试论基坑监测工程测斜技术应用

试论基坑监测工程测斜技术应用

李康春

广州冠建工程质量检测有限公司

摘要：本文从基坑监测工程的目的和特征出发，介绍了利用测斜仪进行基坑测斜的技术机理和具体的施工应用措施，详细分析了应用要点，希望能为该技术进一步的应用普及提供一定的理论参考依据。

关键词：基坑监测工程；侧斜技术；技术应用

引言：在现代建筑工程中，基坑监测工程往往作为一个相对独立的工程辅助模块而存在，该模块由于肩负着保障施工安全的重要任务，所以非常受重视，值得进一步深入研究。因此，本文将针对该类工程中的测斜技术进行分析，希望有利于其应用水平的提高。

一、基坑监测工程概述

在建筑工程中，基坑是非常重要的一个模块，关系着整个工程的施工稳定。但由于建筑工程工期较长，基坑的内外条件都难免发生诸多变化，这些变化会导致基坑产生一定程度的变形，对施工安全造成威胁。为此，在建筑工程的施工过程中，必需要对基坑进行监测，随时观察其变形情况，判断变形趋势，对基坑变形可能造成的危险发出预警，这就是基坑监测工程。

二、基坑信息化施工中的监测技术

2.1监测点的三维位移测量

高程监测可采用独立高程系,用二等水准精度进行监测;平面位移监测常采用轴线投影法或小角度法等。

2.2围护墙体侧向位移监测

在地墙钢筋笼及钻孔灌注桩制作过程中埋入测斜管,长度同墙(桩)深,测斜管管径为70mm。测斜管内壁有二组互成90b的纵向导槽,导槽控制了测试方位。测试时,测斜仪探头沿导槽缓缓沉至孔底,经过一段时间恒温后,自下而上以一定间隔,逐段测出对应方向上的位移。同时用光学仪器测量管顶位移作为控制值。经过平差计算可得各深度的侧向位移值。

2.3坑外土体侧向位移监测

可在基坑外侧距地墙外边缘一定距离的位置(随工程情况而定)钻孔埋设测斜管,管径为70mm,长度超过墙深5m,埋设的主要目的是监测地墙底部的变形。埋设时采用5110钻头成孔,埋设70的专用监测PVC管,下管后用中砂密实,孔顶附近再填充泥球,以防止地表水的渗入,其原理与围护墙体侧向位移监测相同。

2.4地墙钢筋应力监测

由于某些基坑工程开挖深度较大,周边环境对变形要求很高,地墙较厚(1000mm或更多),必须在地墙钢筋笼内设置钢筋应力计以测得地墙内力变化情况。因塔楼区基坑呈圆形,每个地墙槽段呈折线型,因此应力计的设置要能分别监测地墙钢筋竖向和环向的内力变化情况。在地墙钢筋笼绑扎好放入基槽前,将应力计焊接在设计深度处的墙体主筋上,并将导线引出地面,同时作好保护措施避免地墙混凝土浇灌时被破坏(曹国金等,2002)。例如ZXY-Ⅱ型频率计实测振弦式钢筋应力计频率的变化,根据出厂时标定的频率-应力率定值,求得应力变化值:

式中K为率定系数(kN/Hz2),F0为应力计初始频率(Hz),Fx为应力计测试频率(Hz),Rx为实测钢筋计的应力(MPa),S为应力计截面积(m2),圈梁、围檩及立柱桩的钢筋应力测试方法和原理相同。

2.5地墙混凝土应力监测

对地墙的钢筋受力状况和混凝土受力状况分别进行监控,可以确定两者的受力是否协调。在地墙钢筋笼,放入基槽前,将混凝土应变计安装在设计深度处的墙体上,并将导线引出地面。用ZXY-Ⅱ型频率计实测混凝土应变计频率变化,根据出厂时标定的频率-应变率定值,求得应变量变化值,从而推算出墙体混凝土应力。圈梁、围檩的混凝土应力测试方法和原理相同。

2.6地墙墙侧土压力监测

基坑开挖施工中,由于坑内土体卸载,导致墙体内外土压力失衡。对坑底以下地墙迎坑面一侧土压力的变化进行监测,可以有依据地控制开挖速率,以达到施工安全。用振弦式土压力计实测其频率的变化,根据出厂时标定的频率-压力率定值,求得土压力值。采用挂布法埋设。安装时,预先将缝有土应力计的帆布挂帘平铺在钢筋笼表面并与钢筋笼绑扎固定,挂帘随钢筋笼一起吊入槽内,在浇筑混凝土时,由于混凝土在挂帘的内侧,利用流态混凝土的侧向挤压力将挂帘连同土应力计一起压向土层,并迫使土应力计与土层垂直表面密贴。

2.7坑外孔隙水压力监测

基坑开挖及深井降水均会引起坑外孔隙水压力的下降,有必要对基坑外侧的孔隙水压孔口高程减磁环深度即得各磁环的初始高程。每次测得磁环高程与初始高程的差即为测点高程的累计变化量。

2.8钢支撑轴力监测

为了测定深基坑内钢支撑结构的实际受力情况与设计轴力的差异,防止围护结构的失稳破坏,须对支撑结构中受力较大的断面进行监测。被测断面埋入应变计,支撑受到外力作用后产生形变。其应变量通过振弦式频率计来测定。测试时,按预先标定的率定曲线,根据应变计频率推算出支撑轴向所受的力。

