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1、西宁市火车站综合改造工程预留地铁站深基坑监控方案监控单位：施工单位：中南大学土木工程检测中心2011年5月i目录1 工程概况12 监测目的23 监控参考规范规程24 监测项目和基本要求24.1 监测项目24.2 监控基本要求35 监测方法及测点布置35.1 桩顶水平位移35.2 地下水位监测45.3 地面沉降45.4 土体侧向变形55.5 桩（墙）变形监测65.6支撑轴力监测75.7 支护桩内力85.8桩侧向土压力的监测95.9锚杆轴力的监测95.10基底隆起的监测105.11 基坑内外情况观察106数据处理116.1 数据录入116.2 数据处理116.3 预警机制117 监控质量保障措施1
2、27.1 人员素质127.2 关键工程部位的监测措施12附件：监控费用预算131 工程概况本基坑为四个基坑地下空间基坑、祁连路与互助录下穿隧道基坑、预留地铁站基坑和湟水河改造暗涵部分基坑之一，且基坑深度最深，最深达26米；基坑场地位于湟水河北岸级阶地及高满滩，地形起伏较大，总的趋势是西高东低；海拔高程2209.312217.41m，相对高差6.8m；依据勘察结果，场地在勘察深度内依其成因及岩土物理力学特征可分为6大层，与基坑支护相关的地层物理力学性质如下表：地层编号岩土名称参数C(kPa)()r(kN/m3) 杂填土518.0 18.0 粉质粘土3022.0 18.4-1粉土1516.0 17
3、.8-1粉细砂018.0 18.0 卵石040.0 21.0 -1强风化泥岩22033.0 19.0 -1中风化石膏岩35032.5221.1-2中风化泥岩18032.5721.7-1微风化泥岩82037.1222.0 -2微风化石膏岩61035.1522.3场地赋存第四系松散岩类孔隙潜水，地下水位标高为2208.22211.2m，含水层主要为全新统冲积卵石层，隔水底板为第三系泥岩，地下水由西北流向东南，以地下径流形式排泄于下游地区，最终排泄于湟水河，动态变化季节性明显，年水位变幅0.51.0m左右，水量比较丰富，该层水位受地面排水影响较大，导致地下水位起伏较大，第三系泥岩及石膏岩中局部赋存由
4、节理裂隙和构造裂隙水，因其构造裂隙分布不均，连通性差，无统一水面，该层水具承压性，水量较小，本工程可不考虑该层水的影响。基坑开挖深度5.5026.0m，且开挖面积大，属特大型深基坑工程，安全等级一级，基坑设计使用年限1.5年，控制基坑顶水平位移不大于30mm，控制周边地面及建筑物沉降变形不大于20mm，不均匀沉降满足相应规范要求，控制基坑周边荷载不大于20kPa，且距基坑边不小于6.0m。基坑支护形式为三种：（1）在环境条件相对宽松的部位采用放坡开挖支护结构形式，（2）对环境条件紧张的且基坑开挖范围内主要为力学性质相对较好的卵石层、基岩层采用桩锚支护结构形式，（3）对坑中坑部位采用桩锚支护、喷
5、锚支护和钢砼梁格构式预应力锚杆支护形式。2 监测目的基坑支护工程是岩土工程的一部分。在深基坑开挖工程中，土体变形的控制是工程技术的关键问题之一。这些变形包括：深基坑底面的隆起， 基坑周边支护结构和地面的沉降和侧向位移以及基坑周边临近建筑物的位移和沉降。不管是哪种位移，如果超出其允许范围，都将对基坑工程造成危害。因此在深基坑施工过程中，必须对基坑支护结构，基坑周围的土体和相邻的建筑物进行综合、系统的监测，才能对工程情况有全面的了解，确保工程的顺利进行。3 监控参考规范规程(1) 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002； (2) 工程测量规范 GB50026-2007；(3) 建筑基坑支护
