深基坑變形和受力監(jiān)測技術的應用

張榮富 苗志同

(中煤建筑安裝工程集團有限公司，河北邯鄲 056002)

1 工程概況

產(chǎn)品倉是一個條形槽倉，由地下返煤暗道和四個落煤筒構成，其斷面呈“V”字形。槽倉頂面設計標高為1 216．0 m，地道底面設計標高為1 190．5 m，總深度為25．5 m。從產(chǎn)品倉周圍地形來看，其南側(cè)地面標高介于1 211．0 m～1 217．0 m，北側(cè)地面標高介于1 208．0 m～1 209．0 m。因此，相對自然地面，產(chǎn)品倉南側(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)場監(jiān)測主要內(nèi)容

2．1 地表及墻體變形監(jiān)測

監(jiān)測基坑開挖過程中基坑周邊、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

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

2．3 加筋及加筋土墻體受力監(jiān)測

包括加筋材料受力監(jiān)測，加筋土墻面結構后土壓力監(jiān)測。

3 技術要求

1)形成全過程監(jiān)測系統(tǒng)。從施工起直到工程完成后運營1年內(nèi)全過程的監(jiān)測系統(tǒng);

2)形成實時、自動監(jiān)測系統(tǒng)。除變形量外所有待測量均集中由計算機系統(tǒng)實時采集與處理;

3)形成實時信息反饋系統(tǒng)。通過分析軟件與實測值，及時提供工程的基本信息和安全度。

通過現(xiàn)場實時監(jiān)測，切實掌握能基本反映深基坑施工過程整體性狀信息的實測值，了解深基坑在各施工階段的力學狀態(tài)和基坑開挖對周圍環(huán)境的影響及基坑支護的效果，并利用這些實測值，對土性參數(shù)進行動態(tài)反映，判斷現(xiàn)有設計、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，不斷改進工程設計，修正施工工藝和技術參數(shù)。

4 基坑地表及墻體變形監(jiān)測

4．1 地表沉降變形監(jiān)測

1)基準點設置。

采用DS05精密水準儀，按三等變形測量等級要求的方法，在產(chǎn)品倉場地附近200m外設置4個基準點。測量基點埋設采用混凝土澆筑，其結構示意圖見圖1。

2)地表沉降觀測點布置及觀測要求測點斷面及測點布置按施工圖實施。觀測點布置在基坑邊外1 m，每測點間距為25 m。變形量測工作在基坑每層開挖完成后立即測量;停止開挖期間每天測量1次。

圖1 基點埋設方法示意圖（單位：cm）

3)觀測持續(xù)時間。

至加筋土開始施工時停止觀測。

4．2 土釘(錨桿)位移監(jiān)測

1)土釘水平位移基準點設置。

水平位移的監(jiān)測網(wǎng)采用獨立坐標系統(tǒng)，并進行一次布網(wǎng)，控制點采用有強制歸心裝置的觀測墩，照準標志采用強制對中裝置的標牌。可以與地表沉降基準點同點同號。主要技術要求按測量規(guī)范三等水平位移監(jiān)測網(wǎng)的要求進行。

2)土釘位移監(jiān)測儀器與設備。

采用2″以上級全站儀，采用極坐標法測定。

3)觀測點布置。

觀測點材料采用∮12圓鋼，端部露出混凝土面層5 cm。測點斷面布置按施工圖設計實施。位移觀測點設置于土釘頭部位，每隔一層布置一個觀測點。

4)觀測要求。

每層開挖完成后立即測量;停止開挖期間每天測量1次。

5)觀測持續(xù)時間。

至產(chǎn)品倉交工時停止觀測。

4．3 加筋土位移監(jiān)測

1)加筋土墻面位移監(jiān)測觀測點規(guī)格和土釘位移觀測點相同。

2)加筋土墻面變形監(jiān)測儀器與設備，采用2″以上級全站儀，采用極坐標法測定。

3)觀測點布置。

測點斷面布置按施工圖設計實施。位移觀測點豎向每隔2 m布置一個觀測點。

4)觀測要求。

加筋土施工期間每天測量1次，加筋土施工完成后每3 d測量1次。

5)觀測持續(xù)時間。

至產(chǎn)品倉交工時停止觀測。

5 土釘及土釘墻體受力監(jiān)測

5．1 土釘抗拔力測試

土釘抗拔力測試實施細則:

