测斜仪在软土地区深基坑深层水平位移监测中的应用实例

朱维君

(厦门龙郡房地产有限公司　福建厦门　361000)



测斜仪在软土地区深基坑深层水平位移监测中的应用实例

朱维君

(厦门龙郡房地产有限公司福建厦门361000)

深基坑在开挖施工过程中，应力状态的改变引起支护结构承受荷载并导致支护结构和土体的变形，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响，因此深基坑支护结构深层水平位移监测尤为重要，文章对厦门岛外沿海软土地区某深基坑深层水平位移监测数据进行了分析，并提出了确保监测精度的关键所在。

软土；基坑支护；测斜仪；深层水平位移；监测

0　引言

厦门岛外沿海地区靠近地表以下存在厚度较大的软粘土，其物理特性表现为高含水量、大孔隙比；力学特性表现为低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度。深基坑土方开挖过程中，常常由于未能遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，导致围护结构变形过大，由此带来支撑体系受力过大失稳，周边建筑差异沉降过大产生结构裂缝，坑周硬性管线差异沉降过大产生漏水、漏气等引起次生灾害，因此土方开挖过程中对深基坑围护结构深层水平位移监测相当重要。目前国内对深层水平位移监测主要采用活动式测斜仪，由于测试水平参差不齐，所测成果亦有所差异，作为施工的“眼睛”，监测的成果精度对调整施工工艺的选择十分关键。

1　深层水平位移监测原理

1.1深层水平位移计算原理

图1给出了通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，探头两对导轮间距500mm，以两对导轮之间的间距为一个测段。每一测段上、下导轮间相对水平偏差量 可通过下式计算得到。

δ=l×sinθ

(1)

式中：l—上、下导轮间距；

θ—探头敏感轴与重力轴夹角。

测段n相对于起始点的水平偏差量△n，由从起始点起连续测试得到的δi累计而成，即

(2)

式中：δ0—起始测段的水平偏差量(mm)；

△n—测点n相对于起始点的水平偏差量(mm)。

1.2测斜管形状曲线

测斜仪单次测试得到的是测斜仪上、下导轮间相对水平偏差量，按式(2)计算得到的是测点n相对于起始点的水平偏差量，如果将起始点设在测斜管的一端(孔底或孔口)，以上、下导轮间距(0.5m)为测段长度，则将每个测段△n沿深度连成线就构成了测斜管形状曲线。

1.3测斜管水平位移曲线(侧向位移曲线)

(3)

式(3)即为以测斜管底部测斜仪下导轮为固定起算点(假设不动)深层侧向变形计算公式。如果以测斜管顶部为固定起算点，因为测斜仪测出的是以测斜管顶部上导轮为起算点，因此深层侧向变形计算还要叠加上导轮(管口)水平位移量X0。计算公式为[1]：

(4)

2　深层水平位移测点埋设

深层水平位移测试主要是通过埋设测斜管来获取围护结构不同深度的水平位移量。不同的围护结构埋设测斜管的方法各有不同：地下连续墙中应将测斜管绑扎于钢筋笼的迎土侧，注意管内一对导槽与基坑边垂直，待测斜管全部绑扎完毕后随钢筋笼沉入围护槽内；灌注桩内埋设时应将最下面一节测斜管完全固定于钢筋笼上，待钢筋笼沉入孔底附近，转动钢筋笼使测斜管管内一对导槽与基坑边垂直，起吊上一节钢筋笼时，利用挂钩钩住该节测斜管，两节钢筋笼焊接完毕后，利用专用接头将上下测斜管衔接，依次完成余下测斜管的安装；SMW工法桩及重力式围护中的测斜管均需钻孔埋设，其关键是孔壁与管壁间的砂土回填及顶部封堵，回填砂土过程中需充水使砂密实，填至地表下1m左右后，用砂浆回填并捣实，以防雨水流入导致测斜管与搅拌体差异沉降过大而无法观测。测斜管埋设实景图详见图2和图3。

