邯郸城头大厦基坑变形监测方案设计.docx
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邯郸城头大厦基坑变形监测方案设计
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
2工程概况1
2.1工程简介1
2.2基坑周边环境1
2.3工程地质概况1
2.4水文地质概况3
2.5基坑安全等级及使用期限3
2.6支护结构3
3监测的目的、依据和内容4
3.1监测目的4
3.2监测依据5
3.3监测内容6
4监测精度要求及仪器的选择6
4.1监测精度要求6
4.1.1水平位移监测精度要求6
4.1.2竖向位移监测精度要求6
4.1.3深层水平位移监测精度要求7
4.1.4地下水位监测精度要求7
4.1.5锚杆拉力监测精度要求7
4.2监测仪器的选择7
5控制点、监测点的布置9
5.1控制点及工作基点9
5.2基坑及支护结构监测点9
5.2.1基坑坡顶和冠梁顶水平和竖向位移监测点9
5.2.2灌注桩桩身最大水平位移监测点9
5.2.3锚杆内力监测点9
5.2.4地下水位监测点10
5.3周边环境监测点10
5.3.1建筑物监测点10
5.3.2管线位移监测点10
5.3.3地表（道路）竖向位移监测点10
6监测方法10
6.1基坑水平位移监测10
6.1.1坡顶水平位移监测13
6.1.2围护桩顶水平位移监测13
6.1.3支护结构深层水平位移监测14
6.2基坑沉降位移监测15
6.2.1监测方法15
6.2.2观测技术要求15
6.2.3精度控制指标16
6.3锚索应力监测16
6.4地下水位监测18
6.5周围环境监测18
6.5.1周围建筑物的监测18
6.5.2周围地下管线的监测19
6.5.3周围道路的监测19
7监测频率19
8变形警戒值21
9数据处理分析22
10结束语23
致谢24
参考文献25
邯郸城头大厦基坑工程变形监测方案设计
摘要
邯郸城头大厦位于邯郸市中华大街东侧，丛台路北侧。
由2栋主楼和地下车库组成，地下2层。
基坑长约105m，基坑宽约65m，基坑深度9.6m。
按照国家建筑基坑工程监测技术及建筑变形测量规范要求，在安全施工时及时了解基坑开挖过程中基坑坡顶、冠梁、管线、周边建筑物等各部分的变形情况，需要在基坑开挖过程中，监测水平位移、沉降、地下水位等基坑相关部分。
本文在充分考虑了该项目的地理环境、地质条件等因素的条件下，对城头大厦基坑工程进行详细的监测方案设计，对监测方案、监测精度、预警值、数据处理等方面进行研究，为以后开展类似的基坑工程监测提供参考方案。
关键词：
深基坑；水平位移；沉降位移；监测精度
MonitoringprojectdesignforexcavationengineeringdeformationofHandanChengTouBuilding
ABSTRACT
HandanChengTouBuildingislocatedinHandanCity,eastsideofZhonghuaStreet,northofCongtaiRoad.Itconsistsoftwomainbuildingsandundergroundgarage,twoundergroundfloors.Thefoundationditchis105meterslong,65meterswide,and9.6metersdeep.Inaccordancewiththenationalbuildingfoundationengineeringmonitoringtechnologyandrequirementsofbuildingdeformationmeasurements,forsafeconstruction,weneedtoknowdeformationofthetopofthehill,thehighestbeam,pipelines,surroundingbuildingsandotherpartsduringexcavationprocess,monitoringhorizontaldisplacement,settlement,watertableandotherrelatedsection.Havingtakentheproject'sgeographicallocation,geologicalconditionsandotherfactorsintofullyaccount,thispapermadeadetailedmonitoringprogramdesignforthethereconstructionprojectofdeepexcavationoppositethethebuilding,bystudyingmonitoringprograms,monitoringaccuracy,earlywarning,dataprocessing,whichbringsreferenceforthefuturedevelopmentofsimilarexcavationengineeringmonitoringprograms.
