亭子口水利樞紐建筑基坑變形監(jiān)測與分析研究

王志勇

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 基坑監(jiān)測意義與目的

基坑的穩(wěn)定性直接影響著上層建筑的穩(wěn)定性。在基坑開挖過程中，基坑內(nèi)外土體應(yīng)力狀態(tài)的改變可引起支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的荷載發(fā)生變化，從而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體變形，一旦變形超過允許范圍會造成基坑的失穩(wěn)破壞或給周圍環(huán)境造成不利影響。所以對基坑開挖進(jìn)行全面、系統(tǒng)地監(jiān)測十分必要。此外，在基坑工程開挖施工過程中會受到施工條件、環(huán)境條件、地質(zhì)條件、荷載條件以及其他外界復(fù)雜因素的影響，而基于理論計(jì)算的基坑工程設(shè)計(jì)還不夠完善，不能完全考慮各項(xiàng)因素，故單純的理論計(jì)算不能滿足生產(chǎn)施工的要求，通過布設(shè)基坑監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)獲取基坑及其周邊環(huán)境的變形信息，及時(shí)掌握基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周邊建 （構(gòu)）筑物的變化程度和發(fā)展趨勢，有助于相關(guān)單位及時(shí)采取有效措施，防止工程事故的發(fā)生。

基坑監(jiān)測的主要目的有以下幾個(gè)方面:

（1）實(shí)時(shí)了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況。

（2）利用變形監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)，科學(xué)地確定施工進(jìn)度。當(dāng)出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)大于預(yù)警值時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)加固措施，確保工程施工的進(jìn)度。

（3）實(shí)時(shí)了解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況及其發(fā)展趨勢，基坑周圍土體的沉降情況及其變化趨勢，進(jìn)而對圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行科學(xué)合理的評價(jià)。

（4）監(jiān)控施工基坑周邊的地下管線和建 （構(gòu)）筑物的沉降位移情況和變化趨勢，實(shí)時(shí)掌握基坑施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響情況。

（5）匯總各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析變形情況及變形性質(zhì)，通過繪制的各種沉降、位移、受力變化曲線，直觀了解基坑施工過程中的變形情況，科學(xué)合理地制定施工方案和進(jìn)度安排。

2 亭子口水利樞紐基坑監(jiān)測原則

建筑基坑工程變形監(jiān)測需及時(shí)測報(bào)初始觀測值，并在監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施前根據(jù)基坑工程的變形特點(diǎn)結(jié)合以往變形監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算確定變形預(yù)警值，以起到指導(dǎo)相關(guān)工作人員在基坑工程實(shí)施期間實(shí)時(shí)了解基坑及其周圍環(huán)境的安全情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患的作用，亭子口工程制定了以下監(jiān)測原則:

（1）變形監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是真實(shí)可靠的。

（2）監(jiān)測數(shù)據(jù)必須是及時(shí)的，加測數(shù)據(jù)需在現(xiàn)場及時(shí)計(jì)算處理，以便發(fā)現(xiàn)有問題及時(shí)復(fù)測，做到當(dāng)天測、當(dāng)天反饋。

（3）盡管變形監(jiān)測是必不可少的工作，但在埋設(shè)檢測元件時(shí)應(yīng)盡可能減少監(jiān)測元件對受力結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)，埋設(shè)監(jiān)測元件時(shí)應(yīng)注意與巖土介質(zhì)相匹配。

3 亭子口水利樞紐基坑監(jiān)測項(xiàng)目及方法

（1）（坡）墻頂水平位移。 （坡）墻頂水平位移測量采用全站儀測量，通過測角和測距來計(jì)算測點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）（坡）墻頂豎向位移。豎向位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀，按國家二等水準(zhǔn)要求觀測。以附合或閉合路線在水準(zhǔn)路線上聯(lián)測各監(jiān)測點(diǎn)，以水準(zhǔn)控制點(diǎn)為基點(diǎn)，測算出各監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高。同一測點(diǎn)相鄰兩次標(biāo)高差即為本次該測點(diǎn)沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測點(diǎn)累計(jì)沉降量。計(jì)算公式如下

