亭子口水利樞紐建筑基坑變形監(jiān)測(cè)與分析研究

王志勇

（嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

1 基坑監(jiān)測(cè)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(kāi)挖過(guò)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(guò)允許范圍會(huì)造成基坑的失穩(wěn)破壞或給周?chē)h(huán)境造成不利影響。所以對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)行全面、系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)十分必要。此外，在基坑工程開(kāi)挖施工過(guò)程中會(huì)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(mǎn)足生產(chǎn)施工的要求，通過(guò)布設(shè)基坑監(jiān)測(cè)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(shì)，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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)，基坑周?chē)馏w的沉降情況及其變化趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)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(píng)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(shì)，實(shí)時(shí)掌握基坑施工對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響情況。

（5）匯總各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析變形情況及變形性質(zhì)，通過(guò)繪制的各種沉降、位移、受力變化曲線，直觀了解基坑施工過(guò)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(cè)原則

建筑基坑工程變形監(jiān)測(cè)需及時(shí)測(cè)報(bào)初始觀測(cè)值，并在監(jiān)測(cè)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(cè)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?chē)h(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(cè)原則:

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

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

（3）盡管變形監(jiān)測(cè)是必不可少的工作，但在埋設(shè)檢測(cè)元件時(shí)應(yīng)盡可能減少監(jiān)測(cè)元件對(duì)受力結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)，埋設(shè)監(jiān)測(cè)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(cè)項(xiàng)目及方法

（1）（坡）墻頂水平位移。 （坡）墻頂水平位移測(cè)量采用全站儀測(cè)量，通過(guò)測(cè)角和測(cè)距來(lái)計(jì)算測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。

（2）（坡）墻頂豎向位移。豎向位移監(jiān)測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀，按國(guó)家二等水準(zhǔn)要求觀測(cè)。以附合或閉合路線在水準(zhǔn)路線上聯(lián)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以水準(zhǔn)控制點(diǎn)為基點(diǎn)，測(cè)算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。同一測(cè)點(diǎn)相鄰兩次標(biāo)高差即為本次該測(cè)點(diǎn)沉降量，第一次沉降量累加至本次沉降量即為該測(cè)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(cè)量過(guò)程大體上可以分為以下4步:①基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)可設(shè)在測(cè)斜管的管頂或管底，若測(cè)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(duì)于測(cè)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(cè)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(cè)讀儀連接，測(cè)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(cè)出測(cè)斜管的傾角。③測(cè)讀儀讀數(shù)穩(wěn)定后，提升電纜線至欲測(cè)位置。每次應(yīng)保證在同一位置上進(jìn)行測(cè)讀。④將測(cè)頭提升至管口處，旋轉(zhuǎn)180°，再按上述步驟進(jìn)行測(cè)量，以消除測(cè)斜儀本身的固有誤差。

（4）土體深層水平位移。通過(guò)鉆孔埋設(shè)測(cè)斜管對(duì)土體側(cè)向變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，基坑周?chē)馏w不同深度水平位移的變化情況。其監(jiān)測(cè)儀器與監(jiān)測(cè)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(cè)宜采用在墻體或土體中預(yù)埋測(cè)斜管、通過(guò)測(cè)斜儀觀測(cè)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(cè)斜儀，監(jiān)測(cè)方法一致。

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

（6）地下水位監(jiān)測(cè)。通過(guò)測(cè)量基坑外地下水位在基坑降水和基坑開(kāi)挖過(guò)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(cè)各管口高程后，可直接用鋼尺水位儀測(cè)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(kāi)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(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)符合下列要求:①水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿基坑周邊、被保護(hù)對(duì)象周邊或者兩者之間布設(shè)，監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)。②水位監(jiān)測(cè)管的埋設(shè)深度應(yīng)控制在地下水位之下3～5 m，對(duì)于需要降低承壓水水位的基坑工程，水位監(jiān)測(cè)管埋設(shè)深度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。③回灌井點(diǎn)觀測(cè)應(yīng)設(shè)置在回灌井點(diǎn)與被保護(hù)對(duì)象之間。

（7）周?chē)?（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測(cè)。①建 （構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測(cè)主要還是采用精密水準(zhǔn)儀實(shí)現(xiàn)。通過(guò)觀測(cè)變形監(jiān)測(cè)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(cè)則一般采用高精度經(jīng)緯儀測(cè)定監(jiān)測(cè)對(duì)象頂部相對(duì)于底部的水平位移量，結(jié)合建 （構(gòu)）筑物沉降的相對(duì)高差，來(lái)計(jì)算監(jiān)測(cè)對(duì)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(cè)采用直接量測(cè)方法。將裂縫進(jìn)行編號(hào)并標(biāo)記觀測(cè)位置，通過(guò)游標(biāo)卡尺進(jìn)行裂縫寬度的監(jiān)測(cè)；對(duì)裂縫深度量測(cè)，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(cè)，深度較大時(shí)采用超聲波法監(jiān)測(cè)。④建 （構(gòu)）筑物的沉降監(jiān)測(cè)采用精密水準(zhǔn)重復(fù)測(cè)量的方法，在監(jiān)測(cè)實(shí)施前需建立高精度的建 （構(gòu)）筑物高程變形監(jiān)測(cè)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(guò)水準(zhǔn)路線中的固定點(diǎn)測(cè)定建 （構(gòu)）筑物上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，并嚴(yán)格按照相關(guān)測(cè)量規(guī)范每隔一定周期進(jìn)行一次精密水準(zhǔn)測(cè)量，最后對(duì)外業(yè)觀測(cè)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(cè)點(diǎn)的高程平差值。某一沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量即為首次觀測(cè)求得的高程與本次復(fù)測(cè)求得的高程之差。

（8）圍護(hù)樁內(nèi)應(yīng)力?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件的觀測(cè):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(cè)試數(shù)據(jù)處理:現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得的是傳感器的應(yīng)變或荷載頻率值，與初始頻率相對(duì)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(kāi)挖期間，圍護(hù)樁很不穩(wěn)定，這與基坑開(kāi)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(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)并加以分析，做出預(yù)見(jiàn)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(guò)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(cè)，土壓力式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)周?chē)耐馏w傳遞擋土構(gòu)筑物的壓力。在基坑開(kāi)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(kāi)挖過(guò)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(guò)了一定數(shù)值時(shí)，土體就會(huì)發(fā)生破壞致使擋土結(jié)構(gòu)坍塌。因此，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)重視對(duì)土體測(cè)斜等項(xiàng)目注重監(jiān)測(cè)，加大監(jiān)測(cè)頻率，一超過(guò)報(bào)警值就應(yīng)停止開(kāi)挖，做好加固工作。

對(duì)于周邊建筑物的沉降變形，是一個(gè)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)過(guò)程，監(jiān)測(cè)頻率可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況安排，在基坑開(kāi)挖這段時(shí)間應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

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