深基坑變形和受力監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

張榮富 苗志同

(中煤建筑安裝工程集團(tuán)有限公司，河北邯鄲 056002)

1 工程概況

產(chǎn)品倉(cāng)是一個(gè)條形槽倉(cāng)，由地下返煤暗道和四個(gè)落煤筒構(gòu)成，其斷面呈“V”字形。槽倉(cāng)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高為1 216．0 m，地道底面設(shè)計(jì)標(biāo)高為1 190．5 m，總深度為25．5 m。從產(chǎn)品倉(cāng)周圍地形來(lái)看，其南側(cè)地面標(biāo)高介于1 211．0 m～1 217．0 m，北側(cè)地面標(biāo)高介于1 208．0 m～1 209．0 m。因此，相對(duì)自然地面，產(chǎn)品倉(cāng)南側(cè)填方高度為0 m～5 m，挖深為20．5 m～26．5 m;產(chǎn)品倉(cāng)北側(cè)填方高度為7 m ～8 m，挖深為 17．5 m ～18．5 m。

2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容

2．1 地表及墻體變形監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中基坑周邊、垂直于軸線方向位置地表、基坑土釘墻和加筋土墻體的變形。

2．2 土釘及土釘墻體受力監(jiān)測(cè)

包括土釘抗拔力，土釘內(nèi)力、土釘總荷載，土釘墻面結(jié)構(gòu)后土壓力監(jiān)測(cè)。

2．3 加筋及加筋土墻體受力監(jiān)測(cè)

包括加筋材料受力監(jiān)測(cè)，加筋土墻面結(jié)構(gòu)后土壓力監(jiān)測(cè)。

3 技術(shù)要求

1)形成全過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。從施工起直到工程完成后運(yùn)營(yíng)1年內(nèi)全過(guò)程的監(jiān)測(cè)系統(tǒng);

2)形成實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。除變形量外所有待測(cè)量均集中由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集與處理;

3)形成實(shí)時(shí)信息反饋系統(tǒng)。通過(guò)分析軟件與實(shí)測(cè)值，及時(shí)提供工程的基本信息和安全度。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，切實(shí)掌握能基本反映深基坑施工過(guò)程整體性狀信息的實(shí)測(cè)值，了解深基坑在各施工階段的力學(xué)狀態(tài)和基坑開(kāi)挖對(duì)周圍環(huán)境的影響及基坑支護(hù)的效果，并利用這些實(shí)測(cè)值，對(duì)土性參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反映，判斷現(xiàn)有設(shè)計(jì)、施工方案的合理性以及深基坑工程所處的狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，不斷改進(jìn)工程設(shè)計(jì)，修正施工工藝和技術(shù)參數(shù)。

4 基坑地表及墻體變形監(jiān)測(cè)

4．1 地表沉降變形監(jiān)測(cè)

1)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置。

采用DS05精密水準(zhǔn)儀，按三等變形測(cè)量等級(jí)要求的方法，在產(chǎn)品倉(cāng)場(chǎng)地附近200m外設(shè)置4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。測(cè)量基點(diǎn)埋設(shè)采用混凝土澆筑，其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

2)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布置及觀測(cè)要求測(cè)點(diǎn)斷面及測(cè)點(diǎn)布置按施工圖實(shí)施。觀測(cè)點(diǎn)布置在基坑邊外1 m，每測(cè)點(diǎn)間距為25 m。變形量測(cè)工作在基坑每層開(kāi)挖完成后立即測(cè)量;停止開(kāi)挖期間每天測(cè)量1次。

圖1 基點(diǎn)埋設(shè)方法示意圖（單位：cm）

3)觀測(cè)持續(xù)時(shí)間。

至加筋土開(kāi)始施工時(shí)停止觀測(cè)。

4．2 土釘(錨桿)位移監(jiān)測(cè)

1)土釘水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置。

水平位移的監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)，控制點(diǎn)采用有強(qiáng)制歸心裝置的觀測(cè)墩，照準(zhǔn)標(biāo)志采用強(qiáng)制對(duì)中裝置的標(biāo)牌?？梢耘c地表沉降基準(zhǔn)點(diǎn)同點(diǎn)同號(hào)。主要技術(shù)要求按測(cè)量規(guī)范三等水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)的要求進(jìn)行。