6、技术规程 JGJ120-99； (4) 建筑基坑工程监测技术规范 GB50497-2009；(5) 城市轨道交通工程测量规范GB50308-2008；(6) 地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999；(7) 国家一、二等水准测量规范 GB12897-2006；(8) 建筑边坡工程技术规范 GB50330-2002；(9) 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001；4 监测项目和基本要求4.1 监测项目基坑监控项目是一项技术上复杂，不确定因素较多、风险性较大的系统工程，依据本基坑支护及周边环境的特点，需要进行监控的项目如下：(1) 桩顶水平位移(2) 地下水位(3) 建筑物
7、的沉降、倾斜(4) 地下管线沉降和位移(5) 地面沉降(6) 土体侧向变形(7) 桩变形 (8) 桩内力(9) 支撑轴力(10) 侧向土压力(11) 锚杆轴力4.2 监控基本要求(1) 基坑监测应以获得定量数据的专门仪器或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅，观测项目必须严格按照技术文件执行。(2) 监控数据必须可靠，观测必须及时。(3) 各监测项目在基坑支护施工前应测得稳定的初始值，且不少于2次。(4) 各项监测工作的时间间隔应根据施工进度确定，参照有关规范执行，对于观测的项目，应按照工程具体情况预先设置预警值，当观测发现超过预警值的异常情况，要立即向设计单位、监理单位及施工单位报告，以
8、便采取应急补救措施。(5) 及时向建设单位、设计单位、监理单位及施工单位提供量测报告，报告内容包括：测点布置、测试方法、量测记录、形象的图表、及经整理的量测资料、数据分析、结论和建议。5 监测方法及测点布置5.1 桩顶水平位移 (1)测点布置基坑开挖，在侧向土压力的作用下支护桩开始受侧压力，产生侧向变形，桩顶出现水平位移，通过监测桩顶水平位移，监控支护结构的受力情况，判断支护是否稳定，保证基坑安全施工，为此进行基坑支护桩桩顶的水平位移监测具有重要意义。测定布置，沿基坑边线支护桩每15m布置一个水平位移监测点，据本工程情况，共布设监测点53个，同时在远离基坑边缘不受基坑开挖影响的地方 埋设两个基
9、点。每个点位在成桩的钢筋笼上绑扎一根大约0.8m长的光圆钢筋，顶部略微高于桩顶面，并在旁边用红色油漆标注点号（见附图1桩顶水平位移测点布置图）。(2) 监测仪器桩顶水平位移监测采用经纬仪，读数精度为0. 10mm。(3)监测方法观测时各项限差宜严格控制，每测点读较差不宜超过0.5mm，监测完成时要闭合至控制基点以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次读数之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值；频率：开挖过程测1次/2天；主体施工时1次/周；根据数据分析确定水平位移基本稳定后1次/月。5.2 地下水位监测(1)监测目的主要对基坑开挖后，围护结构的地下水位状态进行监控，以防止围护渗漏水引
10、起坑外大量水土向基坑内流入，使基坑部分破坏或周围土体流失导致周边建筑物与地下管线破坏；并对坑内降水状态进行预测。(2)测点布置钻机成孔，钻孔直径110mm，深度大于基坑深度，下入50 PVC管；其中下部35m为滤水管，底部1m为沉砂管，井周填滤料厚度2530mm。防止塌孔便于测量，采用水位计加钢尺的方式进行量测。基坑内部布设地下水位观测点10个；基坑外布设地下水位观测点16个。(3)监测方法采用电感应水位测试仪（或钢尺）加水准仪进行测试。其中水准仪用于量测水位管顶的绝对标高，每隔一定时间应测一次管顶标高。频率：观测周期为基坑开挖前观测3次，开挖过程中1次/3天，主体施工1次/周。5.3 地面沉
