地下工程基坑监测施工方案.pdf

-1-南京青奥轴线地下工程南京青奥轴线地下工程基坑支护监测方案基坑支护监测方案一、工程背景一、工程背景（一）工程概况（一）工程概况项目名称：南京青奥轴线地下交通工程建设单位：南京河西新城区开发建设指挥部建设管理单位：南京重大路桥建设指挥部勘察单位：江苏省水文地质工程地质勘察院设计单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司施工单位：中铁十四局集团有限公司、中铁十五局集团有限公司监理单位：理工大学工程兵工程学院南京工程建设监理部施工监测单位：河海大学梅子洲过江通道是南京城市快速路系统跨江成网的最重要通道之一，是沟通联系老城中心区、河西新城区和江北新城的最直接便捷的快速通道之一。拟建的南京市梅子洲过江通道接线工程青奥轴线地下交通系统及相关工程起于河西新城区江山大街与滨江大道的交叉口西侧，沿江山大街向东以明挖隧道的形式穿越燕山路、江东南路、庐山路，止于庐山路与黄山路之间。图 1、2 为该项目地理位置示意图。-2-图图 1 项目地理位置示意图项目地理位置示意图 1/2(红色为本次工程部分红色为本次工程部分)图图 2 项目地理位置示意图项目地理位置示意图 2/2(红色为本次工程部分红色为本次工程部分)施工范围主要包括梅子洲过江通道连接线工程主线隧道约 1.7km、滨江大道下穿隧-3-道约 1.25km 及部分匝道；工程要求在 2013 年底前完成所有土建工程，工程量大，工期紧张；图 3 为本次明挖隧道基坑工程总平面图。图图 3 隧道基坑工程总平面图隧道基坑工程总平面图（二）地质条件（二）地质条件1、工程地质勘察揭露地层上部均为第四系松散沉积物，下伏白垩系基岩，本次勘测深度内的地层，根据岩土层的成因时代、埋深及岩石的风化程度等确定工程地质层。共划分为 6 大层，层号为，然后根据岩土层的岩性特征及物理力学性质细分为若干亚层。层杂填土（Q4ml）：杂色，灰色，稍湿-湿，松散，主要成分为建筑垃圾混黏性土，表层见植物根系，滨江大道及江山大街表层为混凝土沥青路面及灰土垫层，组成成分变化较大，为近期人工改造时挖填形成，其形成时间一般在近 10 年。1粉质黏土（黏土）（Q4al+l）：灰色，灰黄色，软塑-可塑，切面稍光滑，干强度韧性中等。具铁锰质侵染，土质较较均匀。该层场地内分布局限。2淤泥质粉质黏土（Q4al+l）：灰色，流塑，切面稍光滑，干强度韧性中等，含少量腐植质及贝壳碎片，夹粉土粉砂薄层，单层厚度一般在 110mm 之间，局部与粉土、粉砂呈互层状，该层场地内均有分布。3粉质黏土夹粉土（砂）（Q4al+l）：灰色，软塑，切面稍光滑，干强度韧性中等，-4-偶见少量腐植质，夹粉土或粉砂薄，单层厚度一般为 110mm，具层理，局部呈互层状，该层分布局部。1粉砂（Q4al），局部细砂：青灰色，饱和，松散稍密，比配差，主要矿物成分石英、长石等，含云母碎屑，局部夹粉质黏土薄层，单层厚度 120mm 不等，偶见腐植质及贝壳碎片，该层分布较广泛。2粉细砂（Q4al）：青灰色，饱和，中密密实，级配差，主要矿物成分石英、长石等，局部夹少量粉质黏土薄层，单层厚度 120mm 不等。该层场地内均匀分布。3粉质粘土夹粉砂（Q4al）：灰色，软塑，切面稍光滑，干强度韧性中等，含少量腐植质，夹粉细砂薄层 24mm，具层理，局部呈互层状。该层成透镜体状分布与1及2 层中，分布局限。粉质黏土夹粉砂（Q4al）：灰色，软塑-可塑，切面稍光滑，干强度韧性中等，含少量腐植质，夹粉细砂薄层，单层厚度多在 120mm 之间，局部呈互层状，具层理，该层除局部随食物，分布较广泛。1粉细砂（Q4al+pl）：青灰色，饱和，密实，级配较好，主要矿物成分石英、长石等，含云母碎屑，含少量砾粒。该层分布局部，不稳定，与中粗砂层呈相变关系。2中粗砂（Q4al+pl）：青灰色，表盒，密实，级配一般，主要矿物成分石英、长石等，含粗砂，砾石颗粒。该层分布局部、不稳定，与粉细砂层呈相变关系。3砾砂（Q4al+pl）：青色，表盒，密实，级配一般，主要矿物成分石英、长石等，砾石直径 2-15mm，含量约 30%。该层分布局限、不稳定。4卵砾石（Q4al+pl）：杂色，饱和，密实，级配好，主要矿物成分石英砂岩，燧石、玄武岩及灰岩，磨圆度较好，中粗砂颗粒填充。该层分布局限、不稳定。5粉质黏土夹粉砂（Q4al+pl）：灰色，软塑-可塑，切面稍光滑，干强度韧性中等，夹粉细砂薄层 24mm，具层理，局部呈互层状。该层分布局限。1强风化泥岩（K2p）：棕红色，泥质结构，层状构造，主要以黏土矿物为主，岩心风化成土状，浸水软化，手折易断。该层场地均有分布。