測斜儀在軟土地區深基坑深層水平位移監測中的應用實例

朱維君

(廈門龍郡房地產有限公司　福建廈門　361000)

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測斜儀在軟土地區深基坑深層水平位移監測中的應用實例

朱維君

(廈門龍郡房地產有限公司福建廈門361000)

深基坑在開挖施工過程中，應力狀態的改變引起支護結構承受荷載并導致支護結構和土體的變形，將造成基坑的失穩破壞或對周圍環境造成不利影響，因此深基坑支護結構深層水平位移監測尤為重要，文章對廈門島外沿海軟土地區某深基坑深層水平位移監測數據進行了分析，并提出了確保監測精度的關鍵所在。

軟土；基坑支護；測斜儀；深層水平位移；監測

0　引言

廈門島外沿海地區靠近地表以下存在厚度較大的軟粘土，其物理特性表現為高含水量、大孔隙比；力學特性表現為低強度、高壓縮性、低滲透性、高靈敏度。深基坑土方開挖過程中，常常由于未能遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則，導致圍護結構變形過大，由此帶來支撐體系受力過大失穩，周邊建筑差異沉降過大產生結構裂縫，坑周硬性管線差異沉降過大產生漏水、漏氣等引起次生災害，因此土方開挖過程中對深基坑圍護結構深層水平位移監測相當重要。目前國內對深層水平位移監測主要采用活動式測斜儀，由于測試水平參差不齊，所測成果亦有所差異，作為施工的“眼睛”，監測的成果精度對調整施工工藝的選擇十分關鍵。

1　深層水平位移監測原理

1.1深層水平位移計算原理

圖1給出了通常使用的活動式測斜儀采用帶導輪的測斜探頭，探頭兩對導輪間距500mm，以兩對導輪之間的間距為一個測段。每一測段上、下導輪間相對水平偏差量 可通過下式計算得到。

δ=l×sinθ

(1)

式中：l—上、下導輪間距；

θ—探頭敏感軸與重力軸夾角。

測段n相對于起始點的水平偏差量△n，由從起始點起連續測試得到的δi累計而成，即

(2)

式中：δ0—起始測段的水平偏差量(mm)；

△n—測點n相對于起始點的水平偏差量(mm)。

1.2測斜管形狀曲線

測斜儀單次測試得到的是測斜儀上、下導輪間相對水平偏差量，按式(2)計算得到的是測點n相對于起始點的水平偏差量，如果將起始點設在測斜管的一端(孔底或孔口)，以上、下導輪間距(0.5m)為測段長度，則將每個測段△n沿深度連成線就構成了測斜管形狀曲線。

1.3測斜管水平位移曲線(側向位移曲線)

(3)

式(3)即為以測斜管底部測斜儀下導輪為固定起算點(假設不動)深層側向變形計算公式。如果以測斜管頂部為固定起算點，因為測斜儀測出的是以測斜管頂部上導輪為起算點，因此深層側向變形計算還要疊加上導輪(管口)水平位移量X0。計算公式為[1]：

(4)

2　深層水平位移測點埋設

深層水平位移測試主要是通過埋設測斜管來獲取圍護結構不同深度的水平位移量。不同的圍護結構埋設測斜管的方法各有不同：地下連續墻中應將測斜管綁扎于鋼筋籠的迎土側，注意管內一對導槽與基坑邊垂直，待測斜管全部綁扎完畢后隨鋼筋籠沉入圍護槽內；灌注樁內埋設時應將最下面一節測斜管完全固定于鋼筋籠上，待鋼筋籠沉入孔底附近，轉動鋼筋籠使測斜管管內一對導槽與基坑邊垂直，起吊上一節鋼筋籠時，利用掛鉤鉤住該節測斜管，兩節鋼筋籠焊接完畢后，利用專用接頭將上下測斜管銜接，依次完成余下測斜管的安裝；SMW工法樁及重力式圍護中的測斜管均需鉆孔埋設，其關鍵是孔壁與管壁間的砂土回填及頂部封堵，回填砂土過程中需充水使砂密實，填至地表下1m左右后，用砂漿回填并搗實，以防雨水流入導致測斜管與攪拌體差異沉降過大而無法觀測。測斜管埋設實景圖詳見圖2和圖3。

