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1、第3章 基坑工程变形监测一 基坑工程及基坑变形监测技术1、基坑工程概述深基坑进行开挖时都要进行围护，围护结构必须安全可靠，并能确保施工环境稳定。从经济角度讲，好的围护设计应把安全指标取在临界点附近，再靠现场监测提供的动态信息反馈来调整施工。基坑工程具有以下特点：（1）随着建筑趋向高层化，基坑向大深度方向发展（2）基坑开挖面积大，长度与宽度有的达数百米，给支撑系统带来较大的难度（3）在软弱的土层中，基坑开挖会产生较大的位移和沉降，对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响（4）深基坑施工工期长、场地狭窄，降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利（5）在相邻场地的施工中，打桩、降水、挖土及基础浇注混凝土等工
2、序会相互制约与影响，增加协调工作的难度2、基坑变形监测技术简介深基坑施工中的变形监测工作是指导施工、避免事故发生的必要措施。深基坑的理论研究和工程实际告诉我们，理论、经验和监测相结合是指导深基坑工程的设计和施工的正确途径。基坑工程变形监测技术：指根据基坑工程及设计者提出的监测要求，预先制定出详细的基坑监测方案，并在深基坑施工过程中，对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的一系列监测活动，以期对基坑工程的安全和对周围环境的影响程度作全面的分析研究，最终确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，为设计人员制定必要的工程应急措施、调整施工工艺或修改设计参数提供依据。二 基坑工
3、程现场监测的重要性和目的1、基坑工程现场监测的意义深基坑工程的安全不仅取决于合理的设计、施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工全过程的变形监测。基坑监测是确保基坑开挖安全可靠且又经济合理的重要手段。2、基坑工程现场监测的目的（1）检验设计所采取的各种假设和参数的正确性，指导基坑开挖和支护结构的施工。目前基坑工程的基坑支护结构设计尚处于半理论半经验的状态。（2）确保基坑支护结构和相邻建筑物的安全（应包含地下管线）。在实际工程中，基坑在破坏前，往往会在基坑侧向的不同部位上出现较大的变形，或变形速率明显增大。（3）累积工程经验，为提高基坑工程上的设计和施工的整体水平提供可借鉴依据。三 基坑监测方案设计
4、和监测基本要求1、基坑监测方案设计基坑监测方案设计必须建立在对工程场地地质条件、基坑围护设计和施工方案、以及基坑工程相邻环境详尽的调查基础之上，同时还要与工程建设四方以及管线、道路主管单位协调。监测方案的制定一般要经过以下主要步骤：（1）收集并识读工程地质勘察报告、围护结构和建筑工程主体结构的设计图纸（0.000以下部分）及其施工组织设计、较详细的综合平面位置图、综合管线图等，以掌握工程场地的工程地质条件、围护和主体结构、周围环境的有关材料。（2）进行现场踏勘，重点掌握地下管线走向、相邻构筑物状况，以及它们与围护结构的相互关系 。（3）拟定监测方案初稿，并提交委托单位（或工程监理单位）审阅，同
5、意后由建设单位主持召开有市政道路监察部门、邻近建筑物业主、以及有关地下管线（煤气、电力、电讯、上水、下水等）单位参加的协调会议，对监测方案初稿进行讨论，并形成正式监测方案。（4）根据会议纪要精神，对监测方案初稿进行修改，形成正式监测方案。基坑工程施工监测方案设计的主要内容有：（1）监测内容的确定（2）监测方法和仪器的确定，监测元件量程、监测精度的确定（3）施测部位和测点布置的确定（4）监测周期、预警值等实施计划的制定。2、基坑监测基本要求（1）监测工作必须是有计划的，应根据设计提出的监测要求和业主下达的监测任务书预先制订详细的基坑监测方案。（2）监测数据必须是真实可靠的，数据的可靠性由测试元件