三、基坑监测工程的测斜技术机理

在现代的基坑监测工程中，测斜工作通常是使用测斜仪进行的，尤其是可以观测基坑变形的滑动式测斜仪，应用非常广泛。这种测斜仪在使用前需要预先在监测点埋下测斜管，这样一来一旦测斜管埋设位置的结构体或土体产生变形，测斜管也会相应变形，这时以测斜探头依次测量每个观测点，就能将水平位移量测出，由此获得测斜数据。通过分析测斜数据，可以掌握整个基坑的变形情况，确认目前的变形是否尚处于工程允许的范围内，这对施工安全具有非常重要的意义。

四、基坑监测工程的测斜技术应用

4.1设计测斜管位置

基坑测斜需要布置一定数量的测斜管，而测斜管的位置并不是随便选取的，要在实际布置之前根据基坑的实际条件和测斜需求合理设计。因此，进行基坑测斜监测前，要先对基坑情况进行适当的考察，同时结合工程的实际情况、具体进度、支护结构、周边环境等因素设计每个测斜管的布置点。要注意，测斜管应能保证将基坑的变形情况反映出来，所以测斜管的布置点通常在基坑的关键部位或者各边的中部，如果基坑监测工程以结构变化为监视重点，测斜管的埋设点应选为结构体内部;如果基坑监测工程以土体变化为监视重点，测斜管的埋设点应选为土体中。此外，当测斜管需要埋设在土中时，需要具有足够的埋深，所以在设计测斜管的位置时还要考虑到埋设位置的可允许埋深，埋深受限制的区域在设计上要尽力避开。

4.2准确埋设测斜管

测斜管的埋设精度与最终的测斜精度有直接关系，因此测斜管除了要保证位置设计准确外，施工中的精确埋设也是非常重要的。值得注意的是，测斜管埋设在结构体中时和埋设在土体中时存在施工要点差异，以下将分别进行分析。

如果测斜管需要埋设在围护结构中，则要在混凝土浇筑前固定好测斜管，首先把测斜管和钢筋笼捆扎在一起，放入槽或成孔中时要保证同步性，这样一来混凝土的浇筑完成后，测斜管就被固定于桩墙结构里。需要注意的是，浇筑的混凝土会挤压并渗入测斜管进而导致管体变形，大幅降低埋设精度，所以需要在测斜管里注入清水，以抑制混凝土的渗入。

如果测斜管需要埋设在土体中，则无法直接埋设，必须先在埋设点打孔，为了保证孔的精度，打孔工作通常使用地质钻机进行。在测斜管实际入孔前，需要先把分段的测斜管连接起来。这种测斜管不会被混凝土渗入，但是土体中泥浆的渗入同样会降低精度，所以除了要注入清水外，还要注意分段连接处的密封。

4.3分析测斜精度

虽然技术的进步大幅提高了测斜仪本身的精度，但由于基坑监测本身就是一个复杂性和动态性较强的工程，测斜过程中难免受到诸多变化因素的影响，所以实际工程中的系统精度非常有限。基于此种原因，我们在布设好测斜系统后需要对系统进行精度分析，以确认系统的可靠性并预期测量误差。具体的精度分析方法有两种：第一种是针对其中一个测斜管连续取多期数据，验证单孔数据的重复性并求取不同深度下测斜仪数据的均方差。通常情况下，数据重复性越高，均方差的累增幅度和最大值越小，该套测斜系统的精度也就越高。第二种是选择某个测斜点以全站仪监测法观测二维变形量，将获得的结果与测斜仪所测得的结果进行比较，如果二者的测量差异控制在2毫米以下，也可以证明测斜系统具有足够的精度和可靠性。

4.4处理测斜数据

测斜系统的数据处理与分析主要是通过测斜仪自带的数据处理系统完成的，但由于数据处理系统的功能仍不够完善，所以有部分数据处理工作需要测量人员自行完成。具体来说，测量人员需要进行以下几方面的数据处理工作：第一方面是误差处理。因为目前的数据处理系统是将测得数据求平均数后直接存储的，但由于数据采集中的数据跳动现象，这种单纯的处理方法会产生连锁反应进而形成测量误差。因此，测量人员需要根据测斜仪的正反数据特征建立数学模型，将这种粗差筛选出来，对数据进行精度修正。第二方面是大批量数据分析。由于建筑工程往往具有大规模特征，所以基坑监测工程的任务量也非常繁重，测斜仪往往会产生极为庞大的数据量。这时测量人员需要把这些数据输入计算机系统进行进一步的统合分析。第三方面是变化预警分析。测斜系统测得的数据只能反映出基坑的现状，无法进一步反映出变化的总体趋势，因此测量人员还要对获得的数据进行编制与动态分析，确定基坑的变化曲线，以及时发现危险变形，防患于未然。以地球物理仪器研发和油气与金属矿产资源综合研究平台项目基坑工程为例，该工程共选取26个测点，总观测次数34次，在这34次观测中，WY03点变形最大，因此监测中做出了此点的水平位移变形曲线，该观测点在14年3月4日出现最大形变，形变量达到21毫米。工程中根据曲线变化态势一定程度上预期了该情况并给予了及时的提醒，起到了安全预警的作用。

结束语：

现代工程的发展令人们越来越重视施工安全，对基坑监测中测斜精度的要求也越来越高。本文所述的技术应用手段只针对目前的相关技术，虽然能保证较高的测量精度，但并非没有更多的发展空间。因此，相信基坑测斜精度在未来会随技术的发展而进一步提高。

参考文献：

[1]高大钊，等.深基坑工程2017.9

[2]余波.基坑工程的信息化施工2016.12

[3]JGJ/T8-97建筑变形测量规程2017.6