2中风化泥岩（K2p）：棕红色，岩质极软，泥质结构，层状构造，主要以黏土矿物为主，层面倾角 30-45不等，节理裂隙不发育，裂隙由石膏填充，浸水易软化，锤击声哑，该层均少量深孔揭露。3微风化泥岩（K2p）：棕红色，岩质软，泥质结构，层状构造，主要以黏土矿物为主，层面倾角 30-45不等，节理裂隙不发育，裂隙由石膏填充，浸水易软化，锤击-5-声哑，该层近工作井处深孔揭露。2、水文地质本工程所在区域气候湿润，雨量充沛，降雨时间长，长江等地表水体与地下水的水力联系较好，在丰水期对地下水有补给作用；对区域地下水的形成的补给起重要作用。据区域资料以及本次勘察成果，根据含水层的岩性、埋藏条件和地下水赋存条件、水力特征，可分为松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙水，松散岩类孔隙水可分为松散岩类孔隙潜水和松散岩类孔隙承压水。第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于长江漫滩区上部地层，含水介质为黏性土、淤泥质土及粉土，渗透系数多小于 0.1m/d，地下水位埋深多为 1.52.5m，水位标高5.006.20m。承压水主要分布于基岩上部松散层中，本场地承压含水层可分为二段：上段为层粉细砂，厚度 1040m（平均 32m）；下段为层，以含卵砾石层中粗砂为主，厚度 320m。上部粉细砂渗透系数为 6.5025.0m/d，下部含卵砾石的渗透系数为30.0050.00m/d，勘察期间水位埋深 1.505.50m，水位标高 3.506.20m。场地内层泥岩构造裂隙不发育，风化裂隙不明显，透水性极差，可视为隔水层。场地环境类别为类。（三）基坑支护方案（三）基坑支护方案本工程场地地质条件、拟建结构形式复杂，局部基坑开挖深度深，基坑侧壁安全等级为一级局部二级，基坑支护采用多种不同方案，主要包括：放坡开挖、普通地下连续墙、T 型地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW 工法桩、水泥土挡墙、钢板桩等多种形式；支撑形式主要采用钢支撑和钢筋混凝土支撑；坑内采用管井降低地下水位。工程关键节点及核心控制性区域为 B2-J1 区地下立交段，该区结构为局部地下三层钢筋混凝土框架结构，主要采用明挖暗埋法施工，受滨江大道与梅子洲主线隧道立体交叉和青奥轴线地下空间开发影响，基坑为大放坡开挖的地下空间基坑下套直立开挖的隧道基坑形式，全施工区段均存在大基坑中还有小基坑的特征。基坑最大开挖深度达 27m，最大开挖宽度（东西向）约 206m，最大开挖长度（南北向）约 267m。周边主要为青奥会场馆及配套设施，正在施工过程中，工程西侧距离长江大堤较近；东南侧距城南水厂围墙约 15m。其它区段均为直立开挖的隧道基坑；各区基坑支护形式及开挖深度见表 1。-6-表表 1 基坑支护形式及开挖深度基坑支护形式及开挖深度部 位支护形式开挖深度B1 区主基坑工法桩最深 8mK 匝道地下连续墙、工法桩最深 8mB2-J1 区主隧道地下连续墙12m20mL 匝道地下连续墙、工法桩最深 14mM 匝道钻孔灌注桩最深 9mJ 匝道地下连续墙、钻孔桩15m19mI 匝道地下连续墙最深 12.5m双排桩不开挖B3 区主基坑工法桩和钢板桩最深 8mJ2 区主基坑地下连续墙、钻孔桩13m20.5mJ3 区主基坑工法桩13m14mC 匝道工法桩最深 13mD 匝道工法桩最深 13mJ4 区主基坑钻孔桩13m14mG 匝道工法桩最深 10mF 匝道工法桩最深 10mJ5 区主基坑工法桩最深 8m二、工程重点问题二、工程重点问题本基坑开挖深度范围内地基土层较软弱，基坑开挖深度较深；场地广泛存在粉细砂层，且局部基坑开挖边界距离周边已建建筑物、管线距离较近。综合工程具体情况，本工程重点问题如下：1、基坑开挖深度深，地基土层较软弱，基坑支护结构易产生大的侧向变形，支护结构自身稳定性问题突出；2、基坑开挖边界距周边道路、建筑物距离近，已有建筑物的变形监测控制较重要；3、场地地下水位高，存在渗透性大的砂土层，极易产生管涌流土等问题，危及基坑支护结构及周边建筑物道路的安全稳定。-7-三、监测工作目的及原则三、监测工作目的及原则（一）监测工作目的（一）监测工作目的本工程结构复杂、工法多、规模大、地质条件差，对监控量测提出了很高的要求。在施工过程中跟踪施工活动，对基坑围护结构及基坑四周地层位移进行量测，及时地反映工程施工所造成的影响，判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，作好信息化施工，达到优质安全、经济合理的目的。