深基坑开挖支护监测施工技术围护结构钢支撑裂缝

深基坑开挖支护监测施工技术围护结构钢支撑裂缝

第二部分：监测方法技术 一、垂直位移测量 二、水平位移测量 三、倾斜测量 四、裂缝观测 五、深层水平位移 六、围护体系内力 七、孔隙水压力 八、土压力 九、地下水位 十、分层沉降 ( 坑底隆起 ) 一、垂直位移测量 1 、监测项目： 地表，围护墙顶，坑内立柱，管线，建筑物，防汛墙、高架立柱、地铁隧道等构筑物等需要监测垂直位移。 2 、仪器： 水准仪，连通管（静力水准仪 -- 测量相对变化），全站仪（三角高程，比较少）。 一、垂直位移测量 3 、原理方法： 水准路线的分类： ★ 附合水准路线： 从一个已知高程的水准点 (BM1) 起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后连测到另一个已知高程的水准点 (BM2) ，称为附合水准路线。如下图所示 一、垂直位移测量 ★ 支水准路线： 从一个已知高程的水准点起，沿一条路线进行水准测量，以测定另外一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后 不 连测到任何已知高程的水准点称为支水准路线。 为了对测量成果进行检核，并提高成果的精度，单一水准支线必须进行往返测量。 一、垂直位移测量 ★ 闭合准路线 ： 从一个已知高程的水准点 (BM1) 起，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线一些水准点或垂直位移监测点的高程，最后 又回到 水准点 (BM1) ，称为闭合水准路线。如右图所示 一、垂直位移测量 水准路线的拟定： 日常监测中，应采用附合水准路线或闭合水准路线。没有任何规范中规定变形观测采用支水准路线观测 仪器站 观测 标 尺 读 数 高差 (a-b) (mm) i 角 的 计 算 次序 A 尺读数 a B 尺读数 b I1 1 148712 149140 2 148704 149142 3 148708 149154 4 148708 149150 中数 I2 1 150952 151394 校正后 A 、 B 标尺上的 a' 2 、 b' 2 2 150956 151410 正确读数为： 3 150944 151396 4 150958 151400 中数 　 水准仪 i 角检查： 仪器站 观测 标 尺 读 数 高差 (a-b) (mm) i 角 的 计 算 次序 A 尺读数 a B 尺读数 b I1 1 148712 149140 -4.39 A ～ B 标尺间距 S=20.6m 2 148704 149142 △=〔(a2-b2)-(a1-b1)〕÷2 = -0.045mm 3 148708 149154 i ″= 10△ = -0.45″ 4 148708 149150 中数 148708 149147 　 I2 1 150952 151394 -4.48 校正后 A 、 B 标尺上的 a' 2 、 b' 2 2 150956 151410 正确读数为： 3 150944 151396 a' 2 = a 2 -2△=1.50953+.0009=1.51043 4 150958 151400 b' 2 = b 2 -△=1.51400+.00045=1.51445 中数 150953 151400 　 仪器站 标 尺 读 数 高差 (a-b) (m) i 角 的 计 算 A 尺读数 a B 尺读数 b I1 1359 1432 A ～ B 标尺间距 D AB =70m 1241 1315 　 　 中数 I2 1456 1535 　 　 　 　 　 　 　 　 二、水平位移测量 1 、视准线法 以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量监测点到基准线的距离，确定偏移量的测量方法。 2 、小角度法 在测站上测量测站点至监测点的距离及固定方向与监测点方向间的夹角 , 以确定位移矢量的方法。每次测量夹角的变化，夹角变化量与距离的乘积即位移量。 三、倾斜测量 建筑物、构筑物的倾斜监测的方法有两种：一是直接测定建筑物的倾斜；二是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜。 直接测定建筑物的倾斜：应测定建筑物顶部相对于底部或各层间相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度。 四、裂缝观测 裂缝监测如下图所示。在监测裂缝中部的两侧各粘贴一块金属不锈钢板，钢板中心钻一小圆孔，埋设时圆孔连线方向垂直于裂缝（裂缝宽度），同时在裂缝的两端也各作一个标记，以观测裂缝的开展情况（裂缝长度）；也可以采用在裂缝两端设置石膏薄片，使其与裂缝两侧牢固粘结，当裂缝裂开或加大时，石膏片也裂开，监测时可测定其裂缝的大小和变化。 观测所用的量具是一种特殊构造的卡尺，尺身长 700 ～ 800mm ，刻度为 1mm ，尺上附有一个水准管，在尺的一端安有一根钻有孔距为 1cm 的定位小孔、可以上下游动的测针。测针系用止动螺钉插入小孔圈固定。尺上还附有一个游标，游标带有一根可上下微动的测针。当两测针对准刻度 0 ，同时水泡在水泡管中心时，两测针尖端在同一水平面上。卡尺的垂直和水平最小读数为 0.1mm 。其结构形式见下图。不锈钢板中心圆孔的形状与卡尺测针的尖端必须完全吻合。 五、深层水平位移监测 一、测斜仪系统简介 1 、测斜仪是通过测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角变化量，来监测围护墙体、土体深层侧向位移的高精度仪器。 