2)土釘位移監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備。

采用2″以上級(jí)全站儀，采用極坐標(biāo)法測(cè)定。

3)觀測(cè)點(diǎn)布置。

觀測(cè)點(diǎn)材料采用∮12圓鋼，端部露出混凝土面層5 cm。測(cè)點(diǎn)斷面布置按施工圖設(shè)計(jì)實(shí)施。位移觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置于土釘頭部位，每隔一層布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

4)觀測(cè)要求。

每層開(kāi)挖完成后立即測(cè)量;停止開(kāi)挖期間每天測(cè)量1次。

5)觀測(cè)持續(xù)時(shí)間。

至產(chǎn)品倉(cāng)交工時(shí)停止觀測(cè)。

4．3 加筋土位移監(jiān)測(cè)

1)加筋土墻面位移監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)規(guī)格和土釘位移觀測(cè)點(diǎn)相同。

2)加筋土墻面變形監(jiān)測(cè)儀器與設(shè)備，采用2″以上級(jí)全站儀，采用極坐標(biāo)法測(cè)定。

3)觀測(cè)點(diǎn)布置。

測(cè)點(diǎn)斷面布置按施工圖設(shè)計(jì)實(shí)施。位移觀測(cè)點(diǎn)豎向每隔2 m布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。

4)觀測(cè)要求。

加筋土施工期間每天測(cè)量1次，加筋土施工完成后每3 d測(cè)量1次。

5)觀測(cè)持續(xù)時(shí)間。

至產(chǎn)品倉(cāng)交工時(shí)停止觀測(cè)。

5 土釘及土釘墻體受力監(jiān)測(cè)

5．1 土釘抗拔力測(cè)試

土釘抗拔力測(cè)試實(shí)施細(xì)則:

測(cè)試位置:南側(cè)邊坡⑧—⑧測(cè)試斷面;從第6層起布置5個(gè)抗拔試驗(yàn)土釘，分別為第6層土釘、第8層土釘、第11層土釘、第13層土釘、第15層土釘;長(zhǎng)度分別為 15 m，15 m，20 m，20 m，20 m，共試驗(yàn)5根土釘。試驗(yàn)土釘要求在孔口附近有不小于1 m的非粘結(jié)段。

土釘承載力測(cè)試系統(tǒng)由液壓源、專用測(cè)力計(jì)、反力裝置和特制位移計(jì)等組成。

土釘施工完成后，砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上方可進(jìn)行試驗(yàn)。土釘抗拔力試驗(yàn)按規(guī)程實(shí)施。

依據(jù)采集數(shù)據(jù)，獲得不同深度的土釘?shù)目拱纬休d力，綜合分析邊坡的穩(wěn)定和安全，提交書(shū)面報(bào)告。最后，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)得出的極限荷載，可算出界面粘結(jié)強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值。這一試驗(yàn)平均值應(yīng)大于設(shè)計(jì)計(jì)算所用標(biāo)準(zhǔn)值的1．25倍，否則應(yīng)進(jìn)行反饋修改設(shè)計(jì)。

資料整理:及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，提交抗拔試驗(yàn)曲線及抗拔極限承載力。

5．2 土釘內(nèi)力及總荷載監(jiān)測(cè)

設(shè)計(jì)采用自制土釘應(yīng)力、應(yīng)變和荷載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施土釘受力的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。主要測(cè)試土釘全長(zhǎng)應(yīng)力、應(yīng)變，以及土釘總荷載。

從土釘墻施工起，每天測(cè)量1次土釘?shù)氖芰?，待土方開(kāi)挖全部完成后測(cè)量間隔時(shí)間應(yīng)設(shè)置為3 d，直至產(chǎn)品倉(cāng)投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測(cè)。

當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警范圍，或遇到特殊情況，如暴雨等惡劣天氣以及其他意外工程事件，適當(dāng)加密觀測(cè)，直至24 h不間斷的跟蹤監(jiān)測(cè)。

5．3 土釘墻后土壓力監(jiān)測(cè)

采用高精度土壓力傳感器、自動(dòng)監(jiān)測(cè)單元等構(gòu)成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)土釘墻后土壓力。