1、验证支护结构设计，指导基坑开挖和支护结构的施工，实现动态设计及信息化施工。2、保证基坑支护的安全。支护结构在破坏前，往往会在基坑侧向不同部位上出现较大的变形，或变形速率明显增大。如有周密的监测控制，有利于采取应急措施，在很大程度上避免或减轻破坏的后果。3、总结工程经验，为完善设计提供依据。4、为了实施对施工过程的动态控制，掌握地层、地下水、围护结构与支撑体系的状态，及施工对既有建筑物的影响，必须进行现场监控量测。通过对量测数据的整理和分析，及时确定相应的施工措施，确保施工工期和既有建筑的安全。5、土建工程竣工后，对既有建筑物监测继续进行，直至其变形稳定为止，并以此作为对既有建筑物影响的评价依据。（二）监测工作原则（二）监测工作原则1、系统性原则（1）运用、发挥系统功效对基坑进行全方位、立体、实时监测，确保所测数据的准确、及时；（2）在施工过程中进行连续监测，确保数据的连续性、完整性、系统性；2、可靠性原则（1）采用比较完善的监测手段和方法；（2）监测中所使用的监测仪器、元件均应事先进行检定，并在有效期内使用；（3）监测点应采取有效的保护措施。3、与设计相结合原则（1）对设计使用的关键参数进行监测，以便达到进一步优化设计的目的；（2）对评审中有争议的工艺、原理所涉及的部位进行监测，通过监测数据的反演分析和计算对其进行校核；-8-（3）依据设计计算确定围护结构、支撑结构、周边环境等的报警值。4、突出重点、兼顾全局的原则（1）对结构体敏感区域，以及围护体、支撑结构中应力集中区域增加监测项目和测点，进行重点监测；（2）对岩土工程勘察报告中描述的岩土层变化起伏较大的位置，或施工中发现异常的部位进行重点监测；（3）除重点监控部位增设测点外，其它区域以点带面为原则，均匀布设监测点。5、与施工相结合原则（1）根据实际施工工艺流程，确定测试方法、监测元件的种类、监测点的保护措施；（2）结合施工工艺调整监测点的布设位置及监测手段，尽量减少对施工的干扰和质量的影响；（3）根据施工工况、安全状态与进度情况，合理调整测试时间和测试频率。6、经济合理性原则（1）在安全、可靠的前提下，结合工程经验尽可能地采用直观、简单、有效的测试方法；（2）在确保质量的基础上，择优选择成本较低的国产或进口监测元件和仪器设备；（3）在确保全面、安全的前提下，充分利用监测点之间的相关性，减少测点数量，提高工作效率，降低监测成本；（4）坚持“因地制宜，技术可靠，经济合理”的原则。四、监测设计依据四、监测设计依据1、南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统建设工程岩土工程勘察报告(详细勘察阶段)；2、南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统建设工程基坑支护设计文件；3、建筑基坑支护技术规程JGJ120-20124、建筑基坑工程监测技术规范GB50497-20095、建筑变形测量规范JGJ8-20076、工程测量规范GB5002620077、岩土工程勘察规范GB 50021-2001-9-五、监测内容、方法及数量五、监测内容、方法及数量（一）监测内容（一）监测内容本次监测是以工程基坑施工区域周围 2 倍基坑开挖深度范围内地下管线、周边土体和基坑围护结构本身作为本工程监测及保护的对象；以基坑开挖施工为监测工作的重点阶段，应根据施工工况，适当加密监测频率。根据相关规范及设计的要求，本次监测设置如下内容：1、基坑围护结构体系监测（1）围护墙（坡）顶水平位移及沉降监测；（2）围护墙（坡）深层水平位移监测；（3）支撑轴力监测；（4）围护墙（桩）内力监测；（5）立柱沉降；（6）基坑外水位监测；2、周边环境监测（1）周边地表的沉降监测；（2）周边建筑物沉降监测；（3）周边管线沉降监测。3、现场巡视观察（二）监测方法（二）监测方法1、围护墙（坡）顶、地表、周边建筑物、管线、立柱沉降监测（1）测点的埋设及布置地表、坡顶沉降监测点布置应符合下列要求：地表沉降监测点宜按剖面垂直于基坑边布置，剖面间距宜为 3050m，每侧边剖面线至少 1 条，并宜设置在每侧边中部；地表沉降监测剖面线延伸长度宜大于 3 倍基坑开挖深度。每条剖面线上的监测点宜由内向外先密后疏布置，每剖面线上布置 35 个；-10-测点封盖测点钢筋混凝土图图 4 地表沉降监测点埋设示意图地表沉降监测点埋设示意图圈梁沉降点按监测设计图纸布点位置在基坑四周围护结构桩（墙）顶上设置，布置的原则为：测点应尽量布设在基坑圈梁、围护墙或地下连续墙的顶部等较为固定的地方，以设置方便，不易损坏，且能真实反映基坑围护结构桩（墙）顶部的变形为原则。