KEYWORDS:
Deepexcavation;Horizontaldisplacement;Settlementdisplacement;monitoringaccuracy
1绪论
为了提高城市土地空间利用率，满足高层建筑的抗震和抗风等结构要求，我国深基坑工程在各方面都得到迅速发展。
在很多较大型建筑中，地下室也由一层发展到两层甚至多层，基坑开挖的深度也已从地表下5米到6米发展到9米甚至20m以上。
此外，在城市地铁、过江隧道等这些市政工程中，基坑工程也占了相当大的一部分比例，比如上海市中心的人民广场、220KV的地下变电站，围护结构内径达到58.0m，开挖深度达到23.8m。
基坑在开挖过程中，开挖区的自然状态也就发生了一些变化，基坑内外的土地也由原来静止的土压力状态慢慢转变为被动和主动的土压力状态。
应力状态改变首先就会引起基坑支护结构承受荷载而改变内力，其次会引起坑内土体的隆起、基坑支护结构和周围土体沉降和侧向位移，如果变形的量值和内力超过允许范围，将会导致基坑的不稳定甚至基坑的破坏。
目前，基坑工程主要集中在城市，在基坑周围有很多的地上、地下建筑物，地上建筑物类似于庞大的集中荷载，使基坑内外土体的变形加剧，土体的过大变形会促使地上、地下建筑物发生比较大的变形甚至使建筑物发生破坏，比如地上建筑物的倾斜、裂缝以及地下管线的破裂等。
所以，在基坑尤其是深基坑的开挖以及支护过程中，一般要对基坑支护结构的变化和土体的变形进行各方面的监测，来保证施工安全。
2工程概况
2.1工程简介
城头大厦位于邯郸市中华大街东侧，丛台路北侧。
由2栋主楼和地下车库组成，地下2层。
基坑长约105m，基坑宽约65m，基坑深度9.6m。
2.2基坑周边环境
基坑北侧：
为本项目待建工程，距待拆的6层住宅楼35.2m。
基坑东侧：
距地界最近处4.6m，距最近的4层楼6.7m。
基坑南侧：
距丛台路红线6.2m，距管线详见基坑周边环境图。
基坑西侧：
距中华大街红线最近处8.2m。
距管线详见基坑周边环境图。
2.3工程地质概况
本次勘察揭露60.0m深度范围内除表层填土外，地层以第四系冲洪地层为主，根据其岩性及物理力学性质，自上而下分为9层，简述如下：
层杂填土：
杂色，松散，稍湿。
主要成份为建筑垃圾组成，含灰渣、砖块等。
层厚0.7～2.5m。
局部成份单一，划为
1层素填土。
1层素填土：
黄褐色，松散，稍湿。
主要成份为细砂或中砂，局部夹粉土或混少量粉土。
该层厚度3.01m。
该层统计标准贯入试验7次，实测击数4.0～5.0击。
层粉质粘土：
黄褐色～灰褐色，软塑～可塑状态。
土质不均匀，局部为粉土或夹粉土薄层。
干强度、韧性中等，切面稍光滑，属中压缩性土。
钻探揭露层厚2.90～8.30m、平均厚度6.49m。
该层统计标准贯入试验31次，实测值4.0～8.0击，平均6.0击。
层粉质粘土：
褐黄～黄褐色，软塑～可塑状态。
土质不均匀，局部夹粉土薄层，下部含小姜石。
可见铁、锰质渲染，干强度、韧性中等，切面稍光滑，属中压缩性土。
钻探揭露层厚5.10～6.60m，平均厚度5.79。
本层统计标准贯入试验29次，实测值为6.0～17.0击。
层粉质粘土：
黄褐色～红褐色，一般为可塑状态，局部为软塑状态。
土质不均，局部夹粉土、粉砂薄层。
含姜石、砂颗粒，干强度、韧性中等，切面稍光滑，属中压缩性土。
钻探揭露层厚5.00～9.30m，平均厚度7.04m。
该层标准贯入试验33次，实测值为12.0～28.0击，平均21.3击。
层中粗砂：
杂色，饱和，中密～密实。
砂质不纯，级配差，混土及卵石，卵粒以亚圆形为主，磨圆度中等。
卵石含量为10%～25%，粒径一般3～8cm，最大粒径＞13cm。
钻探揭露层厚0.90～2.60m，平均厚度1.54m。
该层统计标准贯入试验6次，实测值29.0～35.0击，平均31.1击。
层粉质粘土：
黄褐色，可塑～硬塑状态。
土质不均匀，混砂及卵砾石，含量约10%。
干强度、韧性中等，切面稍光滑，属中～低压缩性土。
钻探揭露层厚11.9～15.20m，平均厚度13.48m。
该层统计标准贯入试验32次，实测值20.0～31.0击，平远27.9击。
层中砂：
杂色，饱和，中密～密实。
级配较差，该层砂质不均匀，混土较多，含少量卵砾石。
钻探揭露层厚7.10～10.20m，平均厚度8.01m。
该层统计标准贯入试验16次，实测值27.0～45.0击，平均34.0击。
该层夹粉质粘土透镜体划为
1层。
1粉质粘土：
