学位论文基坑监测技术在深基坑中应用.docx
- 文档编号:28256510
- 上传时间:2023-07-09
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:102.44KB
学位论文基坑监测技术在深基坑中应用.docx
《学位论文基坑监测技术在深基坑中应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《学位论文基坑监测技术在深基坑中应用.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
学位论文基坑监测技术在深基坑中应用
2015届本科(专科)毕业设计(论文)
题目:
基坑监测技术在深基坑中应用
目录
摘要5
1深基坑工程的研究现状6
2深基坑监测技术概述8
2.1深基坑工程的分析方法及技术8
2.1.1深基坑维护结构受力分析8
2.1.2基坑抗隆起稳定性分析9
2.2深基坑的影响因素10
2.2.1渗流对基坑稳定性的影响10
2.2.2深基坑工程中的冗余度问题11
3监测点的布置与埋设12
3.1一级位移监测基准点的建立13
3.2场内二级基准点的埋设13
3.3基坑顶部位移观测点的布设14
3.4测斜管的埋设_ 14
3.5水位点的埋设15
3.6磁性沉降标的埋设 15
3.7土压力计和孔隙水压力计埋设16
3.8应力计的埋设16
4现场监测方法17
4.1基坑监测的频率17
4.2基坑位移观测18
4.3磁性沉降标的测量18
4.4测斜仪的测量18
4.5地下水位观测19
4.6应力计的测量19
4.7邻近建筑物、地下管线及道路沉降测量20
5现场监测原则20
5.1监控报警值的确定原则20
5.2监测自始至终要遵循“五定”原则20
6基坑监测中存在的常见问题21
7深基坑技术的发展趋势23
8结论24
参考文献26
致谢29
摘要
随着城市建设的发展,基坑监测已成了工程建设必不可少的重要环节。
中心地带的地价日趋昂贵,向空中求发展、向地下深层要土地便成了建筑商追求经济效益的常用手段。
基坑监测主要是对地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性,对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测。
本论文通过对深基坑监测技术和影响因素进行分析,得到具体监测点的布置与埋设,现场监测方法及常见问题。
最后探讨了深基坑技术的发展趋势。
[关键词]深基坑;基坑监测;时效性;位移;沉降
Abstract
Withthedevelopmentofcityconstruction, thefoundationpitmonitoring hasbecome animportantpartoftheprojectconstruction. Centerofthe price moreexpensive, themeansused toair fordevelopment, land became builders pursuiteconomicbenefitsto deepunderground.
Foundationpitmonitoring ismainly thecomplexityof undergroundsoil properties, loadingconditions,constructionenvironment, monitoringof soilproperties, environmentandunderground facilitiesadjacentbuildings, changes caused intheconstructionprocess ofthe.
Throughthestudyonthe influence factors ofdeepfoundationpit monitoringtechnologyandanalysis, getthe arrangementandembedding specific monitoringpoints, on-site monitoringmethodand commonproblems. Finally discussesthedevelopment trendof thetechnologyof deepfoundationpit.