周边建筑物沉降观测点布置按照相关规范要求应根据实际条件布设在能反映建筑物变形特征的位置，如建筑物的立柱、外墙角、大转角处、山墙、高低层建筑物结合部、沉降缝或裂缝处两侧，沿建筑物外墙每隔 815m 设置一个。点位埋设在外墙面正负零以上 100mm150mm 处，点与墙壁间距 30mm50mm，标志长度为 160mm。观测点采用市售观测标志，使用电钻在墙体上打孔，孔的直径与标志的直径相同，孔深度 120mm左右,然后将标志钉入孔内。管线沉降点的埋设方法：首先确定距基坑距离较近管线的走向，埋深、材质然后在管线位置上方埋设测点，若管线上方有检查井，可直接采用检查井内管线上的制高点作为测点，若无检查井且条件允许可挖开管线上方土体，将测点直接埋设于管线上，然后回填并对测点做保护措施，在不具备上述条件之一的情况下则采用土层近似法，采用钻孔的方式将测点埋设于管线上方，此种布点方法同地面监测点埋设方法。（2）观测方法及技术要求沉降观测采用水准测量的方法，使用精密水准仪进行观测。监测点的观测按工程测量规范（GB50026-2007）二等变形监测水准测量技术要求观测，主要技术指标及要求见表 2。表表 2监测点观测主要技术指标及要求监测点观测主要技术指标及要求序号项目限差1监测点与相邻基准点高差中误差1.0 毫米2每站高差中误差0.30 毫米3环线闭合差4L毫米（L 为测线长度：km）4视线长度50 米-11-5前后视的距离较差2.0 米6视线离地面最低高度0.3 米观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式必须进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。水准测量注意事项如下：对使用的水准仪、铟钢尺应在项目开始前和结束后进行检验，项目进行中也应定期进行检验。当观测成果异常，经分析与仪器有关时，应及时对仪器进行检验与校正；观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；观测前应正确设定记录文件的存贮位置、方式，对水准仪的各项控制限差参数进行检查设定，确保附合观测要求；应在标尺分划线成像稳定的条件下进行观测；仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；水准仪应避免望远镜直对太阳，避免视线被遮挡，仪器应在生产厂家规定的范围内工作，震动源造成的震动消失后，才可进行观测，当地面震动较大时，应随时增加重复测量次数；完成闭合路线时，应注意闭合差情况，确认合格后方可完成测量工作，否则应查找原因直至返工重测合格。（3）数据分析与处理通过变形观测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。观测点稳定性分析原则如下：观测点的稳定性分析基于稳定的基准点作为基准点而进行的平差计算成果；相邻两期观测点的变动分析通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差（取两倍中误差）来进行，当变形量小于最大误差时，可认为该观测点在这两个周期内没有变动或变动不显著；对多期变形观测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为有变动。2、围护墙（坡）顶、边坡水平位移监测（1）观测方法及技术要求水平位移监测采用极坐标法结合小角法，并按照工程测量规范（GB50026-2007）三等变形监测精度要求进行观测。使用极坐标法观测时在工作基点 A 架设全站仪、在后视点 B 和监测点 P 架设棱镜，利用全站仪的测角功能测定夹角，用全站仪的测边功能测定边长APS。再按以上公式可计算出监测点 P 的坐标（PPyx、）。-12-图图 5极坐标法观测示意图极坐标法观测示意图观测注意事项如下：对使用的全站仪、觇牌应在项目开始前和结束后进行检验，项目进行中也应定期进行检验，尤其是照准部水准管、对中器及电子气泡补偿的检验与校正。观测应做到三固定，即固定人员、固定仪器、固定测站；仪器、觇牌应安置稳固严格对中整平；在目标成像清晰稳定的条件下进行观测；仪器温度与外界温度一致时才能开始观测；应尽量避免受外界干扰影响观测精度，严格按精度要求控制各项限差。采用小角法观测时使用全站仪精确测出基准线与置镜点到观测点视线之间的微小角度，从而得到前后两次的角度变化量，并按下式计算偏离值：PPPSL其中：Lp 位移变化量；p 为角度变化量（）；Sp 为测点距监测基点的距离（mm）；为角度常数（206265）；图图 6 小角度法小角度法观观测示意图测示意图围护墙（坡）顶水平位移监测点采用棱镜进行照准。