2 、测斜仪分为 固定式 和 活动式 两种，按与垂线夹角监测范围不同又分为 垂直向测斜仪 和 水平向测斜仪 。 固定式是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上；活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动测定斜度变化，计算水平位移。 一、测斜仪系统简介 3 、按传感器型式分类： 可细分为滑动电阻式、 电阻应变片式 、振弦式及 伺服加速度计式 四种。 一、测斜仪系统简介 4 、活动式测斜仪系统组成： 由 探头 、 测读仪 、 电缆 和 测斜管 四部分组成。 1) 探头：装有重力式测斜传感器。 2) 测读仪：测读仪是二次仪表，需和探头配套使用。 3) 电缆：连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离。 4) 测斜管：测斜管一般由塑料管或铝合金管制成。常用直径为 50 ～ 75mm ，长度每节 2 ～ 4m ，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动。 一、测斜仪系统简介 5 、主要测斜仪 美国 Geokon-603 测斜仪 美国 Geokon 公司生产， Geokon － 603 读数仪，配 6000 系列探头，能自动记录观测数据。系统总量程为 ±53° ，系统精度 ±6 mm/30 m ，灵敏度 ±10 弧秒 (±0.05 mm/m) 。 SINCO 测斜仪、电缆和读数仪 美国 SINCO 测斜仪，能自动记录观测数据。测量范围：垂直方向 ±53° ；  精度： 0.02mm/ 每 500mm ；重复性： ±0.003° ；工作温度范围： -20-+50℃ ；重量： 1.8 公斤 。 北京航天 CX-06A 测斜仪 北京航天测斜仪，能自动记录观测数据。 传感器分辨率： ±0.02mm/8″ 系统总精度： ±4mm/15m 测量范围： ±50° 数字显示： 4.5 位测量电缆： Φ9.5mm 六芯导线导轮间距： 500mm 测斜用 PVC 高精度测斜管 ABS 、铝合金高精度测斜管 二、深层侧向位移 ( 测斜 ) 原理 1 、结构原理 1.1 、电阻应变片式测斜仪： 探头内有一青铜弹簧片做的下挂 摆锤 ，弹簧片两侧各贴两片 电阻应变片 ，构成差动可变阻式传感器，使之在弹性极限内探头的倾角与电阻应变读数呈线性关系。 代表仪器：葛南测斜仪 优点：产品价格便宜 缺点：量程有限，耐用时间不长 1.2 、伺服加速度计式测斜仪： 探头内有一个受重力作用的 摆锤 ，并布置有力平衡 伺服加速度计 ，其内部的位置传感器可以探测摆锤的位置，并且提供足够的恢复力使摆块回到其铅直零位置。此恢复力的大小可转变成电信号输出，在读数仪上显示为倾斜量的测量。 代表仪器：基康 603 、 SINCO 测斜仪 ( 两个加速度计 ) 北京航天部 CX-06 测斜仪 ( 一个加速度计 ) 优点：精度高、量程大和可靠性好 缺点：抗震性能较差 ( 激震时传感器容易损坏 ) 二、深层侧向位移 ( 测斜 ) 原理 2 、计算原理 基坑监测时，一般只考虑垂直于围护体的方向，即 X+ 、 X- 方向，需连续测二次来消除力平衡伺服加速度仪零漂的影响 ( 一测回 ) ； 每点水平偏移量是通过计算上部滑轮组相对于下部滑轮组所产生的倾角 (θ) 乘以观测读数间距 (L) 和相应的系数得到。 总水平偏移量是将每点的水平偏移量进行累加获到，该偏移曲线为一条连续的曲线，也就是说只要确定了一个基准点，整条曲线的位置就能确定下来。 二、深层侧向位移 ( 测斜 ) 原理 L 为传感器两对滑轮中心距 ( 一般为 500) k 为读数的放大倍数，采用公制时取 25000 ，英制时取 20000 L/k 称为仪器的 标定系数 2 、计算原理 二、深层侧向位移 ( 测斜 ) 原理 【 标定系数 】 基康 603 0.025 美国新科 0.02 北京航天 0.02 南京葛南 视标定情况而定 2 、计算原理 三、测斜操作方法和注意事项 三、测斜操作方法和注意事项 1 、测斜测读方法 1 ）测斜管口应可靠固定。并做好水平位移测点的标记，每次测斜前，先用测量方法测读管口水平位移，以这个读数作为测斜的基准读数； 2 ）每次测读前，应将测斜传感器放在管底停置几分钟，使得传感器的温度与管内的水温一致。最下面一点的位置应是从管口向下 n 倍传感器滑轮中心距； 3 ）从下而上，每提一个滑轮中心距就读一次数，直到管口。每个深度的读数同时记录 X 、 Y 互相垂直的二个方向的读数； 4 ）将传感器探头旋转 180 度，重复 3 步操作，完成一个测回。可以进行多个测回读数，检查多次重复读数的误差，取平均值作为测量结果。 三、测斜操作方法和注意事项 1 ）、每测孔第一次测试前应 定义 一个 正方向 ( 基坑监测中以朝基坑方向位移作为正方向，即 A0 或 X+) 。一般测斜仪探头向高轮方向倾斜数据显示为正值，因此可以高轮方向作为正方向。 2 ）、每个工程开始前，应对测斜仪进行全面 维修保养 ( 检查导轮、弹簧等是否需要更换 ) ，尽可能避免中途更换仪器。 2 、操作中的注意事项 三、测斜操作中的注意事项 3 ）、测斜仪探头内加速度计比较容易损坏，使用过程中一定注意要小心轻放；在工地现场测试过程和使用间隙，测试人员一定不能离开仪器，绝 不可将仪器随意 放置在路边等处。 4 ）、测斜仪探头和电缆联接时应检查定位槽和 O 型圈，小心 仔细连接 电缆和探头，要保持插头和插座成一直线，避免硬插将插针折弯或折断。 三、测斜操作中的注意事项 5 ）、探头和电缆联接好后应拧紧紧固螺母，并用优质的防水胶带 紧密包裹 ，确保能有效防水进入。 6 ）、测试前每个测斜孔应该用 清水洗孔 ，并用专用试孔器对测斜管的滑槽进行 检查 ，保证测斜仪探头的安全不卡孔。