信息化监测在深基坑工程中的应用

　　【摘要】：在深基坑施工过程中进行工程信息化监测，利用其反馈的信息的数据，一方面可及时采取技术措施防止发生重大工程事故，另一方面亦可为完善计算理论提供依据。
　　【关键词】：深基坑；信息化监测；监测控制值；监测频数
　　近年来，随着我国国民经济的快速反展，各项建设工程以前所未有的规模和速度发展，在城市土地资源日益匮乏的现实条件下，城市地下空间的利用带来了城市建设的无限的想向空间，同时深基坑工程也成为土木工程领域新发展的一门新学科，深基坑工程实践性强，影响深基坑工程的不确定因素多，如土工参数的准确性，气候的影响，计算假定，施工条件和队伍的素质，以及周围环境的多样性，都使深基坑工程成为土木工程中风险性较大的一种工程。
　　鉴于深基坑工程的复杂性和不确定性，理论计算还难以全面准确地反映工程进行中的各种变化，所以，在深基坑施工过程中进行工程信息化变形监测是十分必要的，利用其反馈的信息的数据，一方面可及时采取技术措施防止发生重大工程事故，另一方面亦可为完善计算理论提供依据，下面就信息化变形监测在嘉利浦江公馆深基坑工程中的具体应用，向大家作简要介绍。
　　一、工程概况
　　嘉利浦江公馆位居上海外滩十六铺游艇码头西侧，是“外滩金融集聚带”内极稀有的高档精装修住宅，总用地面积为10848m2，工程由5幢15～30层高层住宅楼和1幢地下3层中央汽车库组成。
　　本工程的±0.000相当于绝对标高5.20m，自然地面标高约为3.85m～4.10m，住宅楼基坑底标高为－3.85～－5.45m，挖深为2.75～4.35m；地下车库基坑底标高为12.20m，基坑实际开挖深度为10.85～11.10m。
　　本工程周边环境西临中华路，退红线4.0m，红线外有电力线、煤气管，相距12m；北侧老太平弄，退红线12m，马路下有电力电缆、600雨水、300供水管，马路对侧为六层老式居民楼，且底层为上海十六铺粮油食品交易市场；东侧为外咸瓜街，退红线3.0m，路下有600雨水、150供水管；南侧为规划道路，退红线12m，路下有规划中的地铁9号线，离3＃楼为10m。
　　据地质勘察报告，在基坑开挖影响范围内的土层为：
　　