-13-图图 7 墙顶水平位移监测照准棱镜墙顶水平位移监测照准棱镜（2）测点的埋设及布置测点按监测设计图纸布点位置在基坑四周围护结构桩（墙）顶上设置，布置的原则为：测点应尽量布设在基坑圈梁、围护墙或地下连续墙的顶部等较为固定的地方，以设置方便，不易损坏，且能真实反映基坑围护结构桩（墙）顶部的变形为原则。3、围护墙（坡）深层水平位移监测（1）观测方法及技术要求监测仪器采用SINCO 及 CX-801B型测斜仪以及配套 PVC 测斜管，监测精度可达到0.02mm/500mm，探头抗震性达到 50000g。图图 8测斜仪测斜仪观测方法如下：用模拟测头检查测斜管导槽；使测斜仪测读器处于工作状态，将测头导轮插入测斜管垂直于基坑边的导槽内，缓慢下放至管底后上提测斜仪，同时每隔 0.5m 读一次数据，记录测点深度和读数。测读完毕后，将测头旋转 180插入同一对导槽内，以上述方法再测一次，测点深度同第一次。观测及数据采集技术要求如下：-14-初始值测定测斜管应在开挖前 7 天装设完毕，在 35 天内用测斜仪对同一测斜管作 3 次重复测量，判明处于稳定状态后，以 3 次测量的算术平均值作为侧向位移计算的基准值。观测技术要求测斜探头放入测斜管内应等候 5 分钟，以便探头适应管内温度，观测时应注意仪器探头和电缆线的密封性，以防探头数据传输部分进水。测斜观测时每 1.0m 标记，一定要卡在相同位置，每次读数一定要等候电压值稳定才能读数，确保读数准确性。（2）数据处理及分析测斜仪量测时，在竖向的各测点之间为成 n 个测段（见图 9），每个测段的长度 li（li=1000mm）,在某一深度位置上所测得的两对导轮之间的倾角i,通过计算可得到这一区段的变位i：计算公式为：iilisin某一深度的水平变位值i可通过区段变位i的累计得出，即：设初次测量的变位结果为i(0),则在进行第 j 次测量时，所得的某一深度上相对前一次测量时的位移值xi即为：)1()(jijiix总的位移值为：iiiilsin)0()(ijiix-15-图图 9 测斜仪量测原理图测斜仪量测原理图测斜管在基坑开挖 1 周前埋设，埋设时要符合下列要求：（1）埋设前检查测斜管质量，测斜管连接时保证上、下管段的导槽相互对准顺畅，接头处密封处理，并注意保证管口、管底的封盖；（2）测斜管长度与围护桩（墙）深度一致或不小于所监测土层的深度；（3）埋设时测斜管保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。本次监测测斜管埋设采用绑扎埋设及钻孔埋设的方式。绑扎埋设通过直接绑扎或设置抱箍等将测斜管固定在桩（墙）钢筋笼上，入槽孔后，浇筑混凝土。为了抵抗地下水的浮力和液态混凝土的冲力作用，测斜管的绑扎和固定必须十分牢固，否则很容易与钢筋笼相脱离。钻孔埋设通过钻机成孔，将测斜管置于孔中，孔隙用水泥、沙子等充填密实。图图 10 测斜管埋设示意图测斜管埋设示意图-16-图图 11测斜管埋设实景图测斜管埋设实景图4、围护桩（墙）钢筋内力、钢筋混凝土支撑轴力监测（1）钢筋计安装钢筋计主要用于围护墙（桩）内力监测及混凝土支撑轴力监测，测点一般布置在受力、变形较大且有代表性的部位，竖直方向监测点应布置在弯矩较大处。钢筋计的安装采用直接绑扎在围护结构钢筋笼上的方法，同一深度相对布设两个钢筋计，其连线垂直于基坑边缘。绑扎前先使用电焊机点焊固定，期间需给传感器淋水进行降温，绑扎必须牢固，电缆线通过扎带固定于主筋上，到达墙（桩）顶位置时，需使用 PVC 套管进行保护。-17-钢 筋 计连 续 墙钢 支 撑开 挖 面底 板图图 12 某断面钢筋应某断面钢筋应力力计布置剖面示意图计布置剖面示意图图图 13 混凝土支撑轴力安装方法混凝土支撑轴力安装方法A.绑扎安装钢筋计B.点焊过程中淋水降温钢筋轴力计导线-18-C.固定电缆线的扎带D.墙（桩）顶位置电缆线的保护图图 1414 钢筋计安装实景图钢筋计安装实景图（2）监测方法采用钢筋混凝土材料制作的围护桩（墙），其内力通常是通过测定构件受力钢筋的应力或混凝土的应变、然后根据钢筋与混凝土共同作用、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器（钢筋计）测定。目前工程中采用较多的有振弦式和电阻式两类应力传感器,本次监测采用GJJ型振弦式传感器及XP-05振弦式频率读数仪进行数据采集。（3）数据分析与处理计算围护墙弯矩时，结构一侧受拉，一侧受压，相应的钢筋计一只受拉，另一只受压；测轴力时，两只钢筋计均轴向受拉或受压。