11、降(1)测点布置基坑施工会对临近土体产生扰动，进而在推进面附近产生地面凹陷，为此进行基坑外侧的地面沉降监测具有重要意义。为此，沿边线外侧每1520m布置一个地面变形监测断面，每个横断面上布置3个测点，共布设断面42处，监测点105个。 每个点位埋设一根大约0.8m长的光圆钢筋，顶部略微低于地面。埋设时在地面钻挖一个直径10cm左右，深80cm的柱状孔，在孔中灌入砂及木屑插入钢筋。钢筋头低于半刚性路面层表面5mm，并在旁边用红色油漆标注点号。(2) 监测仪器沉降监测采用电子水准仪及相应的铟钢水准标尺，读数精度为0.01mm。(3)监测方法观测时各项限差宜严格控制，每测点读数较差不宜超过0.5mm
12、，监测完成时要闭合至控制水准点以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值；频率：维护结构施工时测1次/天，土方开挖过程测2次/天，根据数据分析确定沉降基本稳定后1次/月。5.4 土体侧向变形(1) 监测目的监测维护结构周边土体的侧向位移，监测维护结构周边土体和支护结构的稳定情况。(2) 土体侧向位移的测点布置土体侧向位移的监测采用测斜管，在维护结构周边土体中钻机成孔，钻孔直径110mm，深度大于基坑深度，埋设测斜管；埋设时将测斜管在现场组装，下入钻孔中,在测斜管与钻孔壁间用沙土填实的过程中尽量使管身竖直,管口应高出地面并在测斜管内灌满清水。埋设
13、过程中要避免管子的纵向旋转，在管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准，以免导槽不畅通。埋设就位时必须注意测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致。测斜管固定完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净。由于测斜仪的探头是贵重仪器，在未确认导槽畅通可用时，先用探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，待检查导槽是正常可用时，方可用实际探头进行测试。埋设好测斜管后，需测量测斜管十字导槽的方位、管口坐标及高程，要及时做好保护工作，如测斜管外局部设置金属套管保护。本工程共拟布设观测点10个。 (3) 土体侧向位移的监测方法采用测斜仪进行倾斜角测量。测斜仪器由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部份组成。测斜管内有四条
14、十字型对称分布的凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，测量时，使测斜探头的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将测斜探头放入测斜管，并由引出的导线将测斜管的倾斜角值显示在测读仪上。观测时将测斜探头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上，缓导下至孔底，测量自孔底开始，自下而上沿导槽全长每隔0.5米测读一次，每次测量时，应将测头稳定在某一位置上。测量完毕后，将测头旋转180插入同一对导槽，按以上方法重复测量。两次测量的各测点应在同一位置上，此时各测点的两个读数应是数值接近、符号相反的值。如果测量数据有疑问，应及时复测。开挖前用测斜仪测量初始值3次，开挖过程中每3天一次，主体结构施工时1次/2天。5.5
15、桩（墙）变形监测(1)监测目的监测桩（墙）的侧向位移。(2)桩（墙）侧向位移的测点布置桩（墙）体侧向位移监测的测斜管采用绑扎埋设。埋设时将测斜管在现场组装后固定在桩体钢筋笼上，管身每1.5m绑扎1次。测斜管随钢筋笼一起下到孔槽内，并将其浇筑在混凝土中，浇筑之前应封好管底底盖并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇筑混凝土时浮起，并防止水泥浆渗入管内。埋设过程中要避免管子的纵向旋转，在管节连接时必须将上、下管节的滑槽严格对准，以免导槽不畅通。埋设就位时必须注意测斜管的一对凹槽与欲测量的位移方向一致。测斜管固定完毕或混凝土浇筑完毕后，用清水将测斜管内冲洗干净。由于测斜仪的探头是贵重仪器，在未确认导槽畅
