朱維君

(廈門龍郡房地產(chǎn)有限公司　福建廈門　361000)

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測斜儀在軟土地區(qū)深基坑深層水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用實例

朱維君

(廈門龍郡房地產(chǎn)有限公司福建廈門361000)

深基坑在開挖施工過程中，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起支護結(jié)構(gòu)承受荷載并導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)和土體的變形，將造成基坑的失穩(wěn)破壞或?qū)χ車h(huán)境造成不利影響，因此深基坑支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測尤為重要，文章對廈門島外沿海軟土地區(qū)某深基坑深層水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，并提出了確保監(jiān)測精度的關(guān)鍵所在。

軟土；基坑支護；測斜儀；深層水平位移；監(jiān)測

0　引言

廈門島外沿海地區(qū)靠近地表以下存在厚度較大的軟粘土，其物理特性表現(xiàn)為高含水量、大孔隙比；力學(xué)特性表現(xiàn)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(yán)禁超挖”的原則，導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)變形過大，由此帶來支撐體系受力過大失穩(wěn)，周邊建筑差異沉降過大產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫，坑周硬性管線差異沉降過大產(chǎn)生漏水、漏氣等引起次生災(zāi)害，因此土方開挖過程中對深基坑圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測相當(dāng)重要。目前國內(nèi)對深層水平位移監(jiān)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(jiān)測的成果精度對調(diào)整施工工藝的選擇十分關(guān)鍵。

1　深層水平位移監(jiān)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(dǎo)輪的測斜探頭，探頭兩對導(dǎo)輪間距500mm，以兩對導(dǎo)輪之間的間距為一個測段。每一測段上、下導(dǎo)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(dǎo)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(xù)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(dǎo)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(shè)在測斜管的一端(孔底或孔口)，以上、下導(dǎo)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(gòu)成了測斜管形狀曲線。

1.3測斜管水平位移曲線(側(cè)向位移曲線)

(3)

式(3)即為以測斜管底部測斜儀下導(dǎo)輪為固定起算點(假設(shè)不動)深層側(cè)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(dǎo)輪為起算點，因此深層側(cè)向變形計算還要疊加上導(dǎo)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(shè)

深層水平位移測試主要是通過埋設(shè)測斜管來獲取圍護結(jié)構(gòu)不同深度的水平位移量。不同的圍護結(jié)構(gòu)埋設(shè)測斜管的方法各有不同：地下連續(xù)墻中應(yīng)將測斜管綁扎于鋼筋籠的迎土側(cè)，注意管內(nèi)一對導(dǎo)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(nèi)；灌注樁內(nèi)埋設(shè)時應(yīng)將最下面一節(jié)測斜管完全固定于鋼筋籠上，待鋼筋籠沉入孔底附近，轉(zhuǎn)動鋼筋籠使測斜管管內(nèi)一對導(dǎo)槽與基坑邊垂直，起吊上一節(jié)鋼筋籠時，利用掛鉤鉤住該節(jié)測斜管，兩節(jié)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(shè)，其關(guān)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(dǎo)致測斜管與攪拌體差異沉降過大而無法觀測。測斜管埋設(shè)實景圖詳見圖2和圖3。

3　測斜儀監(jiān)測讀數(shù)

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(jié)構(gòu)施工同步埋設(shè)。測斜管口應(yīng)固定牢靠，并做好水平位移測點的標(biāo)記，每次測斜讀數(shù)前應(yīng)先測讀管口水平位移，以這個讀數(shù)作為測斜的基準(zhǔn)讀數(shù)。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(qū)，傳感器測出工作區(qū)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(yù)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(nèi)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(biāo)記為X+ ，將傳感器旋轉(zhuǎn)180°放入管內(nèi)，重復(fù)讀數(shù)，第二次測值標(biāo)記為X- ，測讀完畢后即完成了1個測回的觀測，根據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)處理要點[3]

(1)每次數(shù)據(jù)都應(yīng)進行數(shù)據(jù)質(zhì)量評價，閉合差仍然是離散性越小越好，但變化值須根據(jù)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(yīng)根據(jù)測孔的實際情況確定。測斜管埋設(shè)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(nèi)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(xué)儀器來測量。

(3)特殊情況如光學(xué)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(jié)果進行比較，根據(jù)孔底位移值反推孔口位移量。

5　影響監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素

(1)測斜管質(zhì)量和精度問題，接頭連接處不順暢。

(2) 測斜管埋設(shè)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(nèi)或?qū)Р郾谀酀{較多。