由标定的钢筋应变值得出应力值，再核算成整个混凝土结构所受的弯矩或轴力：弯矩：55()10()101212EcIcMEsd 轴力：3312121010122AcEcNKKAsEs式中：M为弯矩（tm）；N为轴力（t）；1、2为开挖面、背面钢筋计应力（kg/cm2）；Ic为结构断面惯性矩（cm4）；d为开挖面、背面钢筋计之间的中心距离（cm）；1、2为上、下端钢筋计应变（）；-19-1K为钢筋计标定系数（kg/）；Ec、Ac为混凝土结构的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）；Es、As为钢筋计的弹性模量（kg/cm2）、断面面积（cm2）。5、钢支撑轴力监测（1）轴力计安装安装前测量一下轴力计的初频，是否与出厂时的初频相符合（20Hz），如果不符合应重新标定或者然后另选用符合要求的轴力计。安装过程必须注意轴力计和钢支撑轴线在一条直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计（反力计）正常传递到支护结构上。在钢支撑在吊装前，把轴力计的电缆妥善地绑在安装架的两翅膀内侧，防止在吊装过程中损伤电缆。采用专用的轴力安装架固定轴力计，安装架圆形钢筒上没有开槽的一端面与支撑的牛腿（活络头）上的钢板电焊焊接牢固，电焊时必须与钢支撑中心轴线与安装中心点对齐。待焊接冷却后，将轴力计推入安装架圆形钢筒内，并用螺丝（M10）把轴力计固定在安装架上。钢支撑吊装到位后，即安装架的另一端（空缺的那一端）与围护墙体上的钢板对上，中间加一块 25025025mm 的加强钢垫板，以扩大轴力计受力面积，防止轴力计受力后陷入钢板影响测试结果。将读数电缆接到基坑顶上的观测站；电缆统一编号，用白色胶布绑在电缆线上作出标识，电缆每隔两米进行固定，外露部分作好保护措施。（2）观测方法及技术要求钢支撑轴力监测采用 FLJ 型各种规格的轴力计，采用 XP-05 振弦式频率读数仪进行读数，监测精度达到 1.0%FS，并记录温度；混凝土支撑轴力监测采用主筋绑扎 GJJ 型钢筋计（见 4.2.2），同样 XP-05 振弦式频率读数仪采集，然后通过计算得出混凝土支撑的轴力。-20-图图 15 钢支撑轴力计钢支撑轴力计图图 16 支撑轴力埋设实景图支撑轴力埋设实景图监测观测方法及数据采集技术要求如下：轴力计安装后，在施加钢支撑预应力前进行轴力计的初始频率的测量，在施加钢支撑预应力时，应该测量其频率，计算出其受力，同时要根据千斤顶的读数对轴力计的结果进行校核，进一步修正计算公式。基坑开挖前应测试 23 次稳定值，取平均值作为计算应力变化的初始值。支撑轴力量测时，同一批支撑尽量在相同的时间或温度下量测，每次读数均应记录温度。（3）数据处理及分析钢支撑轴力计的工作原理是：当轴力计受轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变了钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化，即可测出所受作用力的大小。一般计算公式如下：)(202ffKPi式中：p为监测支撑轴力，单位（kN）;ik为轴力计标定常数,单位（kN/2Hz）；f为轴力计监测自振频率，单位（Hz）；0f为轴力计初始自振频率，单位（Hz）。混凝土支撑轴力是通过测定构件受力钢筋的应力，然后根据钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算得到。钢筋应力一般通过在受力钢筋中串联连接钢筋应力传感器测定。当传感器外壳钢管受轴力作用后，引起钢弦张力变化，从而改变其自振频率，由频率仪-21-测得钢弦频率变化，通过标定曲线即可计算得到钢筋所受应力的大小。钢筋混凝土支撑轴力的大小可以根据钢筋与混凝土的变形协调假定求算，计算公式如下：)(tttccAAEEP式中：Pc支撑轴力，单位 kN;Ec,Et混凝土和钢筋的弹性模量，单位 MPa；t测得的钢筋应力，单位 Mpa；A，At支撑截面面积和钢筋截面面积，单位 0.1cm2。6、地下水位监测（1）水位孔埋设水位监测孔埋设采用钻机成孔，成孔直径 108mm，成孔后，将连接好的水位观测管和滤管插入孔内，然后在孔壁与水位管之间填砂，管口处用粘土球或粘土封填。水位监测孔埋设后 24 小时内应用水位计测试埋设效果。