3　测斜仪监测读数

测斜仪一般由探头、测读仪、电缆及测斜管四部分组成 ，其中测斜管跟随基坑支护结构施工同步埋设。测斜管口应固定牢靠，并做好水平位移测点的标记，每次测斜读数前应先测读管口水平位移，以这个读数作为测斜的基准读数。测斜仪两对滑轮中心的距离一般是0.5m详见图1，即传感器的工作区，传感器测出工作区的轴线与铅垂线之间的夹角在测斜管槽口方向的分量，将传感器高轮对好预测位移方向，传感器缓缓沉入管底后，放置3～5min，使传感器的温度与管内水温一致，依次从管底测出各测段的水平分量至管顶，该方向测值标记为X+ ，将传感器旋转180°放入管内，重复读数，第二次测值标记为X- ，测读完毕后即完成了1个测回的观测，根据各深度处水平位移偏量的变化即可求出该深度处的水平位移[1]。

4　监测数据处理要点[3]

(1)每次数据都应进行数据质量评价，闭合差仍然是离散性越小越好，但变化值须根据实际工况来确定，如确实由于变形引起，变化值会有明显增加。

(2)计算方式的选择应根据测孔的实际情况确定。测斜管埋设在较深(大于基坑开挖深度的2.5倍)硬土层中或嵌岩围护内测斜管底部作为不动点是合理的，但一般情况下须采用“孔口控制、孔底自由”的计算方式，孔口位移值用光学仪器来测量。

(3)特殊情况如光学仪器测量困难或精度较低时，在测斜仪精度有充分保证、基坑开挖深度较浅、测斜管埋深较深的前提下，可采用“孔口自由、孔底控制”的方式处理，将最近两次的计算结果进行比较，根据孔底位移值反推孔口位移量。

5　影响监测数据质量的因素

(1)测斜管质量和精度问题，接头连接处不顺畅。

(2) 测斜管埋设过程中接头对接空隙较大，回填不密实等。

(3)测斜管没清孔，管内或导槽壁泥浆较多。

(4)测斜管管口不稳定。

(5)数据没有充分稳定。

6　工程实例

6.1工程概况

本工程位于厦门翔安区新店镇海滨大道旁，为地上29层、地下2层写字楼，总建筑面积约30 000m2，基坑长约42m，宽约26m，开挖深度约7.30～8.30m，采用旋挖灌注桩+一道支撑的联合支护体系。基坑东侧为城市规划路，其余三侧为现状路，西侧路下埋有燃气和电信等管线，南侧路下埋有市政雨水管、排污管。根据工程现场实际情况，综合考虑经济安全因素布设 4个测斜管位移监测点(图5)监测基坑深层水平位移(预警值：累计位移>30mm或位移速率>4mm/d)，为设计、施工反馈准确的支护结构变形情况。

6.2场地工程地质条件

6.2.1土层分布及其特征

本场地土层自上而下分为：耕植土、素填土、淤泥质土、粉质粘土、残积砂质粘性土，如图4所示。

(1)耕植土：主要成分为粘土，稍湿，松散，厚度为0.3～0.5m。

(2)素填土：松散～稍密，均匀性较差，力学强度低，工程性能差，厚度为0.5～1m。

(3)淤泥质土：深灰、灰黑色，韧性高，流～软塑，厚度为3.0～4.0m。

(4)粉质粘土：浅灰、褐黄色，韧性及干强度较高，可塑～硬塑，厚度为1.0～1.5m。

(5)残积砂质粘性土：浅黄、褐黄色，可塑，厚度大于10m。

6.2.2土层主要物理力学指标

表1　土层主要物理力学指标

6.3基坑降水措施

基坑四周边坡设泄水孔，将地下水排入坑内排水沟内，再由集水井用水泵排出坑外。基坑四周顶部设截水沟，阻止地表水流入坑内。基坑内土方开挖过程中采用管井降水法，沿基坑四周外围布置4口降水管井，井深9.5m～10.5m。

6.4深层位移监测点布置(图5)

基坑各侧围护结构内均埋设测斜管，在其南侧近东端阴角位置埋设1根测斜管，其余围护边中部各埋设1根测斜管，本基坑围护结构内共埋设4根测斜管，测点编号为CX1～CX4。