(4)測斜管管口不穩(wěn)定。

(5)數(shù)據(jù)沒有充分穩(wěn)定。

6　工程實例

6.1工程概況

本工程位于廈門翔安區(qū)新店鎮(zhèn)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(lián)合支護體系。基坑?xùn)|側(cè)為城市規(guī)劃路，其余三側(cè)為現(xiàn)狀路，西側(cè)路下埋有燃?xì)夂碗娦诺裙芫€，南側(cè)路下埋有市政雨水管、排污管。根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，綜合考慮經(jīng)濟安全因素布設(shè) 4個測斜管位移監(jiān)測點(圖5)監(jiān)測基坑深層水平位移(預(yù)警值：累計位移>30mm或位移速率>4mm/d)，為設(shè)計、施工反饋準(zhǔn)確的支護結(jié)構(gòu)變形情況。

6.2場地工程地質(zhì)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(zhì)土、粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)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(xué)強度低，工程性能差，厚度為0.5～1m。

(3)淤泥質(zhì)土：深灰、灰黑色，韌性高，流～軟塑，厚度為3.0～4.0m。

(4)粉質(zhì)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(zhì)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(xué)指標(biāo)

表1　土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

6.3基坑降水措施

基坑四周邊坡設(shè)泄水孔，將地下水排入坑內(nèi)排水溝內(nèi)，再由集水井用水泵排出坑外?；铀闹茼敳吭O(shè)截水溝，阻止地表水流入坑內(nèi)。基坑內(nèi)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(jiān)測點布置(圖5)

基坑各側(cè)圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)均埋設(shè)測斜管，在其南側(cè)近東端陰角位置埋設(shè)1根測斜管，其余圍護邊中部各埋設(shè)1根測斜管，本基坑圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)共埋設(shè)4根測斜管，測點編號為CX1～CX4。

6.5監(jiān)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(fā)生的最大累計水平位移量及相應(yīng)深度。

不斷加深，圍護體向坑內(nèi)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(nèi)土方開挖深度于軟土層(淤泥質(zhì)土)分布范圍內(nèi)主動土壓力相對值較其它位置大，所以圍護結(jié)構(gòu)在該深度范圍內(nèi)的位移也較大，土方開挖結(jié)束后，支護結(jié)構(gòu)最大水平位移的深度基本穩(wěn)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(nèi)支撐圍護結(jié)構(gòu)，支撐體系采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，剛度均較大，土方開挖過程中，支撐處向坑外產(chǎn)生了不同程度的位移，整體擾度相應(yīng)增大。

(3)總體上看，各階段南北兩側(cè)圍護邊中部發(fā)生的最大水平位移較其它圍護邊突出，北側(cè)圍護邊中部較該邊西側(cè)發(fā)生最大水平位移顯著。在圍護構(gòu)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(cè)圍護后機械動荷載相對較多，北側(cè)圍護后地表一段時間內(nèi)出現(xiàn)過大量土方臨時堆載，均是造成圍護體向坑內(nèi)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(nèi)的最大位移。南北側(cè)圍護邊中部最大位移量與設(shè)計值接近，北側(cè)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(nèi)的位移量是比較小的。

7　結(jié)語

通過對本工程實例的分析，結(jié)合規(guī)范、前人研究成果及工程實際經(jīng)驗，可以得出測斜儀是一種精度

高，適應(yīng)性強，穩(wěn)定性好的監(jiān)測儀器，可從監(jiān)測曲線中直接判斷滑動面的位置，是一種較好的基坑監(jiān)測工具；同時也總結(jié)出影響測斜儀監(jiān)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(shè)，且易引起導(dǎo)槽偏扭，嚴(yán)重的會出現(xiàn)“跳槽”現(xiàn)象[3]。

(2)若測斜管埋深足夠，則以管底端為零位移基準(zhǔn)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(zhǔn)點；為避免測斜管過長引起扭轉(zhuǎn)而減小埋深，則應(yīng)先確定管頂坐標(biāo)，并以該點為基準(zhǔn)點，所以須綜合分析確定基準(zhǔn)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(shù)跳動不穩(wěn)，無法反應(yīng)深層土體水平位移。

[1]胡鈞.深基坑測斜監(jiān)測技術(shù)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(jiān)測小結(jié)報告[R].2015，12

[3]劉墨云.基坑圍護墻體深層側(cè)向位移監(jiān)測與分析[J].海峽科學(xué)，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(zhì)與勘探，2003,39(z2)

朱維君(1983.02-)，男，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要從事巖土工程勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測及地質(zhì)災(zāi)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