6、安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度和可靠性、监测人员的素质来保证。（3）监测数据必须是及时的，监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出。（4）埋设于结构中的监测元件应尽量减少对结构的正常受力的影响，埋设水土压力监测元件、测斜管和分层沉降管时的回填土应注意与岩土介质的匹配。（5）采纳多种方法、实行多项内容的监测方案应相互印证。（6）对重要的监测项目，应按照工程具体情况预先设定预警值和报警制度，预警值应包括变形或内力量值及其变化速度。（7）基坑监测应整理完整的监测记录表、数据报表、形象的图表和曲线，监测结束后整理出监测报告。四、基坑工程现场监测的内容和方法1、基坑
7、工程现场监测的内容基坑工程现场监测的内容分为三大部分：围护结构和支撑体系、周围地层和相邻环境。具体监测内容如下：（1）地下管线、地下设施、地面道路和建筑物的沉降、位移。（2）围护桩地下桩体的侧向位移（桩体测斜）、围护桩墙顶的沉降和水平位移。（3）围护桩、水平支撑的应力变化。（4）基坑外侧的土体侧向位移（土体测斜）（5）坑外地下土层的分层沉降（6）基坑内、外的地下水位监测（7）地下土体中的土压力和孔隙水压力（8）基坑内坑底回弹监测确定监测内容的原则是监测方法简单易行、结果可靠、成本低，便于施工实施，监测点及所需布设的元件要能尽量靠近工作面安设。2、监测方法和仪表的确定监测方法和仪表的确定主要取决
8、于施工场地工程地质条件和土体的力学性质，以及测量工作实施时的环境条件。监测对象量值小，则采用精度高的仪器和装置；监测对象量值大，则采用精度低的仪器和装置。3、施测位置与测点布置原则测点布置涉及各监测内容中元件或探头的埋设位置和数量，应根据基坑工程的受力特点及由基坑开挖引起的基坑结构及其周围环境的变形规律来布设。1）桩墙顶水平位移和沉降测点一般布设在将围护桩墙连接起来的砼圈梁上，以及水泥搅拌桩、土钉墙、放坡开挖时的上部压顶上。2）围护桩地下桩墙体深层侧向位移桩墙体深层侧向位移监测，亦称桩墙体测倾，通常在基坑每边上布设一个测点。3）结构内力对于设置内支撑的基坑工程，一般可选择部分典型支撑进行轴力变
9、化监测。选择轴力最大的杆件进行监测。支撑轴力的测点布置主要由平面、立面和断面三方面因素所决定4）土体分层沉降和水土压力测点布设土体分层沉降和水土压力监测应设置在围护结构体系中受力有代表性的位置。5）土体回弹回弹测点应按以下要求在有代表性的位置与方向线上布设：（1）在基坑中央和距坑底边缘1/4坑底宽度处及特征变形点必须设置，方形、圆形基坑可按单向对称布点，矩形基坑可按纵向布点，复合矩形基坑可多向布点，地质情况复杂时应适当增加点数；（2）基坑外的观测点，应在所选坑内方向线上的一定距离（基坑深度的1.52.0倍）布设；（3）当所选点遇到地下管线或其他建筑物时，可将观测点移到与之对应方向线的空位上；（
10、4）在基坑外相对稳定或不受施工影响的地点，选设工作水准点，以及为寻找标志用的定位点。6）坑外地下水位围护结构（止水帷幕）止水能力的优劣对于相邻地层和房屋的沉降控制至关重要。监测井不必埋设很深，管底标高一般在常年水位以下45m即可。7）相邻环境监测相邻环境包括基坑开挖3倍深度以内的范围。建筑物以沉降观测为主，测点应布设在墙角、柱身、门边等外形凸出部位，除在靠近基坑一侧要布设测点外，在另外几侧也应布设测点，以作比较，测点间距应以反映建筑物不均匀沉降为宜。4、监测周期的确定施工监测工作基本上伴随基坑开挖和地下结构施工的全过程，初始读数必须准确可靠。围护墙顶水平位移和沉降、围护墙深层侧向位移监测贯穿基