黄褐色，可塑～硬塑状态。
土质不均匀，含砂粒，干强度、韧性中等，切面稍光滑。
属中压缩性土。
该层呈薄透镜体分布于
层中砂内。
层粉质粘土（卵石）：
棕褐～黄褐色，可塑状态。
土质不均匀，含砂、卵砾石较多，卵石含量约为10～20%，局部卵石富集。
属中压缩性土。
钻探揭露层厚6.30～10.00m，平均厚度8.08m。
该层统计标准贯入试验11次，实测值35.0～41.0击，平均38.1击。
层粉质粘土：
黄褐～褐黄色，坚硬～硬塑状态。
土质不均匀，含姜石、混砂颗粒，局部姜石较富集，干强度、韧性高，切面稍光滑，属中～低压缩性土。
该层本次勘察未揭穿，揭露最大厚度为3.0m。
2.4水文地质概况
本场区在勘察期间测得地下水稳定水位埋深为9.50～10.30m。
地下水赋存于
层粉质粘土以下地层，主要赋存于
层中粗砂和
层中砂中，属孔隙潜水。
地下水的补给来源主要为大气降水入渗补给，其次是山前侧向径流补给、河道渗透补给和渠系渗透补给和井灌回归补给，排泄方式以人工开采、自然蒸发为主。
地下水动态类型为降水入渗-开采型。
据区域水文地质资料，勘察场区地下水历年变化不大，略呈下降趋势。
地下水与年内降水量变化相关，水位年变化幅度在1.0m左右，高水位期一般出现在9～12月，低水位期一般出现在6月份。
2.5基坑安全等级及使用期限
（1）基坑深度9.6m，根据JGJ120-99和GB50202-2002的规定，经综合分析后确定基坑安全等级为一级。
（2）支护结构使用期为1年，超过1年，应重新监测锚索内力，若损失，应补偿张拉力，并加强基坑及环境预测。
2.6支护结构
（1）灌注桩桩径800mm，钢筋保护层50mm。
冠梁钢筋保护层30mm。
（2）冠梁以上部分：
1-1采用土钉墙，其它剖面挂钢板网喷射混凝土。
（3）土钉孔径120mm，孔内注入纯水泥浆。
（4）锚索孔径150mm，孔内注入纯水泥浆，采用二次高压注浆。
（5）排桩部分锚索腰梁为2根18#工字钢。
（6）应通过现场试验确定锚索抗拉力，如不足应调整设计。
图2-1支护结构剖面图
3监测的目的、依据和内容
3.1监测目的
第一，保证基坑支护结构和邻近建筑物的安全。
“安全第一”是工程施工阶段必须遵循的原则，基坑工程师危险性和破坏性较大的建设工程，也必须遵循这一原则。
在基坑开挖和支护过程中，应设法反正基坑支护结构和被支护土体的未定型，避免基线状态和破坏的发生，避免支护结构和被支护土体的过大变形导致邻近建筑物的倾斜、开裂和管线的破裂、渗漏等。
因此，在基坑施工阶段，应对支护结构、被支护土体及邻近建筑物进行检测，判断其稳定性和安全性，合理安排和调节施工顺序和进度，采取必要的技术应急措施，避免过大变形和减小破坏的程度。
第二，验证设计所采取的各种假设和参数，并进行及时的修正和完善。
基坑支护结构设计尚处于半理论半经验状态，土压力计算大多采用经典的侧向土压力公式，与现场实际的土压力有一定差距，基坑内外土体的变形也没有成熟的计算方法。
基坑施工总是由点到面、从上到下分工况局部实施，在基坑开挖和支护过程中进行施工监测，可以获得局部开挖或前一工况开挖所产生的应力和变形的实测值，验证原设计和施工方案的正确性，通过对实测应力和变形成果的分析，可以对基坑开挖到下一工况时所产生的应力和变形的大小和趋势进行预测，进而可以对实测值、设计值、预测值进行比较，必要是对设计方案和施工工艺进行修正和完善。
第三，不断积累工作经验，提高基坑工程设计和施工的水平。
基坑支护结构所承受的土压力及分布受多种因素的影响，如地质条件、基坑支护方式、支护结构刚度、基坑平面形状、开挖深度、施工工艺等，并直接与基坑的侧向位移有关，而侧向位移又与挖土的空间顺序、施工进度等时间和空间因素有关。
每一个基坑工程都具有各自的特点，其设计方案和施工技术也会有所不同，但总是在不断地吸取以往的成功经验的失败教训，提高自己的设计和施工平并有所创新。
施工监测数据是支护结构应力变化和土体变形的真实反映，通过监测数据，不仅可以判断本基坑工程支护结构和土体稳定性，验证设计所采取的各种假设和参数的正确性，也为其他基坑工程的设计和施工积累了宝贵的经验。
3.2监测依据
（1）《城头大厦基坑工程设计方案》2012年5月河南华丰岩土工程有限公司；
（2）《城头大厦岩土工程勘察报告》2012年4月18日河北建设勘察研究院有限公司；
（3）《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99；