万一卡孔时，可采用前端有弯钩的粗铅丝、将钢筋牢固接长等方法解救被卡探头。 7 ）、每次探头下放至测孔前，要仔细 清理 测孔边的小石块等杂物，避免下放时被带入测孔内，造成探头上拉时卡住。 三、测斜操作中的注意事项 8 ）、测试过程应小心地将探头 缓慢地下放 至测斜管底部，切忌让电缆从手中滑过而使探头自由下落，以免使探头急速碰到测斜管底部，引起探头内加速度计受到激震而损坏。 9 ）、测斜仪的电缆线在上拉过程中应仔细盘放在清洁的地方， 避免远距离拖拉 电缆线导致电缆受损。 10 ）、拉线人员每次应将电缆刻度标记按预定间距快速准确地对应在测斜管的 预设位置 ，预设位置每次测试时应一致。 三、测斜操作中的注意事项 11 ）、拉线人员应注意不要将电缆线紧贴测斜管壁下放与上拉，或者将电缆刻度标记靠在测斜管壁以借力，这样很容易造成电缆线 标记的脱落损坏 。 12 ）、每次测试完成后应将电缆线及探头用 清水洗净 、晾干，在滑轮轴承部位上机油 保养 。 13 ）、读数仪的 面板要注意保护 ，应防止硬物将 LCD 屏幕刮花，不得用清洗液和酒精等溶剂清洗。 四、测斜数据处理 1 、计算方法 以孔口作为基准点 以孔底作为基准点 测斜数据的矢量和 四、测斜数据处理 1.1 、测斜算例 1 某基坑围护体内测斜管长度 11m ，在监测时以管底为起始点，从下往上测读，测段长度 0.5m ，每测段相对水平偏移量计算式为 σ = （ A0-A180 ） /2 。 5m 以上某两次的测试数据列于下表。以孔口为起算点，不作修正，计算该两次 5m 以上不同深度水平位移变化量 ΔXn 。 四、测斜数据处理 计算表 测段序号 深度（ m ） 第一次测试值 σ 1i Δ 1n 第二次测试值 σ 2i Δ 2n Δ X n A 0 A 180 A 0 A 180 　 0 　 　 　 0.00 　 　 　 0.00 0.00 1 -0.5 318.2 309.1 4.55 -4.55 357.1 350.6 3.25 -3.25 1.30 2 -1 318.6 308.4 5.10 -9.65 356.4 350.3 3.05 -6.30 3.35 3 -1.5 317.8 309.5 4.15 -13.80 354.2 351 1.60 -7.90 5.90 4 -2 315.5 311.5 2.00 -15.80 351.8 353.1 -0.65 -7.25 8.55 5 -2.5 313.2 313.8 -0.30 -15.50 352 355.3 -1.65 -5.60 9.90 6 -3 314.1 313.3 0.40 -15.90 355.4 354.6 0.40 -6.00 9.90 7 -3.5 316.9 310.4 3.25 -19.15 355.9 351.5 2.20 -8.20 10.95 8 -4 317.2 310.1 3.55 -22.70 356.4 351.1 2.65 -10.85 11.85 9 -4.5 317.8 309.5 4.15 -26.85 356.1 349.8 3.15 -14.00 12.85 10 -5 318.5 308.8 4.85 -31.70 356.9 349.2 3.85 -17.85 13.85 四、测斜数据处理 符号说明 σ i(mm) －－－测斜第 i 个测段的水平偏差值 Δn(mm) －－－相对与起算点的水平偏差值 ΔXn －－－测斜从管口下第 n 个测段处的水平位移值 四、测斜数据处理 1.2 、工程实例 观测人民路南线隧道推进施工对北线隧道周围土体的影响，在南北隧道中间埋设土体测斜孔 ( 对应于北线隧道 19 环处 ) ，测斜孔孔深 35 米。 并假定垂直于隧道走向的一组导槽“＋”值表示向北线隧道方向位移；另平行隧道走向的一组导槽“＋”值表示向盾构推进方向 ( 西 ) 位移。 同时测定两组导槽方向的位移 五、测斜数据处理 【 数据检查和评价 】 五、测斜数据处理 2 、程序处理和实例 2.3 、可能影响测斜数据质量的因素 测斜管质量和精度问题，接头连接处不顺畅 ; 测斜管埋设和安装 ( 回填不密实、接头对接空隙较 大等 ); 测斜孔没清孔、管内或导槽壁泥浆很多 ; 测斜管管口不稳定； 拉线时管口基点位置不统一； 数据没有充分稳定； 测斜仪构件磨损等。 2.4 、日常数据的处理要点： 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； 计算方式的选择 应根据测孔的实际情况确定。埋设在较深 (>2.5H ，开挖深度 ) 硬层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； 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、开挖深度较浅、测孔埋深较深的前提下，可采用“孔口控制、孔底自由”方式处理，将最近两次的计算结果比较，根据孔底位移值 反推孔口位移量 。 五、测斜数据处理 [ 程序数据处理 ] 实例演示二 P03 孔深 35 米 次数 工况 计算模式 孔口控制、孔底自由 孔口控制、孔底归零 最大值 位置 孔底位移 最大值 位置 孔底位移 10 开挖 8m 10.4 12 -1.4/0 9.4 12 0 60 开挖 15m 55.3 15 12.9 50.9 14 2.2 99 开挖 20m 106.9 20 35.3 88.2 19 2.2 注：红色代表现场实际采用的计算模式 判读： 说明在孔口控制、孔底归零计算模式下，最大值会明显减小，实例中在开挖 20m 时少报了 18.9mm ，尤其掩盖了孔底位移的事实，本例中孔底发生了 35.3mm 的位移量，如归零的话就不能发现围护墙 “ 踢脚 ” 的可能。 