深基坑施工中的变形监测

第

卷第年

期月

浏

绘乏

工

程,

,

深基坑施工中的变形监测黄立人挑忠杰王若柏国家地震局第一地形变监测中心

’

摘要来越大。。

随着经济的发展高层和大型建筑物越来越多建筑物的深墓坑开挖的深度和规模也越,,、

为保证基坑开挖的安全及降低工程的造价扩基坑施工中的变形监浏已经越来越受到人们的深

重视现行规范中规定的监浏方法精度和监浏的内容已不能适应深塞坑施工的要求文中以今晚报大

厦深塞坑施工中的变形监浏为例介绍变形监浏的一些进展,

关扭词分类号

变形监浏,

深墓坑施工塞坑开挖

“

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”

工程概况及深基坑施工支护体来天津今晚报大厦建筑面积层总高度,

万

,

其中地下室,

万

,

地上建筑物,。

万

,

塔楼,

工。

。

两层地下室的平面形状不规则两层最大尺寸二,

基坑深

周边

长,

左右基坑南侧与地下铁道相距见图,。

并有国际电缆管线等重要设施北侧有中小学

、

两座距基坑仅

由于天津市地下水埋深浅且为软土地基通常的地连墙或连排桩加拉锚的方法和大截面,

悬臂护坡桩难以满足对基坑支护的要求因此今晚报大厦的基坑施工中在国内首次采用了内,,

。

“

一一一一收稿日期截稿日期编者按本文介绍对大型建筑物基坑支护体系的水平与垂直变形结构应力与压力变化的全面监侧得出一些有益结论是一篇几何盆变形监侧和物理盆变形监侧的好文章供工程侧盈工作者参考,

辛

、

,

,

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第

卷

环支顶的新工艺这种支护方法的要点是在大厦基坑周边设计了单排密连灌注护坡桩桩径,,

”

