深基坑監(jiān)測中的測斜技術(shù)應(yīng)用

趙林杰,趙明龍,江志安,楊國朋

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

隨著我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn),深基坑工程在立體交通、人防工程、超高層建筑以及地下大型構(gòu)筑物建設(shè)中越來越常見,有的已深達(dá)40 m。在深基坑施工過程中開展監(jiān)測工作,通過現(xiàn)場的經(jīng)常性的巡視檢查和適時(shí)準(zhǔn)確的儀器量測[1],第一時(shí)間掌握相關(guān)的變形量、內(nèi)力值及其發(fā)展趨勢,以指導(dǎo)和控制基坑開挖和支護(hù)。與此同時(shí),通過及時(shí)的監(jiān)測預(yù)警和報(bào)警,有助于啟動(dòng)有效的應(yīng)急措施,以避免或減輕深基坑施工中的破壞性后果。因此,基坑監(jiān)測與設(shè)計(jì)、施工共同被列為深基坑工程質(zhì)量保證的3大基本環(huán)節(jié)。

因深層水平位移監(jiān)測(測斜)能夠較全面的反映基坑狀態(tài),測斜成為眾多深大基坑施工監(jiān)測工作中至關(guān)重要的監(jiān)測項(xiàng)目[1-10]。

1 工程概況

本文以某大型綜合交通樞紐基坑工程為背景(圖1),從測斜角度,對(duì)深基坑監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用做出一定的研究和探討。

該基坑長287 m,寬50～71.4 m；地面整平高程按-3.107 m計(jì),基底高程為-15.507 m。基坑支護(hù)采用地連墻+混凝土支撐的體系形式。

該基坑區(qū)域均為粉土和粉質(zhì)黏土交替分布,地質(zhì)條件較單一。

圖1 某大型綜合交通樞紐基坑工程示意

2 測點(diǎn)布置

測點(diǎn)布置方案的制定是深基坑監(jiān)測工作的首要內(nèi)容,主要根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)資料以確定控制性監(jiān)測區(qū)域來實(shí)現(xiàn)[1-5]。

通過確定控制性監(jiān)測區(qū)域,可以合理地安排監(jiān)測點(diǎn)的分布和數(shù)量,并能根據(jù)施工進(jìn)度有針對(duì)性地調(diào)整各監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測頻率。

根據(jù)圖1的基坑結(jié)構(gòu),把區(qū)域二確定為控制性測斜區(qū)域,測斜管分布如圖2所示。

圖2 測斜管分布

3 測點(diǎn)保護(hù)與補(bǔ)救

(1)保護(hù)措施

①在測斜管隨鋼筋籠下設(shè)的過程中,在管內(nèi)注滿清水且密封好整個(gè)管體。管內(nèi)水壓可以抵消一部分混凝土凝固前所產(chǎn)生的流態(tài)壓力,有效防止了PVC管體的破損。圖1深基坑監(jiān)測工作中,共設(shè)置了21個(gè)測斜管,其中除去圖2的C5號(hào)測斜管因淺部破壞灌入混凝土之外,其他20個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均成活,成活率高達(dá)95.2%。因此管內(nèi)注清水的方法有效地解決了長期以來測斜管成活率不高的問題。

②與施工方協(xié)調(diào)好監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)問題,經(jīng)常性現(xiàn)場巡視檢查。

③因施工需要,可能會(huì)臨時(shí)性地影響監(jiān)測點(diǎn)部位,如圖2的C4號(hào)測斜管部位設(shè)置施工便道,這時(shí)可以采用圖3方法保護(hù)監(jiān)測點(diǎn)。

圖3 測斜管臨時(shí)性保護(hù)措施

(2)補(bǔ)救措施

在整個(gè)監(jiān)測周期中,測斜管時(shí)常因破損而影響正常的監(jiān)測工作。如圖2的C5號(hào)測斜管因淺部破壞灌入混凝土而報(bào)廢,同時(shí)由于該點(diǎn)處于控制性測斜區(qū)域,因此必須及時(shí)采取科學(xué)的補(bǔ)救措施。

經(jīng)過分析,在土內(nèi)應(yīng)力的作用下,緊貼地連墻的土體與地連墻同步變形[2],因此,在C5號(hào)監(jiān)測點(diǎn)部位的土體中補(bǔ)設(shè)了如圖4所示的C5+號(hào)測斜管。

圖4 補(bǔ)設(shè)C5+號(hào)測斜管

4 現(xiàn)場測試

⑴確定測斜正反向

現(xiàn)場測斜首先解決的問題就是確定測斜探頭的正反向,如圖5所示。

圖5 測斜探頭放置方向

確定測斜正反向的主要步驟如下：

(1)對(duì)同一測斜管連續(xù)兩天試測,計(jì)算出測深頂端初始位移S1；

(2)設(shè)地連墻頂部位移觀測點(diǎn),觀測并計(jì)算出同期地連墻頂部水平位移變化ΔS2；

(3)用ΔS2判別出測斜部位地連墻變形方向；

(4)根據(jù)S1值的正負(fù)及地連墻變形方向,便可確定測斜正反向,如表1所示。

表1 測斜正反向判別

注：D(a)—圖5(a)測斜探頭放置方向；D(b)—圖5(b)測斜探頭放置方向；D(+)—測斜正向；D(-)—測斜反向。

上述確定測斜正反向的方法,有機(jī)地結(jié)合了地連墻頂部位移觀測,與其他方法[3-4]比較,不僅簡單易行,且把整個(gè)監(jiān)測工作融為一體,監(jiān)測數(shù)據(jù)更具可信度。