五、测斜数据处理 1 、先采用“孔口控制、孔底自由”的计算方式 ( 孔口位移为“ 0”) ，得到孔底有向基坑外 13.8mm 的位移量。 五、测斜数据处理 2 、根据孔底位移值 反推孔口位移量 ( 符号相反，数值相等 ) 。 五、测斜数据处理 2.5 、特殊情况的处理 ( 数据接点 ) 原因 ：遇到测斜仪因更换、损坏、零部件替换等原因，造成数据衔接不上，此时可采取设置一个 数据接点 予以过渡。 要求 ：接点数据的测定应及时，可以预计的情况 ( 如滑轮、弹簧的更换 ) 应在本次报告提交后马上进行，完成后立刻测定接点数据，以 避免实际工况的损失 。 五、测斜数据处理 2.5 、特殊情况的处理 ( 数据接点 ) P03.00 P03.00a P03.00b P0300.dat P03.29 P0329.dat P03.01 P0301.dat 换仪器 设断点 P03.29a P03.29b P03.30 P0330.dat 2.7 、一些有问题的测斜数据曲线实例 悬臂式围护的测斜数据 五、测斜数据处理 一些有问题的测斜数据曲线实例 地墙围护、开挖深度 10 米 五、测斜数据处理 重力坝围护、开挖深度 5 米 一些有问题的测斜数据曲线实例 设置数据接点的处理曲线 五、测斜数据处理 去除接点后的实际曲线 2.8 、工程发生险情时测斜的特殊作用 采用复合土钉墙围护，开挖深度 6 米，实际深度约 6.8 米， 14 日下午测斜 P07 孔一天变化 16.5mm ，采用南京葛南测斜仪测试，旁边为昆山市重要的交通要道 - 同丰西路，马路下距离围护边线仅 2 米就有一条维系整个昆山市通讯的地下光缆。 五、测斜数据处理 15 日抢险当日对 P07 孔共计测试了 7 次 各次变化速率如下： 次数 时间 位移增量 mm 时间间隔 h 速率 mm/h 抢险措施 11 9:30 40.5 20 2.0 12 11:30 5.4 2 2.7 13 12:30 3.0 1 3.0 14 14:00 2.0 1.5 1.3 基坑回填 15 15:00 1.0 1 1.0 回填 2/3H 结束 16 17:00 1.1 2 0.55 17 20:00 0.4 3 0.13 五、测斜数据处理 优点：采集和处理速度快、受限条件少、精度高、能反映整个剖面不同深度变化量 。 六、几点重要提示 水平位移 要作为重点项目进行观测，并以此修正测斜曲线顶部位移 ( 要与测斜管同点 ) ； 要 相信测斜数据 ，测斜仪在仪器状况良好时反推孔口位移，精度在 1-2mm 以内是绝对有保证的； 监测要与施工工况相结合，数据分析要与人工巡视相结合，发现施工与设计工况不符时，及时在监测意见 提出合理建议 ； 把握测点埋设的时间，注意测点的 时效性、可靠性 ； 测斜管应尽可能紧贴围护墙布置，密切 注意围护墙端部的变形 ，孔底不应采用归零计算； 测斜管测点被埋、被压在报告中予以注明，测点布置图与实际布点相一致；应 同等重视最大变形量和变形速率 这两个指标； 数据变化较大，有危险征兆时要及时签发 报警备忘录 ( 工程联系单 ) 并签收； 不利环境、恶劣天气的监测 工作不能放松； 需要重视的围护形式 ：采用钢板桩、厚度 600 的地墙、土钉墙、重力坝等围护的工程要特别小心，这种围护形式因为刚度小、整体性差、柔度大、施工质量得不到保证、开挖速度快或超挖、隔水性差、位移变形发展迅速等多方面原因，令人防不胜防； 开挖前期 掌握变形发展规律 ，监测频率要视变形发展而定。 六、几点重要提示 六、围护体系内力 1 、 监测项目 主要包括 支撑内力 、 锚杆拉力 、 围护墙内力 、 围檩内力 、 立柱内力 等。 支撑内力、锚杆拉力为板式围护体系一、二级监测等级 必测项目 ，三级监测等级 选测项目 。 围护墙内力、围檩内力为板式围护体系一级监测等级 必测项目 ，二级监测等级 选测项目 。 立柱内力为板式围护体系一、二级监测等级 选测项目 ，主要用于逆作法施工。 一、围护体系内力 支撑轴力 一、围护体系内力 地墙内力 一、围护体系内力 锚索拉力 一、围护体系内力 立柱内力 六、围护体系内力 2 、仪器和设备 钢弦式传感器基本原理 ●钢弦式传感器测定的参数为钢弦的 自振频率 。 ●钢弦的自振频率取决于钢弦的长度、钢弦材料的密度和钢弦所受的内应力。 关系式： ● 传感器的激振由一个电磁线圈 ( 磁芯 ) 来完成。 一、围护体系内力 2 、仪器和设备 钢弦式传感器基本原理 ● 钢弦张力与自振频率的平方差呈正比关系。 计算公式： 式中 — 待测物理量； — 与待测物理量相匹配的标定系数； — 测试频率 （ Hz ） ； — 初始频率 （ Hz ） 。 ●根据预先标定的频率 - 应力曲线或频率 — 应变曲线即可换算出所需测定的压力值或变形值。 一、围护体系内力 2 、仪器和设备 测读设备 — 频率仪 注意：由于频率仪在测试时会发出很高的脉冲电流，所以在测试时操作者必须使测试接头保持干燥，并使接头处的两根导线相互分开，不要有任何接触 , 不然会影响测试结果。 一、围护体系内力 2 、仪器和设备 2.1 钢筋应力计 用于测量钢筋混凝土构件内的钢筋应力。 一、围护体系内力 2.1 钢筋应力计 【 原理 】 钢筋的变形 ( 即应变 ) 使两端圆盘相对移动，这样就改变了张力，用电磁线圈激振钢弦，通过监测钢弦的频率求钢筋的变形。 一、围护体系内力 钢筋应力计的率定报告 六、围护体系内力 2.2 应变计 埋入式应变计 埋入式应变计可在混凝土结构浇筑时，直接埋入混凝土中用于地下工程的长期应变测量。 埋入式应变计的两端有两个不锈钢圆盘。圆盘之间用柔性的铝合金波纹管连接．中间放置一根张拉好的钢弦，将应变计埋入混凝土内。混凝土的变形 ( 即应变 ) 使两端圆盘相对移动，这样就改变了张力，用电磁线圈激振钢弦，通过监测钢弦的频率求混凝土的变形。 