基坑监测工程测斜技术的探讨_蔡干序

[文章编号]1002-8528(2009)11-0099-04

基坑监测工程测斜技术的探讨

蔡干序(南京地铁科技咨询有限公司,

南京210012)

[摘 要]基坑监测工程中测斜有着重要的意义,测斜监测可以量测挡土墙板、排桩变形后的形状;计算不同深度土体(桩体)位移,监测是否有土体失稳的预兆及现象;总结坑边垂直剖面上的位移随坑边距离变化的规律。目前测斜的测距对量测结果的影响研究较小,且存在争议,此外,测斜测试过程中需注意起算点与位移方向等问题。本文针对测距、起算点及位移方向,对测斜技术进行探讨,希望对基坑监测工程有一定的参考价值。

[关键词]基坑监测;测斜仪;导轮距;破坏模式;位移[中图分类号]TU753 [文献标识码]B

Research on Lateral Movement Monitoring Techniques during Deep Excavation

CAI Gan -xu

(Nanjing Metro Science &T echnology consulting Co .,Ltd .,Nanjing 210012,China )

[Abstract ]Lateral movement monitoring is of importance to the foundation pit.With the help of the lateral movement moni toring,we can measure the deformed shape of retaining wall board and piles,calculate the displacement of soil (pile)of different depths,monitor any early sign of unstable soil,as well as summarize the relation between the displacement on vertical profile of the foundation pi t side and the distance from the foundation pit side.At present,there is rare research on the effect of the lateral movement ranging on measurement results,and controversy exists.In addition,we should pay attention to the s tarting poi nt and displacement direction,and so on.This article discusses the lateral movement monitoring techniques based on the ranging,starting point and displacement direction,and can provide a reference for the monitoring works.

[Keywords ]monitoring foundati on pit;inclinometer ;guide track distance;failure mode;displacement

[收稿日期]2008-12-17

[作者简介]蔡干序(1969-),男,硕士,高级工程师[联系方式]creccai@https://www.360docs.net/doc/7a15737530.html,

1 引 言

基坑监测工程中测斜有着重要的意义,测斜监测可以量测挡土墙板、排桩变形后的形状;计算不同深度土体(桩体)位移,监测是否有土体失稳的预兆及现象;总结坑边垂直剖面上的位移随坑边距离变化的规律。在实际基坑监测工程中,关于测斜的测距存在争论,上海地区基坑工程施工监测规程[1]

认为斜测的测距可以选用015m 或110m,而高俊合等[2]

对应变式测斜仪进行相关的研究,认为测点距应定为导轮距;测试起算点规定不明确,并缺乏理论依据;基坑的侧向位移方向并不是全部垂直指向基坑。笔者针对上述问题,对测斜测试过程中测距、起算点、位移方向等方面进行详细深入的研究。希望能对基坑监测工程有一定的参考价值。

2 工作原理

图1为测斜仪量测的原理图,图中探头下滑动轮作用点相对于上滑动轮作用点的水平偏差可以通过仪器测得的倾角U 计算得到,计算公式为:

$X i =L i sin $U i

(1)

式中,$X i 为第i 量测段的相对水平偏差增量值;L i 为第i 量测段的垂直长度;$U i 为第i 量测段的相对倾角增量值。

将每段间隔L i 取为常数,则水平偏差总量与水平位移X 仅为$U i 的函数,同时计入管端水平位移量值X 0,可得:

X =X 0+

E n

i =1L sin $U

i

(2)

2 正反向的确定

当测斜仪按图2a 所示方向旋转时,向基坑内倾斜读数为负,向坑外倾斜读数为正;按图2b 方向测

第25卷第11期2009年11月

建 筑 科 学

BUILDING SCIE NCE

Vol 125,No 111Nov.2009

图1 测斜仪量测原理图

读时,向内倾为正,向外倾为负。这样就可以定义前者为正向,后者为负向。众所周知,基坑周边的土体一般是向坑内位移,则对于内倾导管其各分段位移累加(正值)不断增大;而对外倾导管,各段位移累加(负值)也不断增大,

故两种情况下的位移都是正的。

图2 测斜仪放置方向

3 测距的选取

上海市工程建设规范5基坑工程施工监测规程6(DG P TJ08-2001-2006)

[1]

第61617条对测斜测试说明

如下:测斜仪探头应沿导槽缓缓沉至孔底,在恒温10~15min 后,自下而上以015m 或1m 为间隔,逐段测出需要量测方向上的位移。上海规范明确说明探头拉伸速度的均匀性及环境温度对测试结果的影响,为减小人为及环境对测试精度的影响,但对测距的说明较为模糊,未与导轮距统一。高俊合,等[2]