從土釘墻施工起，每天測(cè)量1次土釘墻后的土壓力，土方開(kāi)挖全部完成后測(cè)量間隔時(shí)間設(shè)置為3 d，直至產(chǎn)品倉(cāng)投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測(cè)。

6 加筋及加筋土墻體受力監(jiān)測(cè)

6．1 加筋材料受力監(jiān)測(cè)

加筋材料受力監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)斷面布置位于基坑四個(gè)邊的中間，和土釘內(nèi)力測(cè)試斷面位于同一斷面，在土釘墻的上部。

加筋土施工期間每天測(cè)量1次，加筋土施工完成后每3 d測(cè)量1次，直至產(chǎn)品倉(cāng)投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測(cè)。

6．2 加筋土墻墻后土壓力監(jiān)測(cè)

采用高精度土壓力傳感器、自動(dòng)監(jiān)測(cè)單元等構(gòu)成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)加筋土墻后土壓力。

在加筋帶內(nèi)力測(cè)點(diǎn)附近的墻后埋設(shè)高精度土壓力傳感器;4個(gè)斷面共布置33個(gè)土壓力測(cè)點(diǎn)。

從加筋土墻施工起，每天測(cè)量1次墻后土壓力，加筋土施工全部完成后測(cè)量間隔時(shí)間設(shè)置為3 d，直至產(chǎn)品倉(cāng)投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測(cè)。

7 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)試及建立

7．1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括各類應(yīng)力、應(yīng)變、位移等測(cè)試傳感器、數(shù)據(jù)采集儀器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備以及信號(hào)電纜、計(jì)算機(jī)、專用測(cè)試軟件等等。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨工程施工進(jìn)度分項(xiàng)實(shí)施、同步完成，系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)信息和分析、評(píng)價(jià)結(jié)果。

7．2 測(cè)試信號(hào)的傳輸

每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在邊坡墻體中布置一趟集中測(cè)試電纜并打入墻體予以保護(hù)，每類傳感器的測(cè)試電纜均連接到集中電纜;各監(jiān)測(cè)斷面的集中電纜再在基坑外通過(guò)布設(shè)在電纜溝槽中的總電纜引導(dǎo)至專用測(cè)試室。

各子測(cè)試系統(tǒng)集成為總系統(tǒng)后，將形成遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

7．3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)

1)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)儀器設(shè)備安裝埋設(shè)好后應(yīng)立刻做好相應(yīng)的標(biāo)記，加強(qiáng)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作，并提醒施工人員引起注意。

2)在基坑開(kāi)挖階段，測(cè)點(diǎn)如有意外的損壞及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施。

3)特別加強(qiáng)對(duì)沉降點(diǎn)、位移點(diǎn)、土釘內(nèi)力、樁基內(nèi)力、土壓力等監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作。確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)成活率在90%以上，力爭(zhēng)達(dá)到100%。

7．4 精度估算

1)水準(zhǔn)高程測(cè)量誤差不大于0．5 mm。

2)土釘墻水平位移誤差不大于0．5 mm。

3)加筋土墻水平位移測(cè)量誤差不大于1 mm。

4)土釘內(nèi)力、加筋帶內(nèi)力、樁身應(yīng)力的測(cè)量誤差均不應(yīng)大于1%F ×S。

5)土壓力測(cè)量誤差不大于1%F×S。

8 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于本基坑工程，在施工過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析，了解產(chǎn)品倉(cāng)基坑的穩(wěn)定狀況，定量評(píng)價(jià)其在施工過(guò)程中的時(shí)空效應(yīng)及安全狀況，是檢驗(yàn)理論預(yù)測(cè)的正確性、設(shè)計(jì)的可靠性和發(fā)展新的設(shè)計(jì)理論的重要手段，又是及時(shí)指導(dǎo)施工、避免工程事故發(fā)生的必要措施，同時(shí)還可以作為構(gòu)筑物長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)的重要保障。

為保證基坑邊坡支護(hù)工程的質(zhì)量能滿足國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)部門(mén)所提出的技術(shù)要求，使施工過(guò)程的每一工序均能在受控狀態(tài)下按進(jìn)度和質(zhì)量目標(biāo)完成，對(duì)基坑工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析是十分必要的。