。

注

二

,力计,生杆上

位

小

娜乌升食

二一

桩长,

。

桩顶至室外地,。

坪护坡桩外做水泥深层搅拌体止在深水帷幕二

。

旗图,

力,

,为吐内的,

二

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二

二

度二

处于签坑中央设置外径的钢筋破圆形环梁该梁截,。

一

面为

二中,

。

支承在的预先。

根

灌柱桩柱上示意图见图里皮设置用工字钢,

在护坡

‘

的边梁

甚坑平面与观测体系布皿图

在环梁与边梁之间安装放射

形支顶杆间隔

共

根翎管示意图见图

监

的要求,’户

为保证整个墓坑施工过程中支护体系的安全性和墓坑边坡的稳定性确保基坑周围原有建筑物地,

铁学校居民等的安全经设计施工监测各方研,

、

、

、

、

一

究确定建立一个包括位移水平和垂直

,

、

倾斜应变图。

、

畜

一谭,

声御沪护心沪人喇

二

曰

及受力状态等项内容的完整的监测体系环梁及边梁的水平变形和箱定性监测

边梁与内环梁创面图

支护体系是否能保证施工安全水平变形是最重要的指标,

由支护体系结构可以看出若水,

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图

水平位移边角监测网略困

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第

期、

黄立人姚忠杰王若柏深基坑施工中的变形监,。

平变形过大支护体系失稳就会造成重大的工程事故。

要求水平位移的监测精度达到。

由于场地及观测条件限制采用常规的高精度测边或测角网均无法满足要求,,

经过仔细的。

精度估算最终决定建立以率计进行边频同测并以,,、

一

激光测距仪标称精度个观测点以开头的点,

十

,

辅之以高精度频个观测点

经纬仪作方向观测的一个网形极为复杂的边角网见图边梁上埋设了、

在此网中环梁上均匀地埋设了以

开头的点

,

在工地外的南京路中央绿化带上埋设了、

个基准点

,

在施工现场四

周埋设

个过渡点

。、

。

。

环梁及边梁的垂直变形和稳定性监测环梁若有较大的不均匀垂直位移在巨大的侧压力下失稳可能被顶翻因而必须监测其垂直,,

位移前面所述的环梁和边梁上的水平位移观测点同时也是垂直位移监测点对这些观测点采,

。

。

用

精密水准仪与水平位移同步进行垂直位移监测仪器的标称精度为。

。

。

实测

垂直位移精度在本网中优于

由于环梁稳定性对整个支护体系安全性的特殊重要性还在环梁和边梁上布设了一套自行,

研制的连续自记的垂直形变监测仪该仪器有上

个传感器分别均匀地分布在环梁,。

个和边梁,

个作为参考点,

,

实时监测这些传感器之间的相对高差倾斜变化这种变化转换成电讯

号,。

传输给一台微机并在微机的屏幕上实时显示出任意两个探头之间的高差变化曲线同时以数字形式将监测结果存储在软盘中供日后分析用必要时也可由打印机随时输出监测结果供设计,、

施工人员分析么

。

在图

中已标出了仪器传感器布置的位置,。

。

显然这套连续监测系统的结果可,。

与精密水准定时监测结果互相验证环梁应变监测,

实际结果表明两者之间具有很好的一致性,

监测体系中在环梁的内壁对称地布设了内壁应变进行实地测量。

个应变测量标志用手持应变仪每天一次对环梁显然这些应变测,

这些观测点与环梁上相应位移观测点很近见图

量结果也可与水平位移观测结果互相验证

环梁与边梁间支护杆轴向受力的监测为了实际测量支护杆的受力情况得到基坑边坡压力的数据我们把岩石破裂横拟试验技术,,

移植过来研制了一套计算机控制的自动测力系统,

。

根据工程设计人员估计监测点处边坡侧压,

力可能在。

以下研制的测力系统最大量程约为,

多一些但实际监测结果表明,

的。

估计是过低了这套测力系统共有个,

个测力探头安装在,

根支撑管的边梁端大约

安装一,

测力计探头的分布位置如图,

所示。

这套测力系统以,

秒钟的采样间隔采样间隔可通过微机中在

软件调控

依次检测各测力探头的压力数据并将这些数据通过电缆传输到一台屏幕上数据每,

屏幕上显示各被测杆件当时的压力值

秒钟更新一次后来根据施工人员要求。

将采样间隔延长至

分钟

,

数据同时被存入硬盘供日后进一步分析之用。

任何时刻的测力数

据也可通过打印机打印出来供现场指挥作施工调度的依据,

对相邻建筑物影响的监测为了不使基坑四周原有建筑物的安全受到威胁还在基坑与周围建筑物之间布设了一系列,

垂直位移监测点用精密水准进行联测这些监测点的布置如图,,

中的

开头的点所示

。

实际监

测结果表明变形不致引起周围建筑物的安全受到威胁也证明了这套支护体系的有效性,

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测

绘

工

程

第

卷

监测的结果限于篇幅不可能

给出全部监测结果的数据和图件这里只给出一些代表性的实测结果,,。

对

于监测中发现的间题和一些初步结论将在下一

节中讨论表

。

略去部分数据给出了水平位移监测的

精度从,

年月

月

日开始首次观测到基,

坑施工完成。

日最后一次监测共观测了,,

次在施工最紧张的时期每隔一次图。

天即复测图

则给出了最后一次水平位移监测相对。

于首次测量的累积位移矢量

各监测点的累积位移矢。

图

表

略去部分数据给出了各监测点的垂直位移监测结果前已述及连续监测的结果与之,

十分一致未再列出具体的数据,

。

表号序,上

各期平面移位监测精度表最弱点点位误差最小误差分。

监侧日期。。

监侧手段侧距侧距侧距

最大误差分。

点位误差。

单位权中误差。。

备注约相当于侧的误差

边长

。

。

。

侧方向侧距侧方向

方向观侧中误差勺。。

方向观侧中误差…

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…

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方向观侧中误差

勺勺

方向观侧中误差

表一

垂直位移观测结果摘要一

单位一一

一

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子》

第一期观测日期于重建

一

件,

月

日前被破坏

表示该变化是相对于第重建

期的

于

月

日前被破坏

,

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第

期

黄立人挑忠杰王若柏深基坑施工中的变形监浏

图日结束。

给出了

个测点中的

号环梁内壁应变测量点的过程曲线从

月

日开始至

月

之

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图

号侧点应变测妞过程曲线。

图

给出了给出了

个支撑杆件的压力测量中的第一号测点,’