測試位置:南側(cè)邊坡⑧—⑧測試斷面;從第6層起布置5個抗拔試驗土釘，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;長度分別為 15 m，15 m，20 m，20 m，20 m，共試驗5根土釘。試驗土釘要求在孔口附近有不小于1 m的非粘結段。

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

土釘施工完成后，砂漿達到設計強度的70%以上方可進行試驗。土釘抗拔力試驗按規(guī)程實施。

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，提交書面報告。最后，應根據(jù)試驗得出的極限荷載，可算出界面粘結強度的實測值。這一試驗平均值應大于設計計算所用標準值的1．25倍，否則應進行反饋修改設計。

資料整理:及時對觀測數(shù)據(jù)進行分析整理，提交抗拔試驗曲線及抗拔極限承載力。

5．2 土釘內(nèi)力及總荷載監(jiān)測

設計采用自制土釘應力、應變和荷載監(jiān)測系統(tǒng)實施土釘受力的監(jiān)測監(jiān)控。主要測試土釘全長應力、應變，以及土釘總荷載。

從土釘墻施工起，每天測量1次土釘?shù)氖芰Γ练介_挖全部完成后測量間隔時間應設置為3 d，直至產(chǎn)品倉投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測。

當監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警范圍，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，適當加密觀測，直至24 h不間斷的跟蹤監(jiān)測。

5．3 土釘墻后土壓力監(jiān)測

采用高精度土壓力傳感器、自動監(jiān)測單元等構成的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測土釘墻后土壓力。

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

6 加筋及加筋土墻體受力監(jiān)測

6．1 加筋材料受力監(jiān)測

加筋材料受力監(jiān)測測點斷面布置位于基坑四個邊的中間，和土釘內(nèi)力測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量1次，加筋土施工完成后每3 d測量1次，直至產(chǎn)品倉投產(chǎn)后1年停止監(jiān)測。

6．2 加筋土墻墻后土壓力監(jiān)測

采用高精度土壓力傳感器、自動監(jiān)測單元等構成的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測加筋土墻后土壓力。

在加筋帶內(nèi)力測點附近的墻后埋設高精度土壓力傳感器;4個斷面共布置33個土壓力測點。

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

7 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試及建立

7．1 現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)組成

現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)主要包括各類應力、應變、位移等測試傳感器、數(shù)據(jù)采集儀器、數(shù)據(jù)傳輸設備以及信號電纜、計算機、專用測試軟件等等。

現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)隨工程施工進度分項實施、同步完成，系統(tǒng)調(diào)試運轉(zhuǎn)正常后，及時反饋監(jiān)測原始數(shù)據(jù)信息和分析、評價結果。

7．2 測試信號的傳輸

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

各子測試系統(tǒng)集成為總系統(tǒng)后，將形成遠程傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程、長期、實時、自動監(jiān)測。

7．3 監(jiān)測點的保護

1)各監(jiān)測點儀器設備安裝埋設好后應立刻做好相應的標記，加強測點的保護工作，并提醒施工人員引起注意。

2)在基坑開挖階段，測點如有意外的損壞及時采取有效的補救措施。

3)特別加強對沉降點、位移點、土釘內(nèi)力、樁基內(nèi)力、土壓力等監(jiān)測點的保護工作。確保監(jiān)測點成活率在90%以上，力爭達到100%。

7．4 精度估算

1)水準高程測量誤差不大于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量誤差不大于1 mm。

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

5)土壓力測量誤差不大于1%F×S。

8 結語

對于本基坑工程，在施工過程中，通過動態(tài)監(jiān)測分析，了解產(chǎn)品倉基坑的穩(wěn)定狀況，定量評價其在施工過程中的時空效應及安全狀況，是檢驗理論預測的正確性、設計的可靠性和發(fā)展新的設計理論的重要手段，又是及時指導施工、避免工程事故發(fā)生的必要措施，同時還可以作為構筑物長期安全運營的重要保障。

為保證基坑邊坡支護工程的質(zhì)量能滿足國家有關技術規(guī)范和設計部門所提出的技術要求，使施工過程的每一工序均能在受控狀態(tài)下按進度和質(zhì)量目標完成，對基坑工程進行動態(tài)監(jiān)測分析是十分必要的。