[keyword]deepfoundationpit; excavationmonitoring; timeliness; displacement;settlement
1深基坑工程的研究现状
随着我国城市化进程的加快,各大中城市纷纷开发地下空间而且发展速度很快。
一地铁工程为例,北京、上海、广州等多个城市已拥有多条地铁,还有多条路线仍在建设及规划建设,地铁建设热潮已蔓延至众多内陆城市。
随着区域经济的迅速发展,越来越多城市趋于一体化方向发展。
为缩短城市间的交通距离,提高通行流量,大型城际交通设施也得到了大量建设。
近年来,越江(跨海)隧道呈现大直径、长进距离达7.5km,是世界直径最大的隧道之一;在建的钱塘江过江隧道盾构直径与长江隧道相同,全长4.2km,将穿越著名的钱江涌潮河段。
为避开既有地下设施,城市地铁的深度也在逐渐加深,如当前上海地铁最大深埋已超过30m。
随着建筑体的巨大化,当前基坑开挖工程规模也越来越大,如上海500KV世博变电站基坑开挖深度超过了33m,是目前世界上最大的全地下变电站,上海虹桥综合交通枢纽工程基坑总面积超过15多万平方米。
随着地下工程建设规模和密度的提高,面临的技术挑战和施工风险也越来越大,特别是在沿江、沿海软土地区,由于其地质环境极脆弱敏感,建设难度剧增。
近年来,地下工程导致的工程事故屡见不鲜,如2003年7月,上海地铁4号线浦西联络通道特大涌水事故引起严重地面沉降,黄埔江大堤断裂、周边建筑倒塌,经济损失达15亿元;2007年12月,南京地铁2号线汉中门站至上海路站区间隧道施工涌水,市区主干道路面塌方,形成约10m深、50m2的大坑;2007年3月,北京地铁10号线苏州街站东南出入口处发生坍塌事故,塌方面积约20m2,深约11m,造成6人死亡;2008年11月,杭州地铁1号线湘湖站基坑工程倒塌失稳特大事故,地下连续墙围护结构完全倒塌,11辆汽车坠入坑中,21人死亡;2009年3月,德国科隆市中心南部地铁线路中的一段在建设过程中全部倒塌,造成周围地面数栋建筑被毁,使得科隆历史档案馆严重受损,损失了无数的具有珍贵历史价值的档案及资料;2011年3月,深圳地铁1号线续建工程大新站3号出入口发生基坑失稳事故,基坑附近路面塌陷,出现直径约4m、深3m的大坑,并导致市政排污干管爆裂。
由于地下工程施工常在管线密布、建筑物密集、车流和人流量大的环境下进行,施工造成的地基变形将危害到临近既有建筑物、市政管线及既有地下设施,并可能影响人们的人身安全。
以往已发生过一些地下工程施工引起的环境影响的实例,如地铁工程中,施工后发生地表沉降的概率较高。
以深圳地铁1号线的建设为例,施工期内地面沉降事故占了总事故的25%,其中一期工程暗挖施工段最大地表沉降达到了300mm。
冗余度可以被认为是结构(构件)抵抗连续倒塌的能力。
结构冗余特性是指结构在初始的局部破坏下改变原有的传力路径,并达到新的稳定平衡状态的能力特征。
充分的结构冗余特性允许结构“跨越”初始的局部破坏而不向外扩展,从而避免连续性破坏或倒塌的发生。
国外对结构连续倒塌问题及建筑的冗余度已经进行了30余年的研究,连续倒塌分析受到了广泛的关注,并形成了相应的指导性文件。
国内对连续倒塌分析也已针对一些重大工程开展了研究,并已在部分重要建筑的设计过程中引入了这一分析方法。
从近几十年来的重大基坑工程事故来看,单纯的土体强度引起的基坑失稳所占比例有限,很多基坑事故都是由于挡土结构或支撑体系等结构的局部破坏或局部变形过大引起的。
因此,有必要针对重要地下工程与基坑工程引入冗余度也难以从理论上找到定量分析、预测的方法,这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。
首先,靠现场监测据来了解基坑的设计强度,为今后降低工程成本指标提供设计依据。
第二,可及时了解施工环境——地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。
