摘要:經(jīng)濟發(fā)展的同時,城市建設(shè)也在迅速發(fā)展,對地下空間的開發(fā)導(dǎo)致了大量的深基坑工程。文章首先介紹了現(xiàn)狀,基坑變形的概述,產(chǎn)生的原因和工程具有的特點,據(jù)此進(jìn)行基坑的三維變形監(jiān)測。介紹了全站儀、深層沉降儀和測斜儀在三維變形監(jiān)測中的應(yīng)用和方法。最后介紹了現(xiàn)有儀器、方法在變形監(jiān)測中的不足和問題。
關(guān)鍵詞:深基坑;變形;觀測;監(jiān)測方法
基坑工程施工中對基坑監(jiān)測及其周邊相鄰建筑物、道路、地下管線、隧道等保護(hù)對象進(jìn)行沉降及水平位移監(jiān)測,已越來越受到人們的重視和推廣。在過去幾年中,因深基坑工程開挖引起基坑變形、周邊相鄰建(構(gòu))筑物沉降,從而導(dǎo)致基坑坍塌、相鄰建 (構(gòu))筑物開裂甚至倒塌的工程事故頻發(fā),造成了嚴(yán)重的人員傷亡事故和經(jīng)濟損失。深基坑的支護(hù)設(shè)計、施工及其監(jiān)測已逐漸形成共識的系統(tǒng)施工工藝流程,且基坑監(jiān)測是其中一個重要的組成部分,而施工場地變形監(jiān)測作為基坑監(jiān)測的一個重要內(nèi)容越來越受到重視。因此,信息化施工將成為未來施工的顯著特征之一。作為一個與復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境緊密相關(guān)的系統(tǒng)工程,及時的信息采集、分析、處理,既可以真實地反映基坑實際的運作狀態(tài),指導(dǎo)下一步的工作,又可以及時采取相應(yīng)的措施。
一、基坑變形的概述
隨著建筑行業(yè)施工的日益規(guī)范化,基坑工程開挖采用信息化施工必將成為一個發(fā)展趨勢。基坑在開挖施工過程中由于受基坑土質(zhì)、開挖深度及尺寸、周圍荷載、支護(hù)系統(tǒng)及施工方法等諸多因素影響,變形將是不可避免的。盡量減少基坑開挖對周邊環(huán)境的影響,對基坑周邊建筑物、基坑土體及支護(hù)樁的位移等進(jìn)行變形監(jiān)測,盡可能的對它們在后續(xù)施工中的變形進(jìn)行預(yù)測,了解其有無較大的不均勻沉降,以便采取有效的補救措施,是現(xiàn)代建筑基坑施工中面臨的重要問題。
深基坑工程是綜合性較高的一門學(xué)科,不僅涉及到測繪工程,還涉及到巖土工程、結(jié)構(gòu)工程以及施工技術(shù)等多學(xué)科的相互交叉,是多種復(fù)雜因素交互影響的系統(tǒng)工程。
二、基坑變形的機理
基坑變形包括支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑底隆起和基坑周圍地層位移;又車貙右苿邮腔庸こ套冃慰刂圃O(shè)計的首要問題;拥拈_挖過程是基坑開挖面上卸載的過程,由于卸載而引起坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移,同時也引起圍護(hù)墻在兩側(cè)土壓力差的作用下而產(chǎn)生水平位移, 因此產(chǎn)生基坑周圍地層位移,而坑底土體隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移是引起周圍地層移動的主要原因。
三、深基坑工程特點
根據(jù)建設(shè)部建質(zhì) 200987 號文關(guān)于印發(fā)《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法的通知》規(guī)定:深基坑一般是指開挖深度超過 5 米(含 5 米)或地下室三層以上(含三層),或深度雖未超過 5 米,但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境及地下管線特別復(fù)雜的工程。其特點歸納起來主要有以下幾個方面:
(1)基坑支護(hù)體系是臨時性的結(jié)構(gòu),其安全儲備較小,具有較大的風(fēng)險性;诖颂攸c,基坑工程在施工過程中應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測,并制定相應(yīng)的應(yīng)急措施,一旦在施工過程中出現(xiàn)險情,必需及時進(jìn)行搶救,確保工程和施工人員的安全。