点附近的受力过程曲线监测,

从,

月

日测力系统安装调试完成开始至

月

日结束

。

图

月

日基坑已开挖到设计标高时所测的,

个支撑杆件相对受力大小的比。

较测力杆件上指向环梁中心箭头的长短表示杆件上受力的相对大小

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图

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一

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号洲点应变测过程曲线

圈

基坑开挖完成时受力分布示意图

监浏结果的启示从整个监测所反映的基坑支护体系的变形根据这些变形所采取的工程措施以及最终基坑,

,

施工顺利完成的过程来看有以下一些启示,

整个支护体系是有效的虽然也出现了一些迹象表明支护体系的强度在某些部份不足但,,

经监测及时发现并采取了局部加固措施保证了支护体系的可靠工作证明这种支护体系在软土,

。

地基基坑施工中是一种费用相对较低安全性相对较好的支护体系。

,

。

监测工作在保证支护体系的安全中起到了重要作用在监测中发现某些监测点产生明显的位移应变增大支撑钢管出现明显变形挠曲及时采取了两个主要措施一是在变形较大的,,、。

地方加撑了工字钢联系梁对薄弱地方进行加固,二是调整开挖进程和开挖区域使支护体系受,,

力状况得到调整防止个别杆件受力过大造成破坏实践表明这两个措施十分有效故有许多,,

。

,

。

建筑专家把这种根据定量监测结果来指挥调度施工进度以及决定采取工程措施为依据的做法,

、

誉为把以往的凭经验施工向信息化施工转变的重要一步

“

”。

从

月

日至

月

日边梁上累

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浏

绘,

工

程,

第

卷

积位移最大的长仅,

。

点向环梁中心位移为。

环梁东西方向直径缩短,

而南北方向伸。

环梁本身没有明显的位移,

总体说来边梁和环梁的变形有良好的协调一致性,。

应变测量结果表明环梁始终处于受挤压状态与设计的初衷完全吻合。

因此硷的抗压,

性能在这一支护体系中得到充分发挥施工中调整开挖区域对应变的影响要比对位移的小主要,

表现在改变应变增加的速率

。

钓位移与应变均有一种滞后效应监测结果表明当基坑开挖到设计标高后仍有一段时间,,

。

环梁的应变及边梁和环梁的观测点的位移还要继续增加虽然速度慢一些这一实测结果对于基,

。

坑施工的安全性十分重要即基坑开挖到设计标高后不再向下开挖时仍有可能造成支护体系的,,

失稳破坏

因为还有一段时间位移应变应力仍在增加因此监测工作必须持续到稳定之后方,,

、

、

、

。

可停止

。

监测结果还表明某些经验数据设计依据等有进一步调整修改的必要例如对于环梁,

、

、

。

,

支撑杆设计时凭经验和规范计算预计受力不会超过,,

,

但实测结果超过了,。

,

甚至有达

的其中一个原因是没有顾及支护杆钢管的热应力据事后计算由于支撑用的钢管在夏季,

。

施工时钢管在一天中温度差超过以大致看出受力在一天中的周期变化。

,

℃相应的热应力产生的挤压力约为,。

在图,

中也可

,

另一原因可能是设计中所用的公式或参数与实际情况有、

偏差因此完整的监测资料也为修改设计规范改进设计积累了宝贵的实测资料而成为今后这,

一工作的重要依据,

。

这一支护体系由于整体上没有水平位移因而基坑施工过程中对相邻建筑物影响不大,

,

。

根据监测结果基坑南侧不足十米处的各监测点均无明显垂直变形地铁和各种管线在基坑的整,

个施工过程中一直正常运行东侧和北侧的学校建筑和居民也都安全监测结果曾发现、

。

。

、

二

、

‘

点有明显垂直位移最大达一,,

。

据此调查了该处发现基坑的止水帷幕在此处漏,。

水采取措施堵漏后上述现象停止发展再次证明监测对指导施工的意义,

初步结论今晚报大厦基础施工内环支顶体系的变形和受力情况的全面监测为施工提供了准确及时,

的变形信息为施工计划安排及时排除险情随时采取有效的防范措施提供了依据为保证工程施工安全和进度创造了条件对于天津市这样的软土地基上的高层和大型建筑物的基础施工实,。