6.5监测成果及分析

各测斜孔深层水平位移变形曲线见图6～图9[2]，表2给出了各种工况下各测点发生的最大累计水平位移量及相应深度。

不断加深，围护体向坑内最大水平位移部位逐渐下移；(1)由图3～图9可以看出，随着基坑内土方开挖深度于软土层(淤泥质土)分布范围内主动土压力相对值较其它位置大，所以围护结构在该深度范围内的位移也较大，土方开挖结束后，支护结构最大水平位移的深度基本稳定；基坑围护深层水平位移曲线为典型有支撑板式围护变形曲线。

(2)该基坑采用了排桩+内支撑围护结构，支撑体系采用钢筋混凝土结构，刚度均较大，土方开挖过程中，支撑处向坑外产生了不同程度的位移，整体扰度相应增大。

(3)总体上看，各阶段南北两侧围护边中部发生的最大水平位移较其它围护边突出，北侧围护边中部较该边西侧发生最大水平位移显著。在围护构造及尺寸相同的条件下，长边中部刚度较短边要小，在基坑周边土层分布基本均匀的条件下，长边中部变形要大于短边。在基坑土方开挖施工过程中，南北侧围护后机械动荷载相对较多，北侧围护后地表一段时间内出现过大量土方临时堆载，均是造成围护体向坑内位移的因素。

(4)由于本基坑采取了加临时斜撑、垫层加强等措施有效降低了围护桩向坑内的最大位移。南北侧围护边中部最大位移量与设计值接近，北侧边最大位移量占该边长度的0.06%左右，占基坑开挖深度的0.19%。在同类基坑中，本基坑围护向坑内的位移量是比较小的。

7　结语

通过对本工程实例的分析，结合规范、前人研究成果及工程实际经验，可以得出测斜仪是一种精度

高，适应性强，稳定性好的监测仪器，可从监测曲线中直接判断滑动面的位置，是一种较好的基坑监测工具；同时也总结出影响测斜仪监测精度的三个因素：

(1)钻孔倾斜度过大不但影响测斜管埋设，且易引起导槽偏扭，严重的会出现“跳槽”现象[3]。

(2)若测斜管埋深足够，则以管底端为零位移基准点；若周围土层属高压缩性软土，也不一定能以管底端为基准点；为避免测斜管过长引起扭转而减小埋深，则应先确定管顶坐标，并以该点为基准点，所以须综合分析确定基准点[4]。

(3)若测斜管周围填料不实，形成不密实空洞，则会造成读数跳动不稳，无法反应深层土体水平位移。

[1]胡钧.深基坑测斜监测技术及计算方法改进[J].大坝观测与土工测试，2007,02

[2]邝建斌. 2013XP02地块(龙郡中澳城)基坑支护工程监测小结报告[R].2015，12

[3]刘墨云.基坑围护墙体深层侧向位移监测与分析[J].海峡科学，2007,11.

[4]朱继文.静安枫景苑深基坑周围土体深层位移特性研究[J].地质与勘探，2003,39(z2)

朱维君(1983.02-)，男，学士学位，工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工、监测及地质灾害治理方面的工作。

Applicationofdeepleveldisplacementindeepfoundationpitmonitoringinsoftsoilarea

ZHU Weijun

(XiamenCountyDragonRealEstateCo.Ltd.,Xiamen361000)

Inexcavationofdeepfoundationpitconstructionprocess,thechangeofstressstatecausedbyasupportingstructureunderloadandleadtoretainingstructureandsoildeformation,resultinginfoundationpitfailureoradverseimpactonthesurroundingenvironment,sothedeepfoundationpitsupportingstructureofdeephorizontaldisplacementmonitoringisparticularlyimportant.InthispaperonXiamenIslandinthecoastalareaofsoftsoildeepfoundationpitdeephorizontaldisplacementmonitoringdatawereanalyzed,andputsforwardthekeytoensuretheaccuracyofmonitoringkeywasputforward.

Softsoil；Foundationpitsupport；Anglemeasuring；instrument；Deephorizontal；displacementMonitoring

朱维君(1983.02-)，男，工程师。

E-mail:276329097@qq.com

2016-01-15

U212.24+6

A

1004-6135(2016)03-0105-05