11、坑开挖到主体结构施工到0.000标高的全过程，监测频率为：（1）从基坑开始开挖到浇筑完主体结构底板，每天监测1次；（2）浇筑完主体结构底板到主体结构施工到0.000标高，每周监测23次；（3）各道支撑拆除后的3天到一周，每天监测1次。当基坑周围有道路、地下管线和建筑物较近需要监测时，对周围环境的沉降和水平位移需每天监测1次，对建筑物的倾斜和裂缝的监测频率为每周监测12周5、监测项目的预警值预警值的确定应根据下列原则：（1）满足现行的相关规范、规程的要求，大多是位移或变形控制值；（2）对于围护结构和支撑内力、锚杆拉力等，不超过设计计算预估值；（3）根据各保护对象的主管部门提出的要求来确定；（4）
12、在满足监测和环境安全的前提下，综合考虑工程质量、施工进度、技术措施和经济等因素。确定预警值主要参照现行的相关规范和规程的规定值、经验类比值以及设计预估值这三个方面的数据。围护结构和支撑内力、锚杆拉力等应以设计预估值为确定预警值的依据，一般将预警值确定为设计允许最大值的80%。位移时间曲线是判断基坑工程稳定性的重要依据。对于基坑工程施工中测得的位移-时间曲线，如果始终保持变形加速度小于0，则该工程是稳定的；如果变形加速度等于0，则说明工程进入“定常蠕变”状态，须发出警告；如果变形加速度大于0，则表示已进入危险状态，须立即停工，进行加固。五 、基坑工程监测的实施方法及仪器仪表1、围护墙顶水平位移和
13、沉降监测围护墙顶沉降监测方法主要采用精密水准测量。在一个测区内，应设三个以上基准点，基准点应设在开挖深度5倍距离以外的地方。围护墙顶水平位移监测方法，在有条件的场地用视准线法，也可用小角度法用经纬仪测出各测点的侧向水平位移；困难的地方采用前方交会。2、深层水平位移监测1）测量原理深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移，通常用测斜仪测量。将围护桩墙在不同深度上的点的水平位移按一定比例绘制出水平位移随深度变化的曲线，称为围护桩墙深层挠度曲线。测斜仪由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部分组成。测斜仪的原理是通过摆锤受重力作用来测量测斜探头轴线和铅垂线之间倾角，进而计算垂直位置各
14、点的水平位移的。2）测斜仪按探头的传感元件不同，可分为滑动电阻式，电阻片式、钢弦式和伺服加速度式四种3）测斜管的埋设有绑扎埋设和钻孔埋设两种。绑扎埋设主要用于桩墙体深层挠曲测试，钻孔埋设用于土体中埋设。4）测量将测斜仪的测头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓慢下至孔底，测量工作从孔底开始，自下而上沿导槽全长每隔一定距离测读一次。测量完毕后，将测头旋转180插入另一导槽，按上述方法重复测量。3、土体分层沉降监测土体分层沉降指距离地面不同深度处土层内的点的沉降或隆起。通常用磁性分层沉降仪量测。磁性分层沉降仪由对磁性材料敏感的探头、埋设于土层中的分层沉降管和钢环、带刻度标尺的导线以及电感探测装置组成。
15、测量精度可达1mm。4、基坑回弹监测基坑回弹是基坑开挖对坑底的土层的卸荷过程引起基坑底面及坑外一定范围内的土体回弹变形或隆起。采用回弹监测标和深层沉降标两种。5、地下水位监测地下水位监测可采用钢尺或钢尺水位计。钢尺水位计的工作原理是在已埋设好的水管中放入水位计测头，当测头接触到水位时，即启动讯响器。6、相邻环境监测相邻环境监测的范围宜从基坑边线起到开挖深度约23倍距离，监测周期从基坑开挖开始，至地下室施工结束为止。1）邻近建筑物变形监测建筑物的变形监测可分为沉降监测、倾斜监测、水平位移监测和裂缝监测等部分内容。沉降监测的基准点必须在基坑开挖影响范围之外（至少大于5倍基坑开挖深度）。2）相邻地下