3　測斜儀監測讀數

測斜儀一般由探頭、測讀儀、電纜及測斜管四部分組成 ，其中測斜管跟隨基坑支護結構施工同步埋設。測斜管口應固定牢靠，并做好水平位移測點的標記，每次測斜讀數前應先測讀管口水平位移，以這個讀數作為測斜的基準讀數。測斜儀兩對滑輪中心的距離一般是0.5m詳見圖1，即傳感器的工作區，傳感器測出工作區的軸線與鉛垂線之間的夾角在測斜管槽口方向的分量，將傳感器高輪對好預測位移方向，傳感器緩緩沉入管底后，放置3～5min，使傳感器的溫度與管內水溫一致，依次從管底測出各測段的水平分量至管頂，該方向測值標記為X+ ，將傳感器旋轉180°放入管內，重復讀數，第二次測值標記為X- ，測讀完畢后即完成了1個測回的觀測，根據各深度處水平位移偏量的變化即可求出該深度處的水平位移[1]。

4　監測數據處理要點[3]

(1)每次數據都應進行數據質量評價，閉合差仍然是離散性越小越好，但變化值須根據實際工況來確定，如確實由于變形引起，變化值會有明顯增加。

(2)計算方式的選擇應根據測孔的實際情況確定。測斜管埋設在較深(大于基坑開挖深度的2.5倍)硬土層中或嵌巖圍護內測斜管底部作為不動點是合理的，但一般情況下須采用“孔口控制、孔底自由”的計算方式，孔口位移值用光學儀器來測量。

(3)特殊情況如光學儀器測量困難或精度較低時，在測斜儀精度有充分保證、基坑開挖深度較淺、測斜管埋深較深的前提下，可采用“孔口自由、孔底控制”的方式處理，將最近兩次的計算結果進行比較，根據孔底位移值反推孔口位移量。

5　影響監測數據質量的因素

(1)測斜管質量和精度問題，接頭連接處不順暢。

(2) 測斜管埋設過程中接頭對接空隙較大，回填不密實等。

(3)測斜管沒清孔，管內或導槽壁泥漿較多。

(4)測斜管管口不穩定。

(5)數據沒有充分穩定。

6　工程實例

6.1工程概況

本工程位于廈門翔安區新店鎮海濱大道旁，為地上29層、地下2層寫字樓，總建筑面積約30 000m2，基坑長約42m，寬約26m，開挖深度約7.30～8.30m，采用旋挖灌注樁+一道支撐的聯合支護體系。基坑東側為城市規劃路，其余三側為現狀路，西側路下埋有燃氣和電信等管線，南側路下埋有市政雨水管、排污管。根據工程現場實際情況，綜合考慮經濟安全因素布設 4個測斜管位移監測點(圖5)監測基坑深層水平位移(預警值：累計位移>30mm或位移速率>4mm/d)，為設計、施工反饋準確的支護結構變形情況。

6.2場地工程地質條件

6.2.1土層分布及其特征

本場地土層自上而下分為：耕植土、素填土、淤泥質土、粉質粘土、殘積砂質粘性土，如圖4所示。

(1)耕植土：主要成分為粘土，稍濕，松散，厚度為0.3～0.5m。

(2)素填土：松散～稍密，均勻性較差，力學強度低，工程性能差，厚度為0.5～1m。

(3)淤泥質土：深灰、灰黑色，韌性高，流～軟塑，厚度為3.0～4.0m。

(4)粉質粘土：淺灰、褐黃色，韌性及干強度較高，可塑～硬塑，厚度為1.0～1.5m。

(5)殘積砂質粘性土：淺黃、褐黃色，可塑，厚度大于10m。

6.2.2土層主要物理力學指標

表1　土層主要物理力學指標

6.3基坑降水措施

基坑四周邊坡設泄水孔，將地下水排入坑內排水溝內，再由集水井用水泵排出坑外。基坑四周頂部設截水溝，阻止地表水流入坑內。基坑內土方開挖過程中采用管井降水法，沿基坑四周外圍布置4口降水管井，井深9.5m～10.5m。

6.4深層位移監測點布置(圖5)

基坑各側圍護結構內均埋設測斜管，在其南側近東端陰角位置埋設1根測斜管，其余圍護邊中部各埋設1根測斜管，本基坑圍護結構內共埋設4根測斜管，測點編號為CX1～CX4。