粘土封口填充滤砂滤管沉淀管图图 17 水位管埋设流程图水位管埋设流程图图图 18 水位管安装示意图水位管安装示意图（2）监测方法及技术要求地下水位观测设备采用 SWJ-20 型钢尺水位计，观测精度为 5mm，其工作原理如下图所示为：水为导体，当测头接触到地下水时，报警器发出报警信号，此时读取与测头连接的标尺刻度，此读数为水位与固定测定的垂直距离，再通过固定测点的标高及与地面的相对位置换算成从地面算起的水位埋深及水位标高。-22-图图 19 电测水位仪及监测示意图电测水位仪及监测示意图根据管顶高程（H管顶）、管顶与地面的高差（h管顶-水面），即可计算地下水位的高程（H水位）和埋深。观测时对每个测孔连续进行独立 3 次观测，成果取均值，公式如下：H水位=H管顶-H测（3）数据处理及分析每次观测结束后，将观测数据和地面观测的孔口高程输入计算机进行统计整理，计算地下水位。水位观测成果报告中将包括以下内容：绘制地下水位与时程的关系曲线；提供观测点的位置、编号及观测时间等相关数据。7、坑底隆起监测（1）观测方法及数据采集坑底隆起观测采用收敛计量测开挖面至该断面混凝土支撑之间的距离变化，来计算该层土体开挖的隆起量。图图 20 坑底隆起观测示意图坑底隆起观测示意图-23-每次测量时取下测杆保护帽，将收敛计用销子连接于基线两端的测杆上，张紧钢尺读数，重复三次度数应在0.5mm 内。初次测量在钢尺上选择适当孔位，将钢尺套在尺架的固定螺杆上，孔位的选择应能使得钢尺张紧时能与数显仪顶端接触且读书在 025mm 范围内。拧紧钢尺压紧尺帽，并记下钢尺孔位读数。再次测量，按前次钢尺孔位，将钢尺套在支架上固定螺杆上，按照上述相同的程序操作，得到测量值 Rn。按照下式计算变化值：Un=Rn-R0其中:Un为第 n 次测量的变化值Rn为第 n 次测量时的读数R0为初始测量值当测量的时间间隔比较大时换孔前不能测读时按照下式计算：Uk=Rk-R0+A0-Ak其中：A0为钢尺初始孔位Ak为第 k 次测量时钢尺孔位（2）数据处理及分析通过测得坑底相对于混凝土支撑的相对变化，在默认混凝土支撑与围护桩（墙）竖向变化一致的情况下，根据桩顶高程的变化量可以计算得坑底高程的变化量，即坑底隆起量。（3）测点布置与埋设坑底隆起监测点的布置安装设计图纸进行。混凝土上的测点采用钻孔埋设的方式，即在混凝土支撑下方使用电钻打孔，植入收敛钩，使用锚固剂固定；在基坑底部，在某层土体开挖后，土体设置固定墩，同样向上安装收敛钩。固定墩使用套筒进行保护，若测点被破坏，我方及时维修补点，及时观测，将本次变化量与上次累计变化量进行累加，以保证数据的连续性。图图 21 坑底收敛钩安装示意图坑底收敛钩安装示意图-24-8、现场巡视观察经验表明，基坑工程每天进行巡视观察是不可或缺的，与其他监测技术同等重要。巡视内容包括支护桩墙、支撑梁、冠梁、腰梁结构及邻近地面、道路、建筑物的裂缝、沉陷发生和发展情况。（1）现场安全巡视的目的基坑工程容易发生的工程事故多为围护结构坍塌，土体滑坡，支撑体系变形，周围建筑物沉陷、裂缝等。很多工程事故的产生都是在监测正常进行下发生的，监测点的数量有限，都分布于常见的重要位置，有时仅从监测数据上并不能预测到基坑的个别部位。通过现场安全巡视往往能更及时的发现事故的前兆，特别是对暴雨天气后基坑周围土体的一些细微变化，土体的局部的沉陷，地面与建筑的裂缝等的发现。仪器的监测均是定量的数据，我们从数据上发现的往往是量变的过程，而一些规范和工程经验的警戒限值都是大家长期沿用下来的安全底限，它是一个具体的量值。而直接导致工程事故或其前兆现象发生的量值具有很大的范围，有时会远远高于常规警戒值，有时甚至会低于常规警戒值。而目测有时则能及时发现质变的前兆，对现象做出定性结论。因此现场安全巡视是施工监测的重要工作之一。本工程现场安全巡视的主要目的是：掌握周边环境、围护结构体系和围岩的动态，较全面地掌握各工点的施工安全控制程度，为施工单位对工程建设风险管理提供支持。坚持现场安全巡视日常化，最大程度避免人员伤亡和环境损害，降低工程经济和工期损失，为工程建设提供安全保障服务。作为监测抽检的有益补充，及时发现事故前兆，对现象做出定性结论。（2）现场安全巡视对象及范围现场安全巡视的主要对象为工程结构自身和周边环境。巡视的范围包括所有的监测对象以及和工程施工有关的其他对象。（3）现场安全巡视内容及要求明挖基坑现场安全巡视的要求如下；对开挖面地质情况巡视以下内容：土层性质及稳定性。包括：土质性质及其变化情况（土质密实度、湿度、颜色等性质，分布情况，与地质勘察及踏勘结果和设计条件的差异情况）；开挖面土体渗漏水情况（渗漏水量、气味、颜色、是否伴有砂土颗粒、发生位置、发展趋势等）；土体塌落（塌落位置、塌落体大小、发展趋势、塌落原因等）。地下水控制效果。包括：堵水效果或抽降水控制效果、-25-降水井抽水出砂量、变化情形及持续时间、附近地面沉陷情况等。