16、管线监测相邻地下管线监测内容包括垂直沉降和水平位移两部分。监测方法主要有间接测点和直接测点两种方式。直接测点常用埋设方案有抱箍法和套筒式两种。7、其他项目监测其他监测项目如土压力与孔隙水压力监测、支挡结构内力监测、土层锚杆试验和监测等。六 基坑工程监测报表和监测报告1、监测报表在基坑监测前要设计好各种记录表格和报表。监测报表通常有监测资料的当日报表、周报表、阶段报表，报表中呈现的必须是原始数据，不得任意修改、删除。2、监测曲线在监测过程中除要及时制作出各类型的报表、绘制测点布置位置的平面和剖面图外，还要及时整理各监测项目的汇总表并绘制以下一些曲线和图形：（1）各监测项目时程曲线（2）各监测项目
17、的速率时程曲线（3）各监测项目在各个不同工况和特殊日期变化发展的形象图。3、监测报告监测报告主要包括如下内容：（1）工程概况（2）监测项目和各测点的平面和立面布置图（3）所采用的的仪器设备和监测方法（4）监测数据方法、监测结果汇总表和有关汇总及分析曲线（5）对监测结果的评价报告撰写最好由亲自参与每天监测和数据整理工作的人员结合每天的监测日记写出初稿，再由既有监测工作和基坑设计实际经验，又有较好的岩土力学和地下结构理论功底的专家进行分析、总结和提高。七 基坑工程监测实例1、工程概况2、监测内容与方法1）监测内容及监测历程本项目监测内容主要有：（1）周边地下管线垂直与水平位移监测（2）周边建筑物垂
18、直位移监测（3）围护桩墙体深部水平位移监测（4）围护桩墙体顶面垂直与水平位移监测（5）立柱垂直位移监测（6）坑外地下水位监测（7）支撑轴力监测2）监测方法（1）周边地下管线垂直与水平位移监测（2）周边建筑物垂直位移监测（3）围护桩墙体深部水平位移监测（4）围护桩墙体顶面垂直与水平位移监测（5）立柱垂直位移监测（6）坑外地下水位监测（7）支撑轴力监测3）监测频率（1）基坑围护体和桩基施工阶段（2）基坑开挖及底板施工阶段（3）地下结构施工阶段4）基坑监测预警值3、监测结果分析（1）周边地下管线垂直与水平位移监测（2）周边建筑物垂直位移监测（3）基坑压项梁变形监测（4）立柱垂直位移监测（5）围护结构
19、侧向变形监测（6）坑外地下水位监测（7）支撑轴力监测4、结论与建议小结习题1、何为基坑工程变形监测？2、基坑工程施工监测方案设计的主要内容有哪些？3、基坑工程现场监测的内容有哪些？第四章 建筑物变形监测一 建筑物变形监测的目的和意义建筑物的变形如果超过了规定的允许限度，就会影响建筑物的正常使用，使建筑物发生不均匀沉降而导致倾斜，或造成建筑物开裂，严重时会危及建筑物的安全甚至造成建筑物的跨塌。一般说来，建筑物变形主要是由两方面的原因引起的：一是自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、土层的物理性质、大气温度等；一是建筑物自身的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及外加的动载荷
20、的作用。建筑物的变形按其类型来区分，可以分为静态变形和动态变形，静态变形指变形监测的结果只表示在某一期间内的变形值；动态变形其监测结果表现为建筑物在某个时刻的瞬时变形。变形监测的意义：通过变形监测和分析了解建筑物的变化情况和工作状态，掌握变形的一般规律，在发现不正常现象时，适时增加监测频率，及时分析原因和采取措施，防止事故发生，达到被监测建筑物正常施工及安全运行的目的。二 建筑物变形监测内容、方法及要求1、建筑物变形监测方案与监测内容1）建筑物变形监测方案建筑物变形监测的任务是根据监测对象的特点，依据设计者及业主对变形监测工作的具体要求，制定出合理有效的变形监测方案，并按照方案周期性地对各个监