式中，Δhi為本次沉降量；hi為本次標(biāo)高；hi-1為上次標(biāo)高；Δh為累計(jì)沉降量。

（3）圍護(hù)墻深層水平位移。整個(gè)測量過程大體上可以分為以下4步:①基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定。基準(zhǔn)點(diǎn)可設(shè)在測斜管的管頂或管底，若測斜管管底進(jìn)入基巖或較深的穩(wěn)定土層時(shí)，則以管底作為基準(zhǔn)點(diǎn)；對于測斜管底部未進(jìn)入基巖或埋置較淺時(shí)，可以管頂作為基準(zhǔn)點(diǎn)，每次測量前須用經(jīng)緯儀或其他手段確定基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)。②將電纜線與測讀儀連接，測頭的感應(yīng)方向?qū)?zhǔn)水平位移方向的導(dǎo)槽，自基準(zhǔn)點(diǎn)管頂或管底逐段向下或向上，每50 cm或100 cm測出測斜管的傾角。③測讀儀讀數(shù)穩(wěn)定后，提升電纜線至欲測位置。每次應(yīng)保證在同一位置上進(jìn)行測讀。④將測頭提升至管口處，旋轉(zhuǎn)180°，再按上述步驟進(jìn)行測量，以消除測斜儀本身的固有誤差。

（4）土體深層水平位移。通過鉆孔埋設(shè)測斜管對土體側(cè)向變形進(jìn)行監(jiān)測，了解隨著基坑開挖深度的增加，基坑周圍土體不同深度水平位移的變化情況。其監(jiān)測儀器與監(jiān)測方法基本與圍護(hù)墻深層水平位移一致。圍護(hù)墻體或坑周土體的深層水平位移的監(jiān)測宜采用在墻體或土體中預(yù)埋測斜管、通過測斜儀觀測各深度處水平位移。土體深沉水平位移與圍護(hù)墻深沉水平位移所用儀器都是測斜儀，監(jiān)測方法一致。

（5）墻后地表豎向位移。地表豎向位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀，按國家二等水準(zhǔn)要求觀測。以附合或閉合路線在水準(zhǔn)路線上聯(lián)測各監(jiān)測點(diǎn)，以水準(zhǔn)控制點(diǎn)為基準(zhǔn)，測算出各監(jiān)測點(diǎn)標(biāo)高，同一測點(diǎn)相鄰兩次標(biāo)高差即為本次該測點(diǎn)沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測點(diǎn)累計(jì)沉降量。

（6）地下水位監(jiān)測。通過測量基坑外地下水位在基坑降水和基坑開挖過程中的變化情況，了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水效果，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏、基坑外水土向坑內(nèi)流失。水準(zhǔn)聯(lián)測各管口高程后，可直接用鋼尺水位儀測試水位管內(nèi)水位深度，慢慢將探頭放入水面，剛接觸水面時(shí)在鋼尺上讀數(shù)一次，然后慢慢將探頭拉出水面，當(dāng)探頭剛離開水面時(shí)在鋼尺上再讀數(shù)一次，取兩次平均值即為水面深度。基坑內(nèi)地下水位監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)符合下列要求:①水位監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)沿基坑周邊、被保護(hù)對象周邊或者兩者之間布設(shè)，監(jiān)測點(diǎn)間距20～50 m，相鄰建筑物、重要的地下管線或者管線密集處應(yīng)布置水位監(jiān)測點(diǎn)。②水位監(jiān)測管的埋設(shè)深度應(yīng)控制在地下水位之下3～5 m，對于需要降低承壓水水位的基坑工程，水位監(jiān)測管埋設(shè)深度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。③回灌井點(diǎn)觀測應(yīng)設(shè)置在回灌井點(diǎn)與被保護(hù)對象之間。