16、通可用时，先用探头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，待检查导槽是正常可用时，放可用实际探头进行测试。埋设好测斜管后，需测量测斜管十字导槽的方位、管口坐标及高程，要及时做好保护工作，如测斜管外局部设置金属套管保护。本工程共拟布设观测点42个。 (3) 桩（墙）侧向位移的监测方法采用测斜仪进行倾斜角测量。测斜仪器由测斜管、测斜探头、数字式测读仪三部份组成。测斜管内有四条十字型对称分布的凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，测量时，使测斜探头的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动将测斜探头放入测斜管，并由引出的导线将测斜管的倾斜角值显示在测读仪上。观测时将测斜探头插入测斜管，使滚轮卡在导槽上
17、，缓导下至孔底，测量自孔底开始，自下而上沿导槽全长每隔0.5米测读一次，每次测量时，应将测头稳定在某一位置上。测量完毕后，将测头旋转180插入同一对导槽，按以上方法重复测量。两次测量的各测点应在同一位置上，此时各测点的两个读数应是数值接近、符号相反的值。如果测量数据有疑问，应及时复测。开挖前用测斜仪测量初始值3次，开挖过程中每3天一次，主体结构施工时1次/2天。5.6支撑轴力监测(1)监测点布设支撑轴力计一般设在钢支撑的顶部一端，选具有代表性的支护部位, 测点布设在轴力较大的地方，或起关键作用的支撑上，布设时注意必须与钢支撑同心，本基坑施工设计布置6处支撑轴力。 (2)轴力计安装支撑轴力监测的
18、核心问题就是轴力计的安装。必须保证轴力计中心线与支撑中心线在同轴线上，以保证轴力计测出的轴力能真实地反映钢支撑所承受的轴力大小。轴力计安装步骤如下：钢围檩安装好后，根据设计标高以及平面位置在钢围檩上及钢支撑端部挡板上画出钢支撑十字中心线。根据轴力计截面半径大小，中心线位置，在钢围檩上及钢支撑端部的挡板上画出轴力计安装位置。根据已画好的轴力计位置，在钢围檩上或钢支撑端部的挡板上采用电焊方式将轴力计支架固定，再将轴力计插入支架内，用螺丝锁紧。轴力计安装时，要对轴力计的引出电缆做好保护工作。(3)监测方法用振弦式频率计，量测轴力计的频率值，当轴力计受到轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变钢弦的振动
19、频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化即可测出轴力计受力的大小，通过换算计算出横撑内力的大小。仪器精度：2HZ，监测频率：锁定后第一月内1次/周，以后1次/2周。5.7 支护桩内力(1)监测目的主要对基坑开挖后，围护结构支护桩的受力情况进行监测，以保证围护结构在基坑施工中保持稳定。(2)测点布置测点布置基坑深度变化处， 通过绑扎、对焊或者螺纹与支护桩钢筋笼的主筋连接，本基坑设置12个钢筋应力计。(3)监测方法采用振弦式钢筋应力计来监测地连墙内部钢筋应力的变化。振弦式钢筋应力计工作原理是利用一根张拉并固定在应力计变形段两端中心位置的钢弦，在受力变形后自振频率发生改变，求出钢弦应力的大小，进而推算出被
