试验土钉，分别为第6层土钉、第8层土钉、第11层土钉、第13层土钉、第15层土钉;长度分别为 15 m，15 m，20 m，20 m，20 m，共试验5根土钉。试验土钉要求在孔口附近有不小于1 m的非粘结段。

土钉承载力测试系统由液压源、专用测力计、反力装置和特制位移计等组成。

土钉施工完成后，砂浆达到设计强度的70%以上方可进行试验。土钉抗拔力试验按规程实施。

依据采集数据，获得不同深度的土钉的抗拔承载力，综合分析边坡的稳定和安全，提交书面报告。最后，应根据试验得出的极限荷载，可算出界面粘结强度的实测值。这一试验平均值应大于设计计算所用标准值的1．25倍，否则应进行反馈修改设计。

资料整理:及时对观测数据进行分析整理，提交抗拔试验曲线及抗拔极限承载力。

5．2 土钉内力及总荷载监测

设计采用自制土钉应力、应变和荷载监测系统实施土钉受力的监测监控。主要测试土钉全长应力、应变，以及土钉总荷载。

从土钉墙施工起，每天测量1次土钉的受力，待土方开挖全部完成后测量间隔时间应设置为3 d，直至产品仓投产后1年停止监测。

当监测数据达到报警范围，或遇到特殊情况，如暴雨等恶劣天气以及其他意外工程事件，适当加密观测，直至24 h不间断的跟踪监测。

5．3 土钉墙后土压力监测

采用高精度土压力传感器、自动监测单元等构成的监测系统监测土钉墙后土压力。

从土钉墙施工起，每天测量1次土钉墙后的土压力，土方开挖全部完成后测量间隔时间设置为3 d，直至产品仓投产后1年停止监测。

6 加筋及加筋土墙体受力监测

6．1 加筋材料受力监测

加筋材料受力监测测点断面布置位于基坑四个边的中间，和土钉内力测试断面位于同一断面，在土钉墙的上部。

加筋土施工期间每天测量1次，加筋土施工完成后每3 d测量1次，直至产品仓投产后1年停止监测。

6．2 加筋土墙墙后土压力监测

采用高精度土压力传感器、自动监测单元等构成的监测系统监测加筋土墙后土压力。

在加筋带内力测点附近的墙后埋设高精度土压力传感器;4个断面共布置33个土压力测点。

从加筋土墙施工起，每天测量1次墙后土压力，加筋土施工全部完成后测量间隔时间设置为3 d，直至产品仓投产后1年停止监测。

7 现场监测系统调试及建立

7．1 现场监测系统组成

现场监测系统主要包括各类应力、应变、位移等测试传感器、数据采集仪器、数据传输设备以及信号电缆、计算机、专用测试软件等等。

现场监测系统随工程施工进度分项实施、同步完成，系统调试运转正常后，及时反馈监测原始数据信息和分析、评价结果。

7．2 测试信号的传输

每个监测断面在边坡墙体中布置一趟集中测试电缆并打入墙体予以保护，每类传感器的测试电缆均连接到集中电缆;各监测断面的集中电缆再在基坑外通过布设在电缆沟槽中的总电缆引导至专用测试室。

各子测试系统集成为总系统后，将形成远程传输网络，实现远程、长期、实时、自动监测。

7．3 监测点的保护

1)各监测点仪器设备安装埋设好后应立刻做好相应的标记，加强测点的保护工作，并提醒施工人员引起注意。

2)在基坑开挖阶段，测点如有意外的损坏及时采取有效的补救措施。

3)特别加强对沉降点、位移点、土钉内力、桩基内力、土压力等监测点的保护工作。确保监测点成活率在90%以上，力争达到100%。

7．4 精度估算

1)水准高程测量误差不大于0．5 mm。

2)土钉墙水平位移误差不大于0．5 mm。

3)加筋土墙水平位移测量误差不大于1 mm。

4)土钉内力、加筋带内力、桩身应力的测量误差均不应大于1%F ×S。

5)土压力测量误差不大于1%F×S。

8 结语

对于本基坑工程，在施工过程中，通过动态监测分析，了解产品仓基坑的稳定状况，定量评价其在施工过程中的时空效应及安全状况，是检验理论预测的正确性、设计的可靠性和发展新的设计理论的重要手段，又是及时指导施工、避免工程事故发生的必要措施，同时还可以作为构筑物长期安全运营的重要保障。

为保证基坑边坡支护工程的质量能满足国家有关技术规范和设计部门所提出的技术要求，使施工过程的每一工序均能在受控状态下按进度和质量目标完成，对基坑工程进行动态监测分析是十分必要的。