六、围护体系内力 2.2 应变计 表面应变计 基坑监测中主要安装在钢支撑表面，用于钢支撑受力后的应变测量。 表面应变计由两块安装钢支座、微振线圈、电缆组件和应变杆组成。安装时使用一个定位托架，用电弧焊将两端的安装钢支座焊（或安装）在待测结构的表面。 2.3 轴力计 在基坑工程中轴力计主要用于测量钢支撑的轴力。轴力计的外壳是一个经过热处理的高强度钢筒。在筒内装有应变计，用来测读作用在钢筒上的荷载。 轴力计 可直接监测支撑轴力 表面应变计 则是通过量测到的应变再计算支撑轴力 钢筋应力计 则通过钢筋和混凝土应变协调的假定来换算支撑轴力。 采用轴力计测试钢支撑注意事项 1 ）钢支撑轴力采用轴力计测试时，安装前须确定要 预留的尺寸 ，并及时与有关单位协商以便在支撑制作时予以考虑。 2) 在没有 确保支撑稳定 措施情况下，钢支撑不应使用钢弦式轴力计；在受力方向易发生偏心的角撑等位置，也不易使用钢弦式轴力计。 3) 将轴力计圆形钢筒安装架上没有开槽的一端面与支撑 固定端断面钢板焊接牢固 ，电焊时安装架必须与钢支撑中心轴线与安装中心点对齐 ( 轴向受力 ) 。 4) 在轴力计与墙体 ( 或围檩 ) 间插入一块 250mm×250mm×25mm 钢板 ，防止钢支撑受力后轴力计陷入墙体 ( 或围檩 ) 内，造成测值不准等情况发生。 5) 注意测点处所选择的轴力计 量程 应与设计值相 匹配 。 [ 钢支撑，采用轴力计 ] [ 钢支撑，采用应变计 ] 1) 应变计的布置应在预应力施加前安装 ，初读数测定时应等支架充分冷却；如预应力已施加，报表中必须注明支撑轴力数据反映的是钢支撑预应力施加后受力的变化量。 2) 安装架焊接在钢支撑表面后，将应变计平稳、自由状态下推入，不要弯曲和扭转；安装架、应变计的安装均应保持与支撑轴线平行；拧紧螺钉时应注意合理控制应变计的频率；应变计的安装位置应尽可能选择在宜于保护的部位。 3 、基本概念 3.1 应力、应变及弹性模量 应力（ σ) ：单位面积所受的（轴向）压力或拉力值。单位： N/m 2 （ Pa) σ=N/A 应变（ ε ）：单位长度上的拉伸或缩短量。单位：无量纲 ε= △l/l 假设：混凝土轴向应力与应变关系是线性的，即钢筋、混凝土是弹性的，产生单位应变所需的应力即为弹性模量 E E= σ/ ε 杆件的轴向受力： N=σA= EεA 4 、计算公式 4.1 、混凝土支撑轴力 假设钢筋混凝土变形协调 ε=ε c =ε s 基本公式： N=N c +N s =A c ×σ c +A s ×σ s =A c ×E c ×ε c +A s ×E s ×ε s =ε(A c ×E c +A s ×E s ) =εE s (A c ×E c /E s +A s ) =σ js (A c ×E c /E s +A s ) 钢弹模 (HRD335 取 200GPa ， 2×10 5 N/mm 2 ) 砼弹模 (C30 时 取 30GPa ， 3×10 4 N/mm 2 ) 一、围护体系内力 4.2 、 钢支撑轴力 轴力计 F=k ·(f i 2 -f 0 2 ) 表面应变计 F ＝ K （ f i 2 -f 0 2 ） S•E 式中： F 为支撑轴力 (kN) ( 计算结果精确至 1 kN) f i 为应变计的本次读数 (Hz) f 0 为应变计的初始读数 (Hz) K 为应变计的标定系数 (kpa/Hz 2 ) S 为钢支撑截面积 (m 2 ) E 为钢弹模 (HRD335 取 200GPa ， 2×10 5 N/mm 2 ) 一、围护体系内力 钢筋轴力计算表 　 标定系数 K 出厂频率 开挖前频率 f 0 本次频率 f i 钢筋轴力 　 （ kN/Hz 2 ) Hz Hz Hz Nsi(KN) 1 -6.42E-05 1415.2 1455.1 1380.6 13563 2 -6.15E-05 1352.1 1395 1312.3 13770 3 -6.26E-05 1310.4 1346 1256.3 14613 4 -6.31E-05 1355.2 1392 1305.2 14773 平均 　 　 　 　 14179 一、围护体系内力 6 、几个需注意的问题 问题： 1) 、每年高温期支撑轴力要超设计报警值，有时要超设计值的两倍甚至更多。 2) 、钢筋应力计安装时没有置换原钢筋主筋。 一、围护体系内力 [ 钢筋混凝土支撑 ] 解释 : ( 问题一 ) 1 、支撑如果是在气温较低的冬天形成的，在开挖过程中气温上升，会引起支撑结构的热胀效应，如气温增长 30 度可能会引起 20% 至 30% 的内力增加。 2 、混凝土变形 有两类： 一类是 荷载作用下的受力变形，包括一次短期加荷时的变形、多次重复加荷时的变形和长期荷载作用下的变形； 另一类是 体积变形，包括收缩、膨胀和温度变形，钢筋混凝土固结过程时会产生缩收缩，使得钢筋受压、混凝土受拉。 3 、钢筋的弹模基本上是固定的，而混凝土的弹模在凝固和受力过程中是变化的。 一、围护体系内力 [ 钢筋混凝土支撑 ] 解释 : ( 问题一 ) 4 、前提条件只是一种理想状态下的假定，混凝土支撑受力后其徐变就已经发生了，混凝土的徐变能使钢筋混凝土结构中混凝土应力与钢筋应力引起重新分布，就好比混凝土变“软”了，导致了混凝土应力的降低与钢筋应力的增大，而我们是通过测试钢筋的受力来换算整个截面的受力，这里有一个“以点概面”的问题。 5 、影响徐变的因素很多，温度、湿度、龄期、加荷量、加荷时间甚至水灰比、骨料对徐变均会有影响，因此徐变的精确计算相当困难，这方面权威性的资料相当少。 6 、鉴于目前的科技水平与检测技术，支撑轴力只能根据传感器实测频率进行换算，非荷载因素对混凝土轴力的影响不可能有很精确计算。 