(2)防止“跳槽”現(xiàn)象出現(xiàn)

如圖5所示,現(xiàn)場測斜過程中時(shí)而發(fā)生測斜滑輪軸向與測斜管所在部位地連墻墻面切向不一致狀況,即“跳槽”現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因如下：綁扎測斜管過程中未按規(guī)定校正滑輪導(dǎo)槽；下設(shè)鋼筋籠過程中測斜管發(fā)生扭轉(zhuǎn)；導(dǎo)槽連接不對(duì)、導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)及其他人為原因。

“跳槽”情況下測斜數(shù)據(jù)不可靠[3]。可以通過以下措施避免“跳槽”現(xiàn)象的發(fā)生：選用高品質(zhì)測斜管；測斜管連接良好；控制好測斜管的綁扎和下設(shè)；導(dǎo)線自然下放[4]。

5 數(shù)據(jù)修正與分析

測斜儀的工作原理是根據(jù)擺錘受重力作用為基礎(chǔ)測定以擺錘為基準(zhǔn)的弧角變化[4]。當(dāng)變形體變形時(shí),埋入其體中的測斜管隨之也產(chǎn)生同步變形。

如圖6所示,假設(shè)測深底端不動(dòng),則測深頂端的位移為

(1)

式中θi——各測深分段點(diǎn)處測斜管的弧角變化；

L——兩相鄰測深分段點(diǎn)之間的距離。

圖6 測斜儀的工作原理

(1)測深頂端位移修正

結(jié)合式(1),則各測深分段點(diǎn)處的實(shí)際位移為

k=i、i+1、…n

(2)

基于上述原因,為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可信度,測深頂端位移修正是一項(xiàng)必不可少的工作,尤其是對(duì)于重點(diǎn)工程、累計(jì)位移大、位移變化較快和測深底端位移較明顯的深基坑測斜項(xiàng)目應(yīng)做到一測一修正。

(2)正負(fù)坐標(biāo)和趨零修正(錯(cuò)位修正)

在處理測斜數(shù)據(jù)時(shí),經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)單次位移變化(或位移變化速率[1])不具備連續(xù)性,明顯不可信,如圖7所示。

圖7 測斜單次位移變化曲線

①圖7(a)曲線可信；

②圖7(b)曲線不可信,主要是因?yàn)楝F(xiàn)場測斜過程中在個(gè)別測深分段點(diǎn)處出現(xiàn)錯(cuò)位操作,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并做相應(yīng)糾偏措施；

③圖7(c)曲線不可信,主要是因?yàn)楝F(xiàn)場測斜過程中在個(gè)別測深分段點(diǎn)處出現(xiàn)錯(cuò)位操作,且未及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

與傳統(tǒng)的錯(cuò)位修正方法比較,正負(fù)坐標(biāo)和趨零修正法避開了逐一核對(duì)各測深分段點(diǎn)相對(duì)橫坐標(biāo)Xi可信度的繁瑣工作,在測斜結(jié)果中通過核對(duì)單次位移變化曲線的可信度,直接判別測斜數(shù)據(jù)是否需要錯(cuò)位修正。

基于上述原因,正負(fù)坐標(biāo)和趨零修正法在集中處理大批量的測斜數(shù)據(jù)時(shí)有很好的參考意義。

(3)實(shí)測數(shù)據(jù)分析

表2 各測斜管測深頂端實(shí)測位移均值統(tǒng)計(jì) mm

注：C4號(hào)測斜管被施工便道掩埋；C5+號(hào)測斜管為C5號(hào)原位補(bǔ)設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。

表2實(shí)測數(shù)據(jù)表明：

上述分析同樣一定程度上驗(yàn)證了確定控制性測斜區(qū)域、安排合理的測斜方案的必要性及原位補(bǔ)設(shè)測斜管的可行性。

6 結(jié)語

結(jié)合工程實(shí)例,從測點(diǎn)布置、測點(diǎn)保護(hù)與補(bǔ)救、現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)修正與分析4個(gè)方面對(duì)深基坑深層水平位移監(jiān)測工作全過程作出了系統(tǒng)性的技術(shù)總結(jié),并作出了一定的分析研究和探討。

(1)在測斜管中注滿清水以保護(hù)管體；

(2)結(jié)合地連墻頂部位移觀測,確定測斜正反向；

(3)利用單次位移變化的連續(xù)性,進(jìn)行測斜數(shù)據(jù)錯(cuò)位修正。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50497—2009 建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2009.

[2] 王奎.安全監(jiān)測預(yù)報(bào)技術(shù)在基坑支護(hù)施工中的應(yīng)用研究[D].長春:吉林大學(xué),2004.

[3] 高俊合,趙維炳,施建勇,等.基坑測斜技術(shù)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào),1998,5(3):120-122.

[4] 趙維炳,高俊合,施建勇.軟土深基坑施工中深層土體水平位移測試[J].大壩觀測與土工測試,1997，8(4):31-34,44.

[5] 顧勇軍,呂穎釗.公路盾構(gòu)隧道超深基坑開挖的施工控制技術(shù)[J].公路,2010,3(3):192-196.

[6] 樓楠.深基坑工程的綜合監(jiān)測與安全預(yù)報(bào)[D].鄭州:中國人民解放軍信息工程大學(xué),2007.

[7] 李巍,段富凱,琚海明.深部位移監(jiān)測技術(shù)在城市深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,1(3):120-122.

[8] 張春剛.樁錨支護(hù)深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析及FLAC數(shù)值模擬[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2011.

[9] 吳建華.深基坑開挖施工中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法[J].施工技術(shù),2006.8(4):124-125.

[10] 劉俊巖.建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.