20、测钢筋受力的变化。钢筋应力计算公式如下：P=KF+bT+B式中：P被测钢筋的荷载（KN）；K钢筋计的标定系数（KN/F）；F钢筋计输出频率模数实时测量相对于基准值的变化量（F）；b钢筋计的温度修正系数（KN/C）；T钢筋计的温度实时测量相对于基准值的变化（0C）；B钢筋计的计算修正值（KN）；观测时利用振弦式频率接收仪测得钢筋计在受力后的自振频率读数，经上述公式转换后求出桩、墙的内部应力应变。仪器精度：2HZ。频率：观测周期为基坑开挖前观测3次，开挖过程中1次/3天，主体施工1次/周。5.8桩侧向土压力的监测土压力计选择在基坑的端头井部位。在地连墙施工钢筋笼时将土压力计采用挂布法固定在地连墙钢
21、筋笼上，从上到下每隔2 3米设一点，埋设在基坑围护墙的外侧，土压力计的受压面面向迎土方向，与钢筋笼用挂布隔开，引出导线集束用钢丝固定在钢筋笼上，待钢筋笼吊入成槽内后，将导线集束引至墙顶并用号码套环标记；如果支护桩或地连墙施工使用了泥浆护壁，则用钻机成孔，孔径130mm，然后沿深度每隔2 3米埋设土压力计，将导线成束引出并编号，共钻15个孔。用频率仪测得初始值，按一定的周期进行人工巡检监测，将监测的值与初始值比较计算，获得土压力分布状态。仪器精度：2HZ。5.9锚杆轴力的监测(1)监测目的主要是监测锚杆的预轴力大小，掌握桩锚支护结构的受力情况，以保证围护结构在基坑施工中保持稳定。(2)测点布置在
22、基坑放坡锚杆支护和桩锚支护结构周边，按3050米布置一个剖面，每个剖面的每一个锚杆安装一个锚杆应力计，合计布置115个锚杆应力计。(3)监测方法采用振弦式锚杆应力计来监测锚杆应力的变化，其工作原理与振弦式钢筋应力计的工作原理相似，也是利用一根张拉并固定在应力计变形段两端中心位置的钢弦，在受力变形后自振频率发生改变，求出钢弦应力的大小，进而推算出被测钢筋受力的变化。钢筋应力计算公式如下：P=KF+bT+B式中：P被测钢筋的荷载（KN）；K钢筋计的标定系数（KN/F）；F钢筋计输出频率模数实时测量相对于基准值的变化量（F）；b钢筋计的温度修正系数（KN/0C）；T钢筋计的温度实时测量相对于基准值的
23、变化（0C）；B钢筋计的计算修正值（KN）；观测时利用振弦式频率接收仪测得钢筋计在受力后的自振频率读数，经上述公式转换后求出桩、墙的内部应力应变。仪器精度：2HZ。频率：锁定后第一月内1次/周，1次/2周。5.10基底隆起的监测(1)监测目的基坑开挖是基坑底下的土体卸荷的过程，使基坑内外的土体形成一个土压力差，有时会产生隆起现象，特别是砂性土地区，对基坑安全危害很大，需要进行回弹监测。(2)测点布置基坑开挖到基底后沿基坑中部长短边每隔50米布设基底隆起观测点，每个点位埋设一根大约0.8m长的光圆钢筋，顶部略微底于地面。埋设时在地面钻挖一个直径10cm左右，深80cm的柱状孔，在孔中灌入砂及木屑
24、插入钢筋。钢筋头低于半刚性路面层表面5mm，并在旁边用红色油漆标注点号。本工程共布设8个点。(3)监测方法基底隆起监测采用电子水准仪及相应的铟钢水准标尺，读数精度为0.01mm，观测时各项限差宜严格控制，每测点读数较差不宜超过0.5mm，监测完成时要闭合至控制水准点以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值；5.11 基坑内外情况观察由于支护结构的施工质量、施工条件的改变、基坑边堆载的变化、施工用水不适当排放、管道渗漏以及气候条件的改变，还有工程隐患如地面裂缝、支护结构的失稳、临近建筑物裂缝等都可在巡检工作中及时发现，因此巡检是十分重要和很有必
25、要的，应由有经验的工程师按期进行巡检，巡检工作应列入观测计划，按期进行，并保持记录。6数据处理6.1 数据录入每周期观测后，应及时对观测资料进行整理，计算观测点的变形量、变形差以及本周期平均变形量和变形速度。每个监测项严格按各自的数据格式录入计算机，录入后交审核人审核签字。6.2 数据处理由能熟练操作Excel，Word, Origin, AutoCAD等软件专门人员处理数据。首先对数据的有效性进行检查，数据审核无误后，按照各自监测项的特点进行处理。做出观测结果过程曲线，及时反馈给项目总工程师，发现异常现象要及时汇报。当测量值大于设计和规范要求时，要立即组织有关人员分析原因、研究对策，必要时采