6.5監測成果及分析

各測斜孔深層水平位移變形曲線見圖6～圖9[2]，表2給出了各種工況下各測點發生的最大累計水平位移量及相應深度。

不斷加深，圍護體向坑內最大水平位移部位逐漸下移；(1)由圖3～圖9可以看出，隨著基坑內土方開挖深度于軟土層(淤泥質土)分布范圍內主動土壓力相對值較其它位置大，所以圍護結構在該深度范圍內的位移也較大，土方開挖結束后，支護結構最大水平位移的深度基本穩定；基坑圍護深層水平位移曲線為典型有支撐板式圍護變形曲線。

(2)該基坑采用了排樁+內支撐圍護結構，支撐體系采用鋼筋混凝土結構，剛度均較大，土方開挖過程中，支撐處向坑外產生了不同程度的位移，整體擾度相應增大。

(3)總體上看，各階段南北兩側圍護邊中部發生的最大水平位移較其它圍護邊突出，北側圍護邊中部較該邊西側發生最大水平位移顯著。在圍護構造及尺寸相同的條件下，長邊中部剛度較短邊要小，在基坑周邊土層分布基本均勻的條件下，長邊中部變形要大于短邊。在基坑土方開挖施工過程中，南北側圍護后機械動荷載相對較多，北側圍護后地表一段時間內出現過大量土方臨時堆載，均是造成圍護體向坑內位移的因素。

(4)由于本基坑采取了加臨時斜撐、墊層加強等措施有效降低了圍護樁向坑內的最大位移。南北側圍護邊中部最大位移量與設計值接近，北側邊最大位移量占該邊長度的0.06%左右，占基坑開挖深度的0.19%。在同類基坑中，本基坑圍護向坑內的位移量是比較小的。

7　結語

通過對本工程實例的分析，結合規范、前人研究成果及工程實際經驗，可以得出測斜儀是一種精度

高，適應性強，穩定性好的監測儀器，可從監測曲線中直接判斷滑動面的位置，是一種較好的基坑監測工具；同時也總結出影響測斜儀監測精度的三個因素：

(1)鉆孔傾斜度過大不但影響測斜管埋設，且易引起導槽偏扭，嚴重的會出現“跳槽”現象[3]。

(2)若測斜管埋深足夠，則以管底端為零位移基準點；若周圍土層屬高壓縮性軟土，也不一定能以管底端為基準點；為避免測斜管過長引起扭轉而減小埋深，則應先確定管頂坐標，并以該點為基準點，所以須綜合分析確定基準點[4]。

(3)若測斜管周圍填料不實，形成不密實空洞，則會造成讀數跳動不穩，無法反應深層土體水平位移。

[1]胡鈞.深基坑測斜監測技術及計算方法改進[J].大壩觀測與土工測試，2007,02

[2]鄺建斌. 2013XP02地塊(龍郡中澳城)基坑支護工程監測小結報告[R].2015，12

[3]劉墨云.基坑圍護墻體深層側向位移監測與分析[J].海峽科學，2007,11.

[4]朱繼文.靜安楓景苑深基坑周圍土體深層位移特性研究[J].地質與勘探，2003,39(z2)

朱維君(1983.02-)，男，學士學位，工程師，主要從事巖土工程勘察、設計、施工、監測及地質災害治理方面的工作。

Applicationofdeepleveldisplacementindeepfoundationpitmonitoringinsoftsoilarea

ZHU Weijun

(XiamenCountyDragonRealEstateCo.Ltd.,Xiamen361000)

Inexcavationofdeepfoundationpitconstructionprocess,thechangeofstressstatecausedbyasupportingstructureunderloadandleadtoretainingstructureandsoildeformation,resultinginfoundationpitfailureoradverseimpactonthesurroundingenvironment,sothedeepfoundationpitsupportingstructureofdeephorizontaldisplacementmonitoringisparticularlyimportant.InthispaperonXiamenIslandinthecoastalareaofsoftsoildeepfoundationpitdeephorizontaldisplacementmonitoringdatawereanalyzed,andputsforwardthekeytoensuretheaccuracyofmonitoringkeywasputforward.

Softsoil；Foundationpitsupport；Anglemeasuring；instrument；Deephorizontal；displacementMonitoring

朱維君(1983.02-)，男，工程師。

E-mail:276329097@qq.com

2016-01-15

U212.24+6

A

1004-6135(2016)03-0105-05