第三,可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度,为及时采取安全补救措施充当耳目。
监测在取得大量测试数据同时对工程总结经验、完善基坑的支撑、提高设计水平有着重要意义。
2深基坑监测技术概述
2.1深基坑工程的分析方法及技术
2.1.1深基坑维护结构受力分析
基坑围护结构的受力分析是基坑设计分析的主要考虑因素之一。
目前除无支护放坡开挖,围护结构的主要形式有:
土钉墙、水泥土重力式挡墙、灌注桩排桩围护墙、钢板桩围护墙、钢筋混凝土钢板桩围护墙、型钢水泥土搅拌墙和地下连续墙。
目前针对围护结构的分析方法有极限平衡法、地基反力法和有限单元法。
极限平衡法在基坑设计早期提出,一直被广泛应用,是目前我国相关设计人员最熟悉的基坑支护设计计算方法之一。
由于它计算简单、使用方便,常用于空间效应不明显、地层较均匀、周围环境较稳定的支护结构。
该方法不考虑墙体变形和横向支撑变形,仅通过已知的土压力计算墙体的倾斜。
极限平衡法的关键和难点在于土压力的计算。
Janbu以及Peck首先对基坑周边土压力分布和计算进行了研究。
魏汝龙[1]对开挖卸载和被动区的土压力计算进行了研究;杨晓军等[2]考虑地下水水压力对基坑的围护结构上土压力影响,提出了有地下水时土压力的计算方法;李广信[3]对支护结构上水土压力的分算与合算进行了分析,并进一步针对渗透对土压力的影响进行了分析[4]。
与极限平衡法相比,地基反力法可以考虑支撑轴力、墙体弯矩、土压力等随开挖过程的变化,能合理解释结构刚度和土刚度的作用,目前地基反力法以m法应用最为广泛。
王建华等[5]建立空间三维m法并将其应用于深基坑的支护分析中。
有限单元法可以考虑深基坑工程的复杂性,模拟很多常规方法难以反映的因素,如土体的非线性、弹塑性、桩土接触面的摩擦效应等,因此该方法在实践中得以广泛应用。
Ou等[6]利用三维有限元技术分析了基坑的边角效应对围护体系的影响;俞建霖等[7]用三维空间有限元研究了基坑开挖过程中围护结构变形、土压力的空间分布及基坑的几何尺寸效应;R.J.Finno[8]利用三维有限元分析了基坑尺寸、围护墙刚度对基坑支护和周边土体位移的影响。
2.1.2基坑抗隆起稳定性分析
基坑的抗隆起稳定性分析对保证基坑稳定和测控基坑变形有重要意义。
当地基土和地面活荷载在减的弹塑性有限单元法。
应用极限平衡法研究基坑抗隆起稳定性主要有两类:
其一是基于地基承载力的概念;其二是圆弧滑动法[9-10]。
Terzaghi以及Bjerrum和Eide均假设黏土基坑的稳定性由不排水抗剪强度控制,基于地基承载力模式分析黏土基坑抗隆起稳定性,并给出了稳定系数表达式。
但这两种方法均适用于柔性挡土墙,而目前基坑工程中大多采用刚度较大的支挡结构(如地下[11]连续墙围护桩。
张耀东等在Bjerrum-Eide方法的基础上进行了相关改进,提出的抗隆起稳定计算修正公式可以考虑支护墙体的入土深度、坑底下的软土层深度、坑底地基处理和工程桩等的影响;王成华等[12]基于Terzaghi承载力理论提出了基坑抗隆起稳定分析的临界宽度法,定义了最可能发生基坑抗隆起失稳破坏的坑外临界宽度。
我国基坑工程实践中也常用基于圆弧滑动破坏模式的抗隆起稳定分析方法,新修订的上海市工程建设规范DG/TJ08-61—2010《基坑工程设计规范》对分层地基中基坑抗隆起稳定分析的圆弧滑动模式给出了更为明确的计算公式。
极限平衡法是在假定破坏面上进行验算,在理论上是不严格的,其解与真实解的关系无法确定。
相比之下极限分析法在理论上要比极限平衡法严格得多。
Su等[13]使用考虑非均质和强度各向异性的上限公式解析方法,分析了窄而深基坑的抗隆起稳定安全系数;Chang等[14]根据地基承载力的Prandtl破坏模式并应用上限理论推导了基坑抗隆起稳定性的解析公式,并对一些工程实例进行了计算与对比;姜洪伟等[15]将Sekiguchi-Ohta的各向异性本构方程求得的各向异性不排水剪强度应用到深基坑的抗隆起稳定分析中,计算结果表明:
各向异性显著影响基坑抗隆起稳定安全系数,忽略各向异性的影响将带来偏于不安全的结果;邹广电[16]基于Prandtl破坏模式得到了基坑抗隆起稳定的上限分析公式,但是由于在确定速度场时使用了简化方法,因此并非严格意义上的上限解;黄茂[17]松等基于经典的Prandtl破坏模式结合Casagrande和Carrillo推荐的考虑土体应力主轴旋转的软黏土强度公式,运用塑性极限分析上限定理推导了非均质土层中深基坑开挖的抗隆起稳定公式,研究了基坑开挖土体强度各向异性比、支护墙体入土深度、坑底软土层厚度对抗隆起稳定安全系数的影响;黄茂松等[18]进行进一步的修正,推导了更为严格的基于Terzaghi机构和Prandtl机构的基坑抗隆起稳定上限解析解。
数值极限分析方法往往比一般极限分析的解析方法得到更合理的破坏面和稳定安全系数。
数值极限分析方法主要包括极限分析有限元法和多块体极限分析方法。
B.Ukritchon等[19]采用的极限分析有限元法计算了不排水和各向异性条件下基坑抗隆起稳定系数的上限和下限,既有极限分析法理论上的严格性又有有限元适用性强的特点;秦会来等[20]提出了支护墙体刚性条件下的用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并使用MonteCarlo搜索技术进行了优化,讨论了基坑宽度、坑底软土层厚度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质和各向异性等因素的影响。
弹塑性有限单元法分析基坑抗隆起稳定性主要使用强度折减有限单元法(SSRFEM)。
A.T.C.Goh等[21]运用SSRFEM方法计算了软土中深基坑的抗隆起稳定性,并给出了一个计算基坑抗隆起稳定性的简便公式Cai等在A.T.C.Goh的基础上分析了圆形基坑的抗隆起稳定性,并给出了圆形基坑坑底抗隆起稳定性的设计图表;H.Faheem等[23]的进一步针对矩形基坑的三维分析表明:
抗隆起稳定性还受基坑长宽比的影响,当基坑长宽比大于一定值时可忽略三维影响陈福全等采用SSRFEM方法分析了不排水条件下软土地基中内撑式排桩支护基坑开挖的抗隆起稳定性。
基于强度折减技术的弹塑性有限单元法比较适用于复杂土层条件以及采用土钉和复合土钉支护的基坑分析。
2.2深基坑的影响因素
2.2.1渗流对基坑稳定性的影响
当基坑开挖达到或者是超过地下水位时,地下水渗流不可避免地将对土体的稳定性产生重要影响,而大量的工程实践显示,渗流问题是许多基坑工程事故的主要原因之一。
南京马台街基坑破坏主要是由管涌和流砂造成的,导致周围道路建筑物破坏;上海地铁2号线西延伸段由于承压水涌出造成大面积渗水和地面塌陷,因而在基坑稳定性分析和计算中必须高度重视地下水及其渗流作用。
[25]黄春娥等利用有限元法计算渗流场然后采用考虑渗透力的圆弧滑动法分析基坑稳定性。
在数值[26]分析方面董诚等应用PLAXIS模拟基坑内降水条件下基坑开挖过程的真实状态,分析渗流作用对深基坑整体稳定性的影响,同时采用有限元强度折减法并考虑流固耦合计算得到基坑整体稳定安全系数。
另外对于深基坑工程,往往由于坑内降水使得坑内外水头相差很大,容易造成渗透破坏极大威胁基坑工程的安全。
冉龙等[27]通过模型试验和数值模拟对深基坑渗透破坏模式进行了分析研究。
2.2.2深基坑工程中的冗余度问题
对于基坑支护体系来说,其进行冗余度设计的目的就是通过合理地布置支护体系,采取必要的连接构造节点,在不增加支护体系造价或造价增加很小的前提下,增加支护体系的冗余度,防止局部支护体系发生局部破坏引起整个支撑体系的变形显著增大或出现整体破坏。
目前国内外还未针对基坑工程开展冗[28]余度的研究。
基于工程实践和理论研究Zheng等近期提出了基坑工程的冗余度的概念和基坑支护体系冗余度的分类:
1)基坑水平支撑系统的变形冗余度
基坑水平支撑系统的变形冗余度即水平支撑体系的承担竖向支挡结构传递来的荷载时产生变形的冗余度。