。2)基坑工程具有很強的區(qū)域性。不同地基土的地質(zhì)條件和水文條件不同,相應(yīng)的基坑工程差異性也很大。而且,在同一城市的不同區(qū)域基坑工程也有很大差異。因此,基坑工程的支護(hù)體系設(shè)計、施工以及基坑開挖都要因地制宜,而不能照搬外地經(jīng)驗。
。3)基坑工程具有很強的個性;庸こ痰闹ёo(hù)體系設(shè)計、施工和基坑開挖的相關(guān)影響因素有很多,比如,工程地質(zhì)條件、水文條件、基坑周邊的建筑物、道路、地下管線等。這些因素在設(shè)計及施工過程中,都應(yīng)該考慮到,以免造成安全事故或者破壞周邊的已有建筑物或設(shè)施。由此可見基坑工程具有很強的個性。因此,如何對基坑工程進(jìn)行分類、如何規(guī)定統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形容許值標(biāo)準(zhǔn)對,在目前來說是比較困難的。
。4)基坑工程綜合性強;庸こ淌且豁椌C合性的巖土工程,不僅包含巖土工程知識,還包含了結(jié)構(gòu)力學(xué)、水力學(xué)、計算理論、測試技術(shù)、施工機械及技術(shù)等多學(xué)科的綜合知識。
。5)基坑工程具有較強的時空效應(yīng)。對支護(hù)體系的變形和穩(wěn)定性有大較大影響的因素主要有基坑的平面形狀及基坑深度。此外,也需要對地基土體的蠕變性加以關(guān)注和研究,特別是軟粘土的蠕變效應(yīng)。在蠕變效應(yīng)的作用下,隨著時間的推移地基土體強度降低,土坡穩(wěn)定性變小變得易于發(fā)生失穩(wěn)破壞。所以必需重視基坑工程的時空效應(yīng)帶來的不良影響。
。6)基坑工程是系統(tǒng)工程;庸こ逃芍ёo(hù)體系設(shè)計、施工以及基坑開挖三部分組成;娱_挖的施工組織是否合理將對支護(hù)體系能否成功支撐住基坑邊、安全穩(wěn)定地運行產(chǎn)生重要影響。不合理的基坑開挖順序以及過快的開挖速度都可能引起主體結(jié)構(gòu)樁基變位、造成支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大,甚至引起支護(hù)體系失穩(wěn)而導(dǎo)致破壞,引發(fā)工程事故。同時在施工過程中,應(yīng)加強對支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測,密切關(guān)注支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作情況,一旦出現(xiàn)異常情況能夠及時發(fā)現(xiàn)和采取應(yīng)急補救措施。
。7)基坑工程具有環(huán)境效應(yīng);娱_挖必然會引起周圍土體地下水位的變化和應(yīng)力場的改變,從而導(dǎo)致周圍地基土體產(chǎn)生變形,并對周圍建筑物、道路和地下管線產(chǎn)生影響,甚至影響其正常使用或安全。此外,大量土方外運也將對城市交通、路面衛(wèi)生和棄土點環(huán)境產(chǎn)生影響,施工過程中產(chǎn)生的施工噪音也會對附近居民產(chǎn)生影響。
四、基坑的三維變形監(jiān)測
4.1 利用全站儀進(jìn)行三維變形監(jiān)測
4.2利用深層沉降儀進(jìn)行變形監(jiān)測
深層沉降儀的組成
深層沉降儀是用來精確測量深基坑范圍內(nèi)不同深度處各土層在施工過程中沉降或隆起數(shù)據(jù)的儀器。它由對磁性材料敏感的探頭和帶刻度標(biāo)尺的導(dǎo)線組成。當(dāng)探頭遇到預(yù)埋在預(yù)定深度鉆孔中的磁性材料圓環(huán)時,沉降儀上的蜂鳴器就會發(fā)出叫聲。此時測量導(dǎo)線上標(biāo)尺在孔口的刻度以及孔口的標(biāo)高,即可獲得磁性環(huán)所在位置的標(biāo)高。通過對不同時期測量結(jié)果的對比與分析,可以確定各土層的沉降(或隆起)結(jié)果。