对支护结构体系巡视以下内容：支护体系施作及时性情况。支护体系渗漏水情况。包括渗漏水量、气味、颜色、是否伴有砂土颗粒、发生位置、发展趋势等。支护体系开裂、变形变化情况。包括桩顶与冠梁脱开现象，冠梁开裂范围、宽度与深度，桩间网喷护壁开裂情形；支撑扭曲及偏斜程度、发生位置、发展趋势；连续墙面层开裂情况、发生位置、发展趋势等。对基坑周边巡视以下内容：坑边超载。包括坑边荷载重量、类型、与坑缘距离、面积、位置等。地表积水。包括积水面积、深度、水量、位置、地面硬化完好程度、坡顶排水系统是否合理及通畅等。现场安全巡视预警标准，根据工程经验及参照其他地区标准，参考表 3、4。-26-表表 3 明挖法巡视预警标准明挖法巡视预警标准巡视内容巡视状况描述安全状态评价正常黄色预警橙色预警红色预警开挖面土质情况土层性质及稳定性状况支撑周围出现土体大范围塌落，严重影响围护体系的稳定土体塌落范围较大，影响围护体系的稳定其它部位，土体塌落范围较小，仅局部影响围护体系发挥，但不影响稳定开挖面土体渗漏水情况大股涌水并带砂，或导致周边地面局部塌陷大股涌水，影响边坡稳定，有恶化情形小股涌水，引起边坡较大变形，暂时稳定小股涌水，未引起边坡变形地下水控制效果抽水持续出砂，附近地面有明显沉陷地下水位降不下去，施工安全性受到影响降水系统能力不足支护结构体系渗漏水情况大股涌水并带砂，或导致周边地面局部塌陷大股涌水，影响边坡稳定，有恶化情形小股涌水，引起边坡较大变形，暂时稳定小股涌水，未引起边坡变形支护体系开裂、变形变化情况安全风险较高部位（如阳角、明暗挖结合等关键部位）支护与背后土出现脱开，且有扩大情形其它部位支护与背后土出现脱开，且有扩大情形安全风险较高部位（如阳角、明暗挖结合等关键部位）支护与背后土出现脱开，暂无扩大情形支撑明显扭曲变形支撑目视可见变形、移位支护结构体系开挖施工造成面层开裂，有扩大情形开挖施工造成面层开裂，暂无扩大情形施工造成冠梁与桩身较大脱开，或护壁开裂且有扩大情形施工造成冠梁开裂，或施工造成湖笔开裂，暂无扩大情形支护体系施工质量缺陷支撑装设、螺栓衔接、焊接或围檩、支撑补强不符规定安全风险较高部位（如阳角、明暗挖结合等关键部位）出现断桩、严重夹泥其它部位出现断桩、严重夹泥支护体系施作及时性情况支撑施作不及时基坑周边环境基坑影响区域内超载情况基坑强烈影响区荷载超出设计，围护受力变化大，支护体系产生不利影响基坑强烈影响区外荷载超出设计，围护受力变化较大，-27-巡视内容巡视状况描述安全状态评价正常黄色预警橙色预警红色预警支护体系产生不利影响地表积水强烈影响区大面积积水，地面硬化不完善，且截排水系统不完善，流入开挖区或下渗、冲刷或掏空，或引起支护结构受力变化，可能影响安全系数显著影响区大面积积水，地面硬化不完善，且截排水系统不完善，地表水下渗影响安全系数表表 4 周边环境巡视预警标准周边环境巡视预警标准巡视内容巡视状况描述安全状态评价正常黄色预警橙色预警红色预警建（构）筑物建（构）筑物开裂、剥落施工造成建（构）筑物承重墙体、柱或梁出现开裂、剥落施工造成建（构）筑物非承重墙体出现开裂、剥落，影响正常使用施工造成建（构）筑物非承重墙体出现开裂、剥落，不影响正常使用地下室渗水墙面或顶板涌水墙面或顶板渗水、滴水道路（地面）地面开裂强烈影响区内地面产生开裂且裂缝宽度、深度或数量有增加情形开挖施工影响区内造成局部地面开裂，裂缝宽度在 510mm，暂无扩大情形开挖施工影响区内造成局部地面开裂，裂缝宽度在 5mm 以下，暂无扩大情形地面沉陷隆起在基坑边破滑移面附近或隧道中心线上方出现沉陷或隆起，或沉陷严重影响交通地面出现明显沉陷或隆起，轻微影响交通地面出现沉陷或隆起，暂不影响交通，或在建（构）筑物、墩台周边出现明显的相对沉陷地下管线管体或接口破损、渗漏地下管线持续漏水（气），且有扩大趋势地下管线持续漏水（气），暂无扩大趋势地下通讯电缆被切断地下输变电管线破坏管线检查井等附属设施的开裂及进水施工影响范围内地下管线的检查井等附属设施出现开裂或进水（4）现场安全巡视的资料整理A、文字报告现场安全巡视完毕之后，进行资料整理，形成文字报告放在监测日报里，报告形式可采用记录表格的形式。报告内容包括：巡视时间、巡视地点、巡视对象、巡视内容、存在问题描述、原因分析、安全状态评价、采取措施建议等。B、图像资料-28-现场安全巡视风险工程过程中所拍摄的照片进行存档，并将其附在文字报告之后。C、记录表格现场安全巡视记录表格见表 5。表表 5施工监测现场巡视表施工监测现场巡视表第次工程名称：报表编号：观测者：观测日期：年月日时分类巡视检查内容巡视检查结果备注自然条件气温雨量风级水位支护