水平支撑的布置应保证整个水平支撑体系在不同的与竖向支挡结构连接的位置具有大致相同的刚度,整体上不同部位的变形差异不至过大。
当水平支撑体系中个别杆件强度或刚度不够时,水平支撑体系能够将初始局部薄弱区域的荷载有效传递到能够承担这些冗余荷载的周边结构上,使薄弱区域的变形不会显著增加。
2)基坑水平支撑系统的稳定冗余度
基坑水平支撑系统的稳定冗余度包括3个方面,即:
①同一道水平支撑系统的冗余度。
对重要基坑工程的水平支撑系统进行合理设计,使其在局部范围内主要水平受力构件失效后仍能保证荷载的有效传递;或者在局部构件削弱时可将多余荷载传递到其他受力路径;或者局部位置作用冗余荷载(例如基坑边局部施工荷载过大)传递至邻近构件,从而避免整个水平支撑体系出现破坏;
②多道水平支撑的冗余度。
当水平支撑系统有多道时,当某一道水平支撑失效时,其他标高的水平支撑可对竖向挡土结构(地下连续墙、柱列式排桩等)的破坏起到延迟的作用,这也是重大基坑工程应具有的冗余度;
③水平支撑与竖向挡土结构(或腰梁)的连接节点冗余度。
当局部水平支撑承受过大荷载时,除水平支撑本身应具有前述的冗余度外,水平支撑与竖向挡土结构(或腰梁)之间连接节点也应具有相应的冗余度。
3)基坑竖向支挡结构的变形冗余度基坑竖向支挡结构的变形冗余度是指基坑局部出现坑外过大荷载、局部土质条件较差、基坑局部深挖等导致竖向支挡结构可能出现局部的变形过大时,由于基坑平面性状、竖向支挡结构形式(地下连续墙、排桩等)等,可将局部过大的荷载传递至相邻土体或竖向支挡结构,避免局部变形过大的能力。
例如,在向外凸出的基坑支挡结构部位,在凸出部由于土拱等空间效应,加之地下连续墙或排桩中的腰梁、以及水平支撑的作用,向相邻部位转移冗余变形的能力就比向坑内突出的阳角形基坑好,后者变形的冗余度就较差,需加强腰梁及水平支撑,提高其冗余度。
3监测点的布置与埋设
测点布设合理方能经济有效,监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。
在确定测点的布设前,必须知道基地的地质情况和基坑的围护设计方案,再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。
原则上,能埋的测点应在工程开工前埋设完成,并应保证有一定的稳定期,在工程正式开工前,各项静态初始值应测取完毕。
沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上,只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点,则可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点,此时的模拟桩的深度应稍大于管线深度,且地表应设井盖保护,不止于影响行人安全;如果马路上有管线设备(如管线井、阀门等)的话,则可在设备上直接设点观测。
3.1一级位移监测基准点的建立
一级位移监测基准点的建立,应根据现场实地踏勘的情况,考虑基准点的稳定性和观测精度要求以及防止基准点高程变动造成的差错,在工程现场旁离基坑边3倍开挖深度距离的稳定土体中钻孔至中风化岩1M布设三个基准点进行互相校核,三个基准点与场内的基准控制点沉降位移一级监测网,具体地点可由现场确定,基准点的埋设方法见附图3.1。
图3.1一级基准点的埋设
3.2场内二级基准点的埋设
场内二级基准点的埋设,场内基准点方便作业,从一级基准点引测的控制点,是与基坑每边成一直线布置的水平位移观测点构成沉降位移二级监测网,具体地点可由现场确定,基准点的埋设方法见附图3.2。
图3.2二级基准点的埋设
3.3基坑顶部位移观测点的布设
基坑顶部位移观测点的布设,如基坑位移监测采用基准点控制,水平位移观测点布置在基坑围护结构顶部。
根据现场平面尺寸及测量规范要求,一般按平行于基坑围护结构以20~30m的间距布设。
3.4测斜管的埋设_