（7）周圍建 （構(gòu)）筑物變形監(jiān)測。①建 （構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測主要還是采用精密水準(zhǔn)儀實(shí)現(xiàn)。通過觀測變形監(jiān)測點(diǎn)的高程，進(jìn)而間接計(jì)算建 （構(gòu)）筑物的沉降量。②建 （構(gòu)）筑物的傾斜監(jiān)測則一般采用高精度經(jīng)緯儀測定監(jiān)測對象頂部相對于底部的水平位移量，結(jié)合建 （構(gòu)）筑物沉降的相對高差，來計(jì)算監(jiān)測對象的傾斜方向、傾斜度以及傾斜速率。③建 （構(gòu)）筑物的裂縫監(jiān)測采用直接量測方法。將裂縫進(jìn)行編號并標(biāo)記觀測位置，通過游標(biāo)卡尺進(jìn)行裂縫寬度的監(jiān)測；對裂縫深度量測，當(dāng)裂縫深度較小時(shí)采用鑿出法和單面接觸超聲波法監(jiān)測，深度較大時(shí)采用超聲波法監(jiān)測。④建 （構(gòu)）筑物的沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)重復(fù)測量的方法，在監(jiān)測實(shí)施前需建立高精度的建 （構(gòu)）筑物高程變形監(jiān)測控制網(wǎng)，其方法為:在建 （構(gòu)）筑物的外圍布設(shè)一條閉合水準(zhǔn)路線，通過水準(zhǔn)路線中的固定點(diǎn)測定建 （構(gòu)）筑物上各監(jiān)測點(diǎn)的高程，并嚴(yán)格按照相關(guān)測量規(guī)范每隔一定周期進(jìn)行一次精密水準(zhǔn)測量，最后對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，求出各水準(zhǔn)點(diǎn)和變形觀測點(diǎn)的高程平差值。某一沉降監(jiān)測點(diǎn)的沉降量即為首次觀測求得的高程與本次復(fù)測求得的高程之差。

（8）圍護(hù)樁內(nèi)應(yīng)力。現(xiàn)場測試元件的觀測:根據(jù)設(shè)計(jì)每個(gè)斷面的元器件位置和數(shù)量進(jìn)行埋設(shè)，并將元器件的傳輸纜線綁扎在鋼筋上，集中在每個(gè)斷面的集線箱處，每個(gè)斷面設(shè)兩個(gè)集線箱，以便于數(shù)據(jù)的采集，集線箱位于墻腳線上1～2 m處，便于保護(hù)集線箱和數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采用振弦式頻率儀進(jìn)行采集。測試數(shù)據(jù)處理:現(xiàn)場所測得的是傳感器的應(yīng)變或荷載頻率值，與初始頻率相對應(yīng)，根據(jù)廠家提供的標(biāo)定公式和曲線可計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)變和鋼筋軸力荷載值。

4 結(jié) 論

亭子口水利樞紐在基坑開挖期間，圍護(hù)樁很不穩(wěn)定，這與基坑開挖深度有著直接的關(guān)系，因此，在這段時(shí)期應(yīng)該認(rèn)真監(jiān)測各項(xiàng)數(shù)據(jù)并加以分析，做出預(yù)見性的判斷，避免安全事故的發(fā)生，一旦發(fā)現(xiàn)變形值超過了相關(guān)規(guī)定的警戒值，須馬上報(bào)告給施工方，商量解決方案，防患于未然。

關(guān)于土壓力的監(jiān)測，土壓力式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)周圍的土體傳遞擋土構(gòu)筑物的壓力。在基坑開挖之前，擋土構(gòu)筑物兩側(cè)土體處于靜止平衡狀態(tài)。在基坑開挖過程中，由于基坑內(nèi)一側(cè)的土體被移除，擋土構(gòu)筑物兩側(cè)土體原始的應(yīng)力平衡和穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生了變化，當(dāng)變形或應(yīng)力超過了一定數(shù)值時(shí)，土體就會發(fā)生破壞致使擋土結(jié)構(gòu)坍塌。因此，在基坑開挖過程中，應(yīng)重視對土體測斜等項(xiàng)目注重監(jiān)測，加大監(jiān)測頻率，一超過報(bào)警值就應(yīng)停止開挖，做好加固工作。

對于周邊建筑物的沉降變形，是一個(gè)長期的監(jiān)測過程，監(jiān)測頻率可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況安排，在基坑開挖這段時(shí)間應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測。

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