对应变式测斜仪研究的基础上提出:测点距应为测斜仪的导轮距。并分析出,当导管单向倾斜,且各段斜率变化较连续时,这时产生的误差不会太大;否则,精度较低,甚至很不合理。

图3是假设测斜管长24m,底部固定不动,测斜

仪导轮距015m 。以底部作为测试计算点,分别采用

1倍导轮距与2倍导轮距对该孔进行测试。图3a 所示导管两倍导轮距内斜率变化较大,甚至呈反向,015m 与110m 测试结果完全不同,已经不能用误差来理解;图3b 所示导管两倍导轮距内斜率变化较连续,两种测试结果较为接近。

图3 两种测距测试示意图

通过对图3的分析,现场测试过程,当两倍导轮距内导管斜率无变化时,选择2倍导轮距的测试结果同1倍导轮距;当两倍导轮距内导管斜率变化时,选择2倍导轮距将产生无法估量的偏差。实际现场测试过程中,技术人员无法判断2倍导轮距内导管斜率是否发生变化,为避免出现错误的测试结果,本文建议测斜测试间距产用1倍导轮距。

为进一步验证上述的分析,笔者选用国内自主生产的精度较高的CX03-E 型伺服式测斜仪,分别选用1倍导轮距(015m)与2倍导轮距(110m)对深度24m 的测斜孔进行现场测试,测试结果见图4。

图4 两种测距结果对比

图4中,极少测点的2倍导轮距与1倍导轮距

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建筑科学

第25卷

的测试结果相近,大部分测点的测试结果偏差较大。其中管顶以下1610~2310m的测试结果及对比分析见表1。

表1两种测距某测段测试结果

深度(m)

测试结果对比

1倍导轮距

(mm)

2倍导轮距

(mm)

偏差

(mm)

偏差率

(%)

162712231109318714124 173314238182514016115 184219047145415510160 19421964419311974160

2051184621041012119169 215318945181-8107-14198 2234184

3617811945158 231915717113-2145-12150

4起算点的选择

在实际基坑监测工程中,确保正确选择测斜测试的起算点,必须认识与理解基坑围护结构的破坏规律及几种变形破坏的模式。近代冲积平原上基坑的变形破坏归纳为三种模式[3-5]:

(1)结构变形破坏模式(图5a)对于一般粘性土(不包括粉土)地区,其作用于支护结构上的荷载主要是土压力。对于一般粘性土,其土压力基本符合库伦朗肯土压力理论并可用该理论计算,基坑边坡破坏面基本遵守库伦朗肯主动土压力破裂面。其变形破坏特征主要是支护结构变形过大,引起周围地面开裂和使邻近建筑物产生沉降;其次是支护结构强度不够,使支护结构产生强度破坏。

(2)水土流失破坏模式(图5b)该模式是针对砂性土(包括粉土)地区的。由于基坑坑底、坑壁存在砂性土(粉土)或砂性土与一般粘性土互层(包括砂性土透镜体),其基坑破坏一般不涉及作用于支护结构上的荷载,其破坏原因主要是砂性土的渗透破坏(包括坑壁流砂、流土及坑底管涌等),破坏面基本无规律可循。其变形破坏特征主要是砂性土产生渗透破坏引起周围地面剧烈沉陷,可能在整个基坑全面破坏后其支护结构仍完好无损,并不产生位移。

(3)圆弧及倾覆破坏模式(图5c)该模式是针对软土(包括淤泥和淤泥质土)地区的,其作用于支护结构上的荷载主要不是土压力问题,而是支护桩与软土作为一个整体产生整体圆弧破坏时所产生的下滑推动。对于软土,作用于支护结构上的荷载不适合用库伦朗肯土压力理论计算,而必须根据圆弧破坏理论按条分法或有限单元法计算;同时计算支护结构变形时必须考虑软土长期流变的影响。其基坑边坡破坏面不遵守库伦朗肯主动土压力破坏面,而是圆弧破坏面(Bishop弧、Fellenius弧或对数螺旋弧等)。其变形破坏特征主要是支护结构与软土作为一个整体沿圆弧滑动面产生圆弧滑动破坏,从而引起基坑周边地面沉陷和坑底底鼓隆起;其次是由于支护结构被动侧软土所能提供的被动抗力太小,从而使支护结构变形过大甚至产生倾覆破坏。

图5基坑破坏模式示意图

如基坑发生结构变形破坏模式时,应选择测斜管的底部作为起算点;如基坑发生水土流失破坏模式或圆弧及倾覆破坏模式时,应选择测斜管的顶部作为起算点,此时必须光学仪器测定测斜孔口水平位移。不论那种起算点的设定,均可按式(3)计算各量测段水平位移值:

$X n=$X0+L E n i=1(sin$U i-sin$U i0)(3)式中:$X n为从管口下第n个量测段处水平位移值(mm);$X0为实测管口水平位移,当采用底部作为起算点时,$X0=0;$U i为从管口下第i个量测段处本次测试倾角值;$U i0为从管口下第i个量测段处初次测试倾角值。

5位移方向

基坑拐角处围护结构受力较为复杂,此外,依据基坑时空效应理论[6-7],拐角处侧向变形并不是垂直指向基坑。根据图6所示,将基坑侧向变形分为两个区域,区域?)))侧向变形垂直指向基坑;区域ò)))侧向变形非垂直指向基坑。至于对区域ò的范围,这方向的研究尚不多见。

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区域?中测斜的各量测段水平位移值计算公式见式(3)。区域ò中测斜的各量测段水平位移值的

计算可根据力学合成求解。

图6 基坑围护结构侧向变形图

基坑各量测段的侧向变形可统一表达为:

$D n =$X n +$Y n

tan A =

$Y n $X n

(4)

式中:$X n 为垂直指向基坑的位移量;$Y n 为平行指向基坑的位移量;A 为位移方向,总位移量与垂直指向基坑位移量的夹角;

其中,$X n 、$Y n 的计算参见式(3),当测斜管埋设于区域?,$Y n =0。

6 结 语

(1)测斜测试过程中测距应选择1倍导轮距,切不可因为因测试工作量过大,而将测点距改为两倍甚至三倍导轮距;

(2)基坑三种变形破坏模式,产生的机理不同,造成的影响也不尽相同。应根据基坑将会发生的不同的破坏模式,选取不同的起算点。本文认为可统一按顶部作为起算点,但顶部的水平位移必须用光学仪器观测。

(3)根据基坑时空效应理论,将基坑侧向变形分为两类区域。区域ò必须同时观测二个方向(垂直

基坑方向、平行基坑方向)的侧向变形,按力学矢量求和的方法计算最终侧向变形量与位移角度。

[参考文献]

[1] DG P TJ08-2001-2006.基坑工程施工监测规程[S].上海:2006.

[2] 高俊合,赵维炳,施建勇,等.基坑测斜技术研究[J].河海大

学学报,1998,26(3):120~123.

[3] 张杰.近代冲积平原上深基坑的变形监测及反分析[D].武

汉:武汉理工大学,1999.

[4] 邓能兵.近代冲积平原上深基坑变形破坏机制研究[D].武

汉:武汉理工大学,1999.

[5] 袁兵权,张杰,邓能兵.近代冲积平原上深基坑变形破坏模式

及监测[J].江汉石油学院学报,2002,24(2):106~109.

[6] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M ].北京:中国建筑工业出

版社,1997.

[7] 刘建航,侯学渊,等.基坑施工时空效应理论与实践[R].上海

市地铁总公司,同济大学,1997.

(上接第110页)

4 研究问题之四)))强度检验

在文献[1]中对焊缝的抗拉强度的检验方法未

有明确规定,造成了有资质的检测机构执行依据各不相同。一方面,按产品行业标准文献[3]第61413条,拉力试验达到杆件材料抗拉强度值(即母材断),则判定合格;另一方面,文献[1]第51013条规定中要考虑到多种构件就显得复杂含混,附录一中的试件检验承载力检验系数判断式实际上隐含两项内容:其一,试件达到材料承载力后母材断;其二,材料强度下限值与设计承载力之比不小于1198(安全一级)或118(安全二级)。实际上两项内容并无关联,却可能出现焊缝合格,最终比值不合格(可因截面积或抗拉设计值选用不妥,造成承载力设计值偏大)。

5 结 语

由于5网架结构工程质量检验评定标准6JGJ 78-

91制定年代较早,限于当时的经济条件和生产加工技术条件,网架结构相对规则、跨度较小,该标准比

较适用;但随着我国经济发展、技术条件不断进步,网架结构形式日趋复杂、跨越空间越来越大,实际工程检验中出现与原标准不协调也在所难免。因此,重新修订该标准已经成为大势所趋,只有对标准条文的不断完善和深入,才能使之更加科学、合理、有效,以便于实施和减少争议。

[参考文献]

[1] JGJ 78-91.网架结构工程质量检验评定标准[S].[2] GB 50205-2001.钢结构工程施工质量验收规范[S].[3] JG 10-1999.钢网架螺栓球节点[S].[4] JG 10-1999,钢网架焊接球节点[S ].

[5] 宋明志.带裂纹缺陷螺栓球节点力学性能研究[D].中国矿业

大学,2008.

[6] 陈祖湘,陈宝东,庞志亮.钢网架结构节点试件承载力试验标

准的运用与探讨[J].广东土木与建筑,2003(1):59~60.

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