21、测项目的变形监测点进行重复观测，以求得其在两个观测周期间的变化量，最终对监测数据进行处理和分析，提示出变形体的变形规律，以作出变形监测的结论，对建筑物的施工和营运作出安全预报。建筑物变形监测方案将影响到变形监测工作实施时的监测成本以及各项监测成果的精度和可靠性。变形监测方案的内容一般包括相关建筑工程资料的收集、建筑物变形监测系统与各项监测项目测量方法的制定和选择、变形监测网布设、测量精度和观测周期的确定等。建筑物变形监测方案的设计与编制步骤：（1）接受委托、明确建筑物变形监测对象和监测目的；（2）收集编制监测方案所需的基础资料；（3）对建筑工程的施工现场进行踏勘，以了解周围环境；（4）编制建筑
22、物变形监测方案初稿，并提交委托单位审阅；（5）会同有关部门商定各类变形监测项目警戒值，并对监测方案初稿进行商讨，以形成修改文件；（6）根据修改文件来完善监测方案，并形成正式的建筑物变形监测方案。2）建筑物变形监测内容建筑物变形监测分为内部监测和外部监测两方面：内部监测的内容有建筑物的内部应力、温度变化的监测，动力特性及其变形速率的测定等。外部变形监测内容主要有沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测和挠度监测等。对于一般的工业与民用建筑物，其监测内容分为基础监测和建筑主体监测两部分，对基础来说，主要监测内容是均匀沉陷与非均匀沉陷，对于主体主要是监测建筑物沉降、倾斜与裂缝等；对于高大的塔式建筑
23、物和高层建筑，还应进行动态变形监测。2、建筑物变形监测方法在常规的测量方法中，一般说来，垂直位移监测多采用精密水准测量、液体静力水准测量等方法；水平位移监测，可采用基准线法（针对直线型建筑）、导线测量方法、前方交会法等；挠度监测采用正垂线法。1）建筑物沉降监测方法沉降监测的具体实施步骤有水准基点的布设、沉降监测点布设、沉降监测频率的确定、沉降监测精度的确定、沉降监测数据的采集和沉降观测成果整理等。水准基点的布设一般设置3个以上水准基点，水准基点在布设时必须考虑下列因素：（1）根据监测精度的要求，应布置成网形最合理、测站数最少的监测环路。（2）在整个水准网里，应有四个埋设深度足够的水准基点作为高
24、程起算点，其余的可埋设一般地下水准点或墙上水准点。（3）水准基点应根据建筑场区的现场情况，设置在较明显且通视良好且保证安全的地方，并且要求相互间便于进行联测。（4）水准基点应布设在拟监测的建筑物之间，距离一般为20m到40m左右，一般工业与民用建筑物应不小于15m，较大型并略有震动的工业建筑物应不小于25m，高层建筑物应不小于30m。（5）监测单独建筑物时，至少布设三个水准基点，对建筑面积大于5000 平方米或高层建筑，则应适当增加水准基点的个数。（6）一般水准点应埋设在冻土线以下0.5 m处，设在墙上的水准点应埋在永久建筑物上，且离地面高度约为0.5 m.（7）水准基点的标志构造，必须根据埋
25、设地区的地质条件、气候情况及工程的重要程度进行设计。沉降监测点布设沉降监测点的布置位置和数量的多少，应以能准确地反映出变形体的沉降情况并结合建筑物场地的地质情况、基坑周边的环境及建筑物的结构特点等情况而定，点位宜选设在如下部位：（1）沉降监测点应布置在建筑物基础和本身沉降变化较显著的地方，并要考虑到在施工期间和竣工后，能顺利进行监测的地方。（2）在建筑物四周角点、中点及内部承重墙（柱）上均需埋设监测点，并应沿房屋周长每间隔1012m设置一个监测点，工业厂房的每根柱子均应埋设监测点。（3）由于相邻建筑及深基坑与周边环境之间相互影响的关系，在高层和低层建筑物、新老建筑物连接处，以及在相接处的两边都
26、应布埋设监测。（4）在人工加固地基与天然地基交接和基础砌筑深度相差悬殊处，以及在相接处的两边都就布埋设监测点。（5）当基础形式不同时，需在结构变化位置埋设监测点。（6）在震动中心基础上也要布设监测点，在烟囱、水塔等刚性整体基础上，应不少于三个监测点。（7）当宽度大于15m的建筑物在设置内墙体的监测标志时，应设在承重墙上，并且要尽可能布置在建筑物的纵横轴线上，监测标志上方应有一定的空间，以保证测尺直立。（8）重型设备基础四周及邻近堆置重物之处，即在大面积堆荷的地方，也应布设监测点。沉降监测频率的确定沉降监测的监测频率应根据建筑物的特征、变形速率、观测精度和工程地质条件等因素综合考虑，并根据沉降量