,

、

、

,

现从经验型的设计施工向信息型的设计和施工过渡作了有益的尝试取得了初步经验完整的,

、

、

监测资料和数据还对今后类似工程的设计和施工提供了直接的定量参考依据通过这项工程的,

变形监测我们认为对于高层和大型建筑的基础施工来说实行全面的监测是完全必要的,,

。

这项工作是一般,

的工程测量无法胜任的

。

它需要科学地进行监测体系的设计采用高精度高科技的监测手

段和,,、、

、

分析方法来实施,,

。

通过系统监测监视土压力水压力的变化引起的位移电脑自动监测实时显、

示并分析支顶杆轴力温度应力环梁内应力的变化来监视制定支护体系的安全与否,,,

。

根据监,

测结果象今晚报大厦基础施工那样及时调整工程施工计划有的放矢地采取局部加固措施不

但可有效地保证施工安全而且可显著降低工程造价具有明显的经济效益,,

。

水平和垂直变形的监测配合以应变测量的监测手段是有效的可靠的,

、

。

它可敏感及时,

、

地反映支护体系受力后的变形为安全性评价提供可靠的依据,

。

从监测精度来看要求水平位移

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第

期,

黄立人姚忠杰王若柏深基坑施工中的变形监侧

达到士

的精度垂直位移达到,,。

的精度可基本满足要求,,、

由于施工场地及观测条件的特殊性达到上述精度要求并不是一件容易的事采用常规的控制测量方法难以满足要求必须采用高精度的仪器并且在对中照准标志装备上采取特殊的措施才有可能在监测网的设计阶段必须对设计的网形观测的元素采用的仪器观测方案等各种因素综合考虑并通过严格的试算作出全面精度估计并加以逐步调整以达到预期的要求,。、、、

,

。

边角网是一种有效的可供选择的方案,。

。

应力或压力的直接测食对于这一类防护体系的安全性评价具有重要意义值得大力发,,

展本项工程的监测体系中首次试用了自选研制的测力体系虽然效果尚不能令人满意但积累,,,

了经验找出了改进方向主要有量程应留有充分的余地以适应其它因素造成的支保体系的附,,

加受力采样间隔可以大为加大改进仪器工作的可靠性和抗干扰能力尤其是抗电干扰能力改,

进力传感器的可靠性和可标定性研究仪器安装方案减少被施工损坏的机会,、

,

。

进一步研制数据的现场实时处理显示软件以便能实时提供监测结果,

从支护体系的稳定性监测来说本项工程的监测体系仍有不完善的地方即只对边梁和,

,

环梁的变形进行了监测而没有对支护体系的另一组成部分,

测,

原来的设计方案是通过支撑杆的受力来对它进行监测。、、

,

射状的支撑杆的变—辐测力系统盆程不够形进行监且屡遭报但由于,。

坏未能做到有效监测

基础施工中的变形监测必须与工程甲方设计施工部门协同努力才能充分发挥作用

—应变监测在上总结经验并拓展到柱梁板控制部位的应力应变监测根据采集的信息此次监测的墓础—此种信息比实验室的信息更富有实际性进一步优化设计降低造价意义非常重大建议,

对于高层建筑深基坑工程必须及时采取高科技的应力,、、

,

,

、

’

布考文献江的丽区绍君汤志国千电子倾角仅在高大建筑粉变形监浏中的应用工程劫察,,

,

峋本集浏全数据的统计分析与变形分折北京洲绘出版社

,

式汉侧绘学院大地洲作音简介黄立人

系地宋洲

教研组大地形变浏全学下册,

北京地定出版社,

,

国家地衰局第一地形变监浏中心研充万中国侧绘学会理事中国地衷学会理辛中,。

国特种精密工枉浏全研宪中心理事,

,出版动态大地浏,

、

四维大地浏全定位地应力场膝合研充及地球物理大,

、

地浏全李子多种专著及译井发衣各种学术论文数十篇甘获国家自然并学三千笑省邵级一二三千笑多项

、

、

。

地址挑忠杰王若柏

天津河木区津店套路一号桥娜编国家地定局第一地形变监浏中心高级工程师天津市浏绘学会理事,。

硕士国家地衷局第一地形变监侧中心研充资

、

。

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