一、围护体系内力 [ 钢筋混凝土支撑 ] 部分工程混凝土支撑实测轴力最大值统计表 序号 工程 截面 最大实测受力 (kN) 气温变化 1 万都 1.8×1.0 24000 ↗ 2 中银 1.2×1.0 15286 ↘ 3 大剧院 不详 11100 ↘ 4 世界贸易商城 不详 13358 ↗ 5 信息 1.3×1.1 17268 ↗ 6 银冠 1.5×1.0 25857 ↗ 7 万象 1.0×0.8 13827 ↗ 8 一中院 0.8×0.7 9447 - 9 农工商 0.8×0.8 10445 ↗ 10 中建 1.0×0.8 13500 ↗ 注：因每个工程基坑特征、外部荷载等情况各不相同，数据仅供参考；气温变化一栏数据表示支撑完成后至出现最大受力过程中气温变化趋势。 一、围护体系内力 [ 钢筋混凝土支撑 ] [ 钢筋混凝土支撑 ] 建议 : 问题一 1 ）合理选择确定初始值的时间，建议在混凝土浇筑后第二天就采集数据，对数据变化作综合分析。 2) 在同一截面上同时安装钢筋应力计、混凝土应变计及无应力计进行比对测试。 问题二 1) 应采用等直径的钢筋应力计置换原支撑内的主筋。 如确有困难，采用埋设法安装时要用加长的钢筋应力计的拉杆，达到钢筋绑扎法锚固力的要求。 注意计算公式中钢筋应力计应按实际面积计算。 一、围护体系内力 七、孔隙水压力 一、基本内容 主要用于 堆载预压 的施工速率控制、 沉桩施工 及 基坑开挖 等施工项目中。 静态孔隙水压力监测相当于水位监测。潜水层的静态孔隙水压力测出的是孔隙水压力计上方的水头压力，可以通过换算计算出水位高度。 微承压水和承压水层，孔隙水压力计可以测出水的压力。 结合土压力监测，量测结果可应用于 固结度计算 及进行 土体有效应力分析 ，作为土体稳定计算的依据。不同深度孔隙水压力监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。 孔隙水压力监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级 选测项目 。 七、孔隙水压力 二、仪器、设备简介 1 、 孔隙水压力计 [ 种类 ] 钢弦式 、水管式、电阻应变式、气压式等。 [ 工作原理 ] 孔隙水压力计由两部分组成，第一部分为滤头，由透水石、开孔钢管组成，主要起隔断土压的作用；第二部分为传感部分，土孔隙中的有压水通过透水石汇集到承压腔，作用于承压膜片上，膜片中心产生扰曲引起钢弦应力发生变化，钢弦的自振频率随之发生变化。 2 、 测试仪器、设备 频率计。 二、孔隙水压力 孔隙水压力计的率定报告 二、孔隙水压力 三、孔隙水压力计安装 1 、安装前的准备 将孔隙水压力计前端的透水石和开孔钢管卸下，放入盛水容器中热泡，以快速排除透水石中的气泡，然后 浸泡 透水石至饱和，安装前透水石应始终浸泡在水中，严禁与空气接触。 二、孔隙水压力 三、孔隙水压力计安装 2 、 钻孔埋设 孔隙水压力计埋设是一项技术性很强的工作，各个环节都要认真仔细对待才可能取得最后的成功。 ●方法一： 一个钻孔埋设一个孔隙水压力计。具体步骤为①钻孔到设计深度以上 0.5m-1.0m ；②放入孔隙水压力计，采用压入法至要求深度；③回填 1m 以上膨润土泥球；④封孔。 二、孔隙水压力 三、孔隙水压力计安装 2 、 钻孔埋设 ●方法二： 一孔内埋设多个孔隙水压力计时，压力计间隔不应小于 1m ，并作好各元件间的封闭隔离措施。 。 埋设顺序为①钻孔到设计深度；②放入第一个孔隙水压力计，观测段内应回填透水填料，再用膨润土球隔离；③回填膨润土泥球至第二个孔隙水压力计位置以上 0.5m ；④放入第二个孔隙水压力计至要求深度，回填透水填料；⑤回填膨润土泥球 … ，以此反复，直到最后一个； ⑥回填封孔。 七、孔隙水压力 优缺点比较： 方法一：该方法的优点是埋设质量容易控制，缺点是钻孔数量多，比较适合于能提供监测场地或对监测点平面要求不高的工程。 方法二：此种方法的优点是钻孔数量少，比较适合于提供监测场地不大的工程，缺点是孔隙水压力计之间封孔难度很大， 封孔质量 直接影响孔隙水压力计埋设质量，成为孔隙水压力计埋设好坏的关键工序，封孔材料一般采用膨润土泥球。 七、孔隙水压力 四、监测技术 1 、 测试方法 用频率计测读、记录孔隙水压力计频率即可。 2 、 测试数据处理 计算公式： 式中 — 孔隙水压力（ kPa ）； — 标定系数（ kPa/Hz 2 ）； — 测试频率（ Hz ）； — 初始频率（ Hz ）。 3 、计算实例 孔隙水压力计算表 七、孔隙水压力 七、孔隙水压力 五、 注意事项 （ 1 ）孔隙水压力计应按测试 量程 选择，上限可取静水压力与超孔隙水压力之和的 1.2 倍。 （ 2 ）采用钻孔法施工时，原则上 不得采用泥浆护壁工艺成孔 。如因地质条件差不得不采用泥浆护壁时，在钻孔完成之后，需要清孔至泥浆全部清洗为止。然后在孔底填入净砂，将孔隙水压力计送至设计标高后，再在周围回填约 0.5m 高的净砂作为滤层。 （ 3 ）在地层的分界处附近埋设孔隙水压力计时应十分谨慎，滤层不得穿过隔水层， 避免上下层水压力的贯通 。 （ 4 ）在安装孔隙水压力计过程中，始终要 跟踪监测孔隙水压力计频率 ，看是否正常，如果频率有异常变化，要及时收回孔隙水压力计，检查导线是否受损。 （ 5 ）孔隙水压力计埋设后应量测孔隙水压力初始值，且连续量测一周， 取三次测定稳定值的平均值作为初始值 。 (6) 当一孔内埋设多个孔隙水压力计时，压力计间隔不应小于 1m ，并 作好各元件间的封闭隔离措施 。 八、土压力 一、 基本内容 基坑工程土压力监测主要用于量测 围护结构内、外侧的土压力 。 用土压力盒进行量测时，主要是针对法向的 总应力 。 结合孔隙水压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据。