在预定的测斜管埋设位置钻孔,测斜管应根据地质情况,埋设在那些比较容易引起塌方的部位,一般按平行于基坑围护结构以20~30m的间距布设;根据基坑的开挖总深度,确定测斜管孔深,孔深一般为基坑的深度,即假定基底标高以下某一位置处支护结构后的土体侧向位移为零,并以此作为侧向位移的基准。
_
将测斜管底部装上底盖,逐节组装,并放大钻孔内。
安装测斜管时,随时检查其内部的一对导槽,使其“十”槽始终与坑壁走向平午或垂直。
管内注入清水,沉管到孔底时,即向测斜管与孔壁之间的空隙内由下而上逐段用砂填实,固定测斜管。
测斜管固定完毕后,用清水将测斜管内冲洗干净,将探头模型放入测斜管内,沿导槽上下滑行一遍,以检查导槽是否畅通无阻,滚轮是否有滑出导槽的现象。
由于测斜仪的探头十分昂贵,在未确认测斜管导槽畅通时,不允许放入探头。
测量测斜管管口坐标及高程,做出醒目标志,以利保护管口。
现场测量前务必按孔位布置图编制完整的钻孔列表,以与测量结果对应。
3.5水位点的埋设
基坑在开挖前必须要降低地下水位,但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏,地下水的流动是引起塌方的主要因素,所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容;水位监测管的埋设应根据地下水文资料,在含水量大和渗水性强的地方,在紧靠基坑的外边,以20~30m的间距平行于基坑边埋设,埋设方法与地下土体测斜管的埋设相同。
3.6磁性沉降标的埋设
用钻机在场地中预定位置钻孔(实际布设孔位时要注意避开墙柱轴线)。
根据各个测点的不同观测目的,考虑到上部结构的重量分布及结构形式以及实际土压力影响深度,综合取定各孔深尺寸及沉降标在孔中的埋设位置。
工业用PVC塑料管作为磁性探头的通道(称为导管),导管两端设有底盖和顶封。
将第一个磁性圆环安装在塑料管的端部,放入钻孔中。
待端部抵达孔底时,将磁性圆环上的卡爪弹开;由于卡爪打开后无法收回,故这种磁性环是一次性的,不能重复使用,安装时必须格外小心。
将需安装的磁性圆环套在塑料管上,依次放大孔中预定深度。
确认磁性环位置正确后,弹开卡爪。
测量点位要综合考虑基底压力影响深度曲线和地质勘探报告中有关土层的分布情况。
固定探头导管,将导管与钻孔之间的空隙用砂填实。
固定孔口,制作钢筋混凝土孔口保护圈。
测量孔口标高3次,以平均值作为孔口稳定标高。
测量各磁性圆环的初始位置(标高)3次,以平均值作为各环所在位置的稳定标高。
{
b[_8x_
3.7土压力计和孔隙水压力计埋设
土压力计和孔隙水压力计,是监测地下土体应力和水压力变化的手段。
对环境要求比较高的工程,都须安装。
孔隙水压力计的安装,也须用到钻机钻孔,在孔中可根据需要按不同深度放入多个压力计,再用干燥粘土球填实,待粘土球吸足水后,便将钻孔封堵好了。
土压力计要随基坑围护结构施工时一起安装,注意它的压力面须向外;并根据力学原理,压力计应安装在基坑的隐患处的围护桩的侧向受力点。
这两种压力计的安装,都须注意引出线的编号和保护。
3.8应力计的埋设
应力计是用于监测基坑围护桩体、水平支撑受力及腰梁锚索受力变化的仪器。
它的安装也须在围护结构施工时请施工单位配合安装,一般选方便的部位,选几个有代表性的断面,每个断面装二只压力计,以取平均值;应力计必须用电缆线引出,并编好号。
编号可购置现成的号码圈,套在线头上,也可用色环来表示,色环编号的传统习惯是用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白分别代表数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,现在购买的应力计均有编号及用有颜色的线区分,应力计必须用电缆线引出,并编好号。
7GG`9!
测点布设好以后,必须绘
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 学位 论文 基坑 监测 技术 应用