基坑开挖影响范围内的土层

　　二、围护方案设计
　　围护结构设计分为内外两层，内层为地下车库而设，外层为住宅楼而设，地下车库四周采用D850＠600搅拌桩隔水，搅拌桩穿过②3－2砂质土层进入⑤1层，需要用三轴机施工。用D950＠1100钻孔灌注桩挡土，设二道钢筋砼支撑，形成一个独立的封闭围护体系。深基坑面积约为4000平方米，形状极不规则，支撑平面布置为角撑与对撑相结合，西侧还设置一个弧形拱梁，同时利用第一道支撑设一座挖土栈桥，栈桥下立柱加密，钢立柱间设剪力撑联系。住宅楼基坑围护用重力式挡土墙，桩径为700mm。
　　深基坑内降水采用真空深井，深井平面布置约为150平方／口井，深井管要求带二个滤头，在坑底以上及以下各一个，第一个滤头挖出后，割去上端井管，四周立即用粘土封闭。
　　三、监测内容
　　本工程施工周期较长，分桩基施工与基坑开挖两部分，基坑开挖面积大深度较深，施工流程较多，对周围环境的保护要求高。根据基坑开挖施工的基本特点是先变形后支撑。在软土地基中进行基坑开挖及支护施工过程中，每个分步开挖的空间几何尺寸和开挖部分的大支撑暴露时间，都与围护结构，土体位移等存在较强的相关性。这就是基坑开挖中经常运用的时空效应规律，做好信息化监测工作可以可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力，从而达到保护环境及围护环境及围护工程本体安全的目的。
　　根据本工程的周围环境，基坑本身的特点及相关工程的经验，确定本深基坑工程信息监测的主要内容为：
　　１）、周边环境监测；
　　a．地下综合管线垂直、水平位移监测
　　b．附近建筑物垂直位移、裂缝、倾斜监测
　　２）、围护体系监测
　　a．围护顶部变形监测
　　b．围护体侧向变形监测
　　c．支撑轴力监测
　　d．立柱桩垂直位移监测
　　e．坑外浅层水位监测
　　３）、3～5＃楼及南侧先期施工的保护监测
　　a．3～5＃楼上部结构的沉降观测
　　b．3～5＃楼南侧坑外土体侧向变形及分层沉降监测
　　c．3～5＃楼南侧孔隙水压力监测
　　由于本工程基坑南侧边线已侵入轨道交通9号线50米控制区域内，在设点时重点考虑对基坑南侧靠近规划控制区域土体变形进行监控。
　　四、监测方法
　　为了保证所有监测工作的统一，提高监测数据的精度，使监测工作有效地指导整个工程施工，监测工作采用整体布设，分级布网的原则。即首先布设统一的监测控制网，再在此基础上布设监测点（孔）。
　　a．沉降监测高程控制网监测
　　采用独立高程系统，在远离施工影响范围以外两侧各布置二组稳固水准点，沉降变形监测基准网以建立的永久水准点作为起算点，组成水准网进行联测。各监测点的高程起算点形成的一条Ⅱ等水准闭合线路，由线路中的工作点来测定各监测点高程，各监测点的初始值取三次观测平均值。由各监测点两期高程得到该点的垂直位移量，本工程水准仪采瑞士WILDNA2自动安平水准仪。
　　b．监测点水平位移测量
　　根据现场条件水平位移监测管线及围护体采用轴线投影法。在某条测线两端远处各选定一个稳固基准点A、B，经纬仪架设于A点，定向B点，则A、B连线为一条基准线。观测时，在该条测线上的各监测点设置觇板，由经纬仪在觇板上读取各监测点至AB基准线的垂距E，某监测点本次E值与初始E值的差值即为该点累计位移量，各变形监测点初始E值均为取两次平均值。本工程经纬仪采用的型号为瑞士WILDT2型。
　　c．围护体侧向变形监测
　　地下车库深基坑区域：在钻孔灌注桩施工时，预先在桩身钢筋笼内埋设测斜管，管径为Φ70mm，长度同桩深。测斜管内壁有二组互成90°的纵向导槽，导槽控制测试方位。埋设时，应保证让一组导槽垂直于围护体，另一组平行于基坑墙体。测试时，测斜仪探头沿导槽缓缓沉至孔底，在恒温一段时间后，自下而上以1.0米为间隔，逐段测出X方向上的位移。同时用光学仪器测量管顶位移作为控制值。测试原理见下图：

测斜仪工作原理示意图

水位孔部示意图
　　d、浅层地下水位监测
　　在深基坑施工中，须对基坑内进行大面积疏干降水以保证基坑内土体相对干燥，以便于土方开挖和土渣运输，如果止水帷幕的实际效果不够理想，将势必对周边环境和建筑造成危害性影向，严重将造成基坑管涌、塌方的危害。所以加强对坑内、外浅层水位的动态观测和分析，对于了解和控制基坑降水深度、判定围护体系的隔水性能，分析坑内、外地下水的联系程度具有十分重要的意义。具体做法为先采用30型钻机成孔，钻孔直径110mm，清除泥桨，然后将Φ53或Φ70的PVC管插入钻孔内，用砂填实。PVC水位管下部2m范围内打孔，外用滤网布包裹，利于渗水，管顶用保护盖封口。对于水位动态变化的测量，可在基坑降水前测得各水位孔孔口标高及各孔水位深度，孔口标高减水位深度即得水位标高，初始水位为连续二次测试的平均值。每次测得水位标高与初始水位标差即为水位累计变化量，采用SWJ－90电测水位计。
　　e、支撑轴力监测
　　为了测定钢筋混凝土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。在被测断面埋入应力计，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，根据应力计频率推算出支撑轴向所受的力。本工程采用ZXY－Ⅱ型振弦式频率读数仪。
　　f、坑外土体侧向变形监测
　　在靠近需要重点保护区域的土体中用钻孔方式设置土体侧向位移测斜孔，在围护体外埋设直径为Φ70的