不同深度土压力的监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。 量测所获得的土压力可能为 土中压力 和 土体结构间接触压力 。 土压力监测为板式围护体系一、二级监测等级 选测项目 。 八、土压力 二、仪器、设备简介 1 、 土压力计（盒） 土压力盒有 钢弦式 、差动电阻式、电阻应变式等多种。目前基坑工程中常用的是钢弦式。 土压力盒又有单膜和双膜两类，单膜一般用于测量界面土压力，并配有沥青压力囊。双膜式一般用于测量自由土体土压力。 2 、 测试仪器、设备 频率仪。 八、土压力 三、土压力计（盒）安装 1 、 钻孔法 钻孔法是通过钻孔和特制的安装架将土压力计埋入土体内。具体步骤如下： ①先将土压力盒固定在安装架内； ②钻孔到设计深度以上 0.5m-1.0m ；放入带土压力盒的安装架，逐段连接安装架，土压力盒导线通过安装架引到地面。然后通过安装架将土压力盒送到设计标高； ③回填封孔。 吧、土压力 三、土压力计（盒）安装 2 、挂布法 挂布法用于量测 土体与围护结构间接触压力 。具体步骤如下： ①先用帆布制作一幅挂布，在挂布上缝有安放土压力盒的布袋，布袋位置按设计深度确定； ②将挂布绑在钢筋笼外侧，并将带有压力囊的土压力盒放入布袋内，压力囊朝外，导线固定在挂布上引至围护结构顶部； ③放置土压力计的挂布随钢筋笼一起吊入槽（孔）内； ④混凝土浇筑时，挂布将受到流态混凝土侧向推力而与槽壁土体紧密接触。 八、土压力 挂布法埋设 八、土压力 四、监测技术 1 、 测试方法 用频率计测读、记录土压力计频率。 2 、 测试数据处理 土压力计算式如下： 式中 — 土压力 （ kPa ） ； — 标定系数 （ kPa/Hz 2 ） ； — 测试频率 （ Hz ） ； — 初始频率 （ Hz ） 。 3 、计算实例 土压力计算表 1 ( 钻孔埋设 ) 土压力计算表 2( 挂布埋设 ) 八、土压力 五、 注意事项 (1) 土压力计应按测试量程选择，上限可取 预计最大量程的 1.5 倍 。 (2) 压力盒固定在安装架时，压力盒侧向的固定螺丝不能拧得太紧， 以免造成压力盒内钢弦松弛 。 (3) 压力盒沉放过程中，始终要 跟踪监测土压力盒频率 ，看是否正常，如果频率有异常变化，要及时收回，检查导线是否受损。 (4) 压力盒沉放到位施压前，到检查压力盒是否垂直，压力盒面的方向是否 与被测土压力的方向垂直 。 (5) 采用挂布法安装时，由于土压力盒挂在钢筋笼外侧，因此在钢笼下槽过程中，要格外小心压力囊经过导墙时受挤压、摩擦而破损漏油。挂布要尽可能兜住钢筋笼外侧， 防止混凝土浇筑时水泥浆液流到挂布外侧裹住土压力盒 。 九、地下水位 一、基本内容 基坑工程地下水位监测包含 坑内、坑外水位监测 。 基坑工程地下水位监测又有 浅层潜水 和深层 承压水位 之分。 通过坑内水位观测可以检验降水方案的实际效果，如：降水速率和降水深度。坑内应采用大井。 通过坑外水位观测可以了解坑内降水对周围地下水位的影响范围和影响程度，防止基坑工程施工中坑外水土流失。 坑外水位监测为基坑监测 必测项目 。 九、地下水位 二、仪器、设备简介 水位测量系统由三部分组成：第一部分为地下埋入材料部分 — 水位管 ；第二部分为地表测试仪器 — 钢尺水位计 ，由探头、钢尺电缆、接收系统、绕线架等部分组成。；第三部分为 管口水准测量 ，由水准仪、标尺、脚架、尺垫等组成。 九、地下水位 三、水位管构造与埋设 水位管选用直径 50mm 左右的钢管或硬质塑料管，管底加盖密封，防止泥砂进入管中。下部留出 0.5 ～ 1m 的沉淀段 ( 不打孔 ) ，用来沉积滤水段带入的少量泥砂。中部管壁周围钻出 6 ～ 8 列直径为 6mm 左右的滤水孔，纵向孔距 50 ～ 100mm 。相邻两列的孔交错排列，呈梅花状布置。管壁外部包扎过滤层，过滤层可选用土工织物或网纱。上部管口段不打孔，以保证封孔质量。 九、地下水位 四、监测技术 1 、 测试方法 先用水位计测出水位管内水面距管口的距离，然后用水准测量的方法测出水位管管口绝对高程，最后通过计算得到水位管内水面的绝对高程。 九、地下水位 四、监测技术 2 、 测试数据处理 水位管内水面应以 绝对高程 表示，计算式如下： 式中： — 水位管内水面绝对高程 (m) ； — 水位管管口绝对高程 (m) ； — 水位管内水面距管口的距离 (m) 。 九、地下水位 本次水位变化： 累计水位变化： 式中： — 第 i 次水位绝对高程 (m) ； — 第 i-1 次水位绝对高程 (m) ； — 水位初始绝对高程 (m) ； — 累计水位差 (m) 。 九、地下水位 五、 注意事项 (1) 水位管的管口要高出地表并做好 防护墩台 ，加盖保护，以防雨水、地表水和杂物进入管内。水位管处应有 醒目标志 ，避免施工损坏。 (2) 水位管埋设后每隔 1 天测试一次水位面，观测水位面是否稳定。当 连续几天测试数据稳定后，可进行初始水位高程的测量 。 (3) 在监测了一段时间后。应对水位孔逐个进行 抽水或灌水试验 ，看其恢复至原来水位所需的时间，以判断其工作的可靠性。 (4) 坑内水位管要注意做好 保护措施 ，防止施工破坏。 (5) 承压水位管直径可为 50 ～ 70 mm ，滤管段不宜小于 1m ，与钻孔孔壁间应灌砂填实，被测含水层与其它含水层间应采取有效 隔水措施 ，含水层以上部位应用膨润土球或注浆封孔，水位管管口应加盖保护。 (6) 重点是管口水准测量， 要与绝对高程统一 。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 一、基本内容 坑外土体分层位移 可采用磁性分层沉降仪或深层沉降观测标来测定，适用于监测基坑外地面以下不同深度处土层的沉降或隆起。 基坑回弹 可采用基坑坑内开挖面以下的分层沉降仪或深层沉降标的高程变化测定。 