27、的变化情况适当调整。沉降监测精度的确定沉降监测精度的确定，取决于建筑物允许变形值的大小和监测的目的。根据实践经验，对建筑物沉降监测的精度要求应控制在建筑物允许变形值的1/101/20之间。一般性的高层建筑物施工过程中，应采用二等水准测量的监测方法进行观测，以满足沉降监测工作的精度要求。其相应的各项监测指标要求如下：沉降监测数据的采集高层建筑的沉降监测，通常使用精密水位仪配合铟瓦钢尺来施测，施测根据编制的垂直位移监测方案及确定好的观测周期进行，采用N2或N3级精密水准仪或国产S1型以上仪器，要求每个监测点的首次高程应在同期观测两次后确定。永久监测点应设在0之上0.50m处。（6）沉降观测成果整理
28、2）建筑物倾斜监测方法建筑物因地基基础不均匀下沉或其他原因，往往会产生倾斜。倾斜监测的方法有（1）直接测定建筑物的倾斜悬吊垂球法、经纬仪投影、测量水平角法、激光铅直仪（2）通过测量建筑物基础相对沉陷来确定建筑物的倾斜3）建筑物水平位移监测方法有基准线法、测小角法4）其他监测内容与方法3、建筑物变形监测要求在实施建筑工程变形监测时，要遵循“五定”原则（1）通常所说的变形监测依据的基准点、工作基点和监测对象上的变形监测点位要稳定（2）所用仪器设备要稳定（3）观测人员要稳定（4）观测时的环境条件基本稳定（5）观测路线、镜位、程序和方法要固定还应该满足以下几个方面的监测要求（1）实地踏勘要求（2）务必
29、编写变形监测技术方案的要求（3）选用仪器、设备应满足变形监测施测精度的要求（4）变形监测各监测点埋设的要求每个工程必须有不少于3个稳固可靠的点作为基准点，变形监测点要埋在最能反映建筑物变形特征和变形明显的部位。（5）观测时间（即频率）的要求三 建筑物变形监测资料及监测报告1、建筑物变形监测资料通过分析变形监测中采集到的数据来研究建筑物变形的规律和特征，是变形监测的另一个重要内容。1）变形监测的成果变形监测的成果包括沉降监测点平面图、倾斜监测点平面图、裂缝监测比较示意图、沉降监测成果汇总表、变形曲线图及变形等值线图等2）提交的变形监测资料（1）变形观测记录手簿；（2）变形观测点位置图（3）变形监
30、测成果表（4）变形关系曲线图（变形等值图）（5）变形监测成果分析报告2、建筑物变形监测报告建筑物变形监测报告应包括以下内容（1）工程项目名称（2）委托人：委托单位名称（姓名）、地址、联系方式等（3）监测单位：监测单位名称、地址、法定代表人、资质等级、联系方式等（4）监测目的（5）监测起始日期及监测周期（6）项目概况：建筑物工程地质结构等情况、建筑物现状描述等。（7）变形监测依据：执行的技术标准、有关本地区建筑物变形监测实施细则等法规依据、其他依据等。（8）变形监测方法及相关监测数据、图表说明，主要有以下几方面： 监测点等监测要素说明 变形监测方法及测量仪器的说明 变形监测精度的确定及依据 监测数据处理原理与方法 具体监测过程说明（9）变形监测成果 变形监测成果表及其说明 观测点位置图及关系曲线图（变形等值图）（10）其他需要说明的事项四 建筑物变形监测实例以某仓储中心三幢楼房为例，详细介绍沉降观测方法及过程，并对该三幢楼房的最终沉降量进行预测分析。1、工程概况2、监测网的建立由基准点、工作点、变形监测点组成。3、沉降监测方法二等水准测量4、观测周期及观测次数30天一次5、沉降监测结果6、分析结果与预报利用数学方法的三点法（回归分析法）7、监测结论小结习题1、建筑物沉降监测点的布设有哪些要求2、在实施建筑工程变形监测时，要遵循的“五定”原则具体指什么？25