26、取果断措施，以防发生意外。这种“现场监测信息反馈方案修正监测验证”的基坑动态地信息化施工方法，具体如下文中示意图，可及时发现施工中的问题，从而及时改进施工技术措施或调整设计，以取得良好的工程效果和保持周边环境的效果。基坑施工期间，项目工程师应根据实际制订相应的监测制度、巡检制度、监测责任制、信息化监测技术等制度，确保监测工作顺利、如实的开展。6.3 预警机制本次监测拟采用级监测管理并配合位移速率作为监测管理基准，将监控值的三分之二作为警告值，监控值的三分之一作为基准值，将警告值和监控值之间称为警告范围，实测值落在此范围，应提出警告，说明需商讨和采取施工对策，预防最终位移值超限，警告值和基准值之
27、间称为注意范围，实测值落在基准值以下，说明是稳定的。依靠监控量测数据指导施工，及时反馈，做到信息化施工。通过监控量测，掌握施工过程中地面建筑物和基坑的状况，根据信息及时反馈、及时调整各项施工参数，适应当前的工况，从而达到安全的、高质量的按时完成施工任务。a) 达到警告范围时，在监测日报表上作上预警记号，口头报告管理人员；b) 变形值超过警告范围时，除在监测日报表上作上预警记号外，写出书面报告，应通知主管工程师立即到现场调查，召开现场会议，研究应急措施。7 监控质量保障措施7.1 人员素质本项目配备有较高专业知识和丰富工程经验的人员，项目负责人和技术负责人经验丰富，具有工程管理、工程协调和处理复
28、杂技术问题的能力。项目人员专业搭配全面合理，有措施控制人员素质能够保证满足工程需要。实施中保证本投标文件所列项目负责人、技术负责人、专业技术人员和骨干测量技术工人到位。7.2 关键工程部位的监测措施基坑开挖过程中，可能会出现异常情况和险情。为了应对上述情况，并在紧急情况下能有条不紊地工作，确保施工不受或少受损失，特采取以下措施：（1）、监测人员驻现场办公，每天至少留两人值班（如遇险情可马上处理）。（2）、值班电话24小时开通，出现异常情况及时上报，并加强监测。（3）、监测值班人员及时把异常情况，通过电话告知相关部门和人员。（4）、遇异常情况，如监测数据达到报警值，应24小时跟踪监测（每1次6小
29、时），进一步观察异常部位的发展情况，监测数据经分析后及时以书面报表形式上报相关单位。附件：监控费用预算一、监测材料及安装费序号监测材料名称数量单价（人民币：元）合价（人民币：元）1测斜管52孔、1456米米30元436802测斜管盖、底52付付10元5203测斜管连接管634个个/10元63404钢筋应力计12个个380元45605钢筋应力计导线360米米5元18006轴力计6个个500元30007轴力计导线180米米5元90008轴力计支架6个个100元6009护线钢管180米米30元540010监测标志点185点点30元555011钻孔成孔费1530米米/100元15300012监测仪器使
30、用费1000013办公设备折旧费8000合价总计人民币：￥251450元整二、监测分析费序号项目单价（元/次）点数次数合价（人民币：元）1桩顶水平位移20531421505202地下水位2026142738403地面沉降201051422982004土体侧向变形80101801440005支护桩变形80421806048006支撑轴力监测206170204007支护桩内力2012180432008挡墙侧向土压力2015112336009锚杆轴力2011517039100010基坑隆起20860960011测量基准点1002408000合计1805560监测费报价总计（人民币）：￥2057010元整 监测单位：中南大学 2011年5月5日6附图1 桩顶水平位移测点布置图附图2 地下水位测点布置图附图3 基坑监控支护桩变形测点布置图附图4 地面沉降平面布置图附图5 支护桩变形、侧向土压力、地面沉降、锚杆轴力等布置图附图6 锚杆轴力、土体侧向变形等布置图