基坑在开挖后由于上部土体开挖卸载，深层土体应力释放向上隆起，另外，由于基坑内土体开挖后，支护内外的压力差使其底部产生侧向位移，导致靠近围护结构内侧的土体向上隆起，严重者产生塑性破坏。深大基坑由于卸载量大，基坑内外压差大，因而就有必要对基坑回弹进行监测。 土体分层垂直位移监测和坑底隆起监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级 选测项目 。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 二、仪器、设备简介 1 、 分层沉降仪用途及原理 分层沉降仪是通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观测埋设在土体不同深度内的磁环的确切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可用来监测由开挖引起的周围深层土体的垂直位移（沉降或隆起）。 2 、 分层沉降测量系统 由三部分构成：第一部分为埋入地下的材料部分，由 沉降导管、底盖和沉降磁环 等组成；第二部分为地面测试仪器一 分层沉降仪 ，由测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等组成；第三部分为 管口水准测量 ，由水准仪、标尺、脚架、尺垫等组成。 分层沉降仪作业指导书 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 三、分层沉降标（磁环）的埋设 方法一：用钻机在预定孔位上钻孔，孔深由沉降管长度而定，孔径以能恰好放入磁环为佳。然后放入沉降管，沉降管连接时要用 内接头或套接式螺纹 ，使外壳光滑，不影响磁环的上、下移动。在沉降管和孔壁间用膨润土球充填并捣实，至底部第一个磁环的标高再用专用工具将磁环套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定压力，使磁环上的三个铁爪插入土中，然后再用膨润土球充填并捣实至第二个磁环的标高，按上述方法安装第二个磁环，直至完成整个钻孔中的磁环埋设。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 三、分层沉降标（磁环）的埋设 方法二：在沉降管下孔前将磁环按设计距离安装在沉降管上，磁环之间可利用 沉降管外接头 ( 或定位环 ) 进行隔离，成孔后将带磁环的沉降管插入孔内。磁环在接头处遇阻后被迫随沉降管送至设计标高。然后将沉降管向上拔起 1m ，这样可使磁环上、下各 1m 左右范围内移动时不受阻，然后用细砂在沉降管和孔壁之间进行填充至管口标高。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 四、监测技术 1 、 测试方法 监测时应先用水准仪测出沉降管的管口高程，然后将分层沉降仪的探头缓缓放入沉降管中。当接收仪发生蜂鸣或指针偏转最大时，就是磁环的位置。捕捉响第一声时测量电缆在管口处的深度尺寸，每个磁环有两次响声，两次响声间的间距十几厘米。这样由上向下地测量到孔底，这称为 进程测读 。当从该沉降管内收回测量电缆时，测头再次通过土层中的磁环，接收系统的蜂呜器会再次发出蜂鸣声。此时读出测量电缆在管口处的深度尺寸，如此测量到孔口，称为 回程测读 。 磁环距管口深度取进、回程测读数平均数。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 2 、 测试数据处理 分层沉降标（磁环）位置应以 绝对高程 表示，计算式如下： 式中： — 分层沉降标（磁环）绝对高程 (m) ； — 沉降管管口绝对高程 (m) ； — 分层沉降标（磁环）距管口的距离 (m) 。 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 本次垂直位移量： 和累计垂直位移量： 式中： — 第 i 次磁环绝对高程 (m) ； — 第 i-1 次磁环绝对高程 (m) ； — 磁环初始绝对高程 (m) ； — 本次垂直位移 (mm) ； — 累计垂直位移 (mm) 。 分层沉降和坑底隆起计算表 十、土体分层沉降 ( 坑底隆起 ) 五、 注意事项 (1) 深层土体垂直位移的初始值应在分层标埋设稳定后进行，一般不少于一周。每次监测分层沉降仪 应进行进、回两次测试 ，两次测试误差值不大于 l.0mm ，对于同一个工程应固定监测仪器和人员，以保证监测精度。 (2) 管口要做好 防护墩台或井盖 ，盖好盖子，防止沉降管损坏和杂物掉入管内。 (3) 坑内回弹孔埋设时应 避免 因削弱承压水层以上隔水层厚度而 引发承压水突涌 的危险。 现场巡检案例 杭州地铁某地铁站 车站标准段深度约 14.7 米，端头井处深约 16.3 米 车站采用明挖顺做法施工，围护结构采用地下连续墙加四道钢支撑，车站两侧区间采用盾构法施工 标准段采用 600 厚地下连续墙，端头井采用 800 厚地连墙。地连墙插入比为 1 ： 1 ，标准段地连墙插入深度为 28m 左右 地连墙底部土层为⑥ 2 淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，含有机质，夹少量薄层状粉土 杭州地铁 XX 站地下连续墙变形 监测报告数据仅为实际值的 10%, 导致墙体侵限超过 30cm, 差一点造成不可弥补的严重后果。 围墙裂缝超过 15cm 杭州地铁 XX 站 杭州地铁 XX 站 杭州地铁 XX 站 九、基坑工程成败的五个要点 1 、完善的设计方案 2 、详实的工程地质报告 3 、高质量的施工队伍 4 、周密的信息化监测系统 5 、高度重视安全的项目管理组织