（4）《建筑基坑工程技术规程》DB13（J）133-2012；
（5）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011；
（6）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002；
（7）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；
（8）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；
（9）《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；
（10）《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009。
3.3监测内容
（1）基坑坡顶和冠梁顶水平位移和竖向位移；
（2）灌注桩桩身最大水平位移；
（3）锚索内力；
（4）地下水位降深；
（5）基坑周边建筑物竖向位移、水平位移和倾斜；
（6）基坑周边管线位移；
（7）基坑周边地表竖向位移；
4监测精度要求及仪器的选择
4.1监测精度要求
4.1.1水平位移监测精度要求
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）中规定一级基坑的围护墙顶位移监控值是30mm，这样由《建筑基坑工程检测技术规范》（GB50497-2009）中的规定可知相对应的基坑围护墙（坡）顶水平位移监测精度要求：
监测点坐标中误差≤1.5mm。
（监测点坐标中误差，系指监测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差，为点位中误差的
。
）[1]
地下管线的水平位移监测精度宜不低于1.5mm。
4.1.2竖向位移监测精度要求
《GB50497-2009》中规定一级基坑宜按国家二等水准测量的技术要求施测，进行闭合路线或往返观测。
按照要求水准测量观测点测站高差中误差精度为±0.5mm。
观测前对水准仪进行“
”角检测，其“
”角小于15"即符合规范规定要求。
每次观测的高程中误差均小于±0.5mm。
地下管线的竖向位移监测精度宜不低于0.5mm。
4.1.3深层水平位移监测精度要求
测斜仪的系统精度不宜低于0.1mm/m，分辨率不宜低于0.02mm/500mm
4.1.4地下水位监测精度要求
地下水位监测精度不宜低于10mm。
4.1.5锚杆拉力监测精度要求
锚杆轴力计、钢筋应力计和应变计的量程宜为设计最大拉力值的1.2倍，量测精度不宜低于0.5%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S。
4.2监测仪器的选择
水准测量用DS05级水准仪，结合铟瓦钢尺，标称精度为：
±0.5mm。
按光学微测法施测。
（仪器见图4-1）
图4-1DS05水准仪
平面控制点测量采用南方NTS-352全站仪，标称精度为：
测距2mm+2ppm，测角2"。
（仪器见图4-2）
图4-2南方NTS-352全站仪
深层水平位移测量采用HCX-2B型测斜仪，仪器标称精度为±4mm/20m，探头工作幅度为60°，探头测量精度为±0.1mm/1m；测读仪显示读数至±0.01mm。
（仪器见图4-3）
图4-3滑动式测斜仪
锚杆应力监测采用锚杆测力计（外置式），可对锚索或锚杆拉力进行检测，及对其应力变化情况进行长期监测；还可用于预应力混凝土桥梁钢筋张拉力的检测和波纹管摩阻的测定，以保证安全和取得准确数据。
（仪器见图4-4）
图4-4振动式锚索测力计
地下水位监测用水位计，通常用于测量井、钻孔及水位管中的水位。
仪器最小读数为1mm，重复性误差为
m。
（仪器见图4-5）
图4-5钢尺水位计
5控制点、监测点的布置
5.1控制点及工作基点
监测网基准点应布置在基坑深度3倍以外，数量不得少于3个，且稳固可靠。
本基坑基准点设在中华大街西道上。
工作基点应选在相对稳定和方便使用的位置。
在通视条件良好、距离较近、观测项目较少的情况下，可直接将基准点作为工作基点。
监测期间，应该定期检查工作基点和基准点的稳定性。
5.2基坑及支护结构监测点
5.2.1基坑坡顶和冠梁顶水平和竖向位移监测点
基坑坡顶和冠梁顶的水平和竖向位移监测点应沿基坑周边布置，周边中部、阳角处应布置监测点。
监测点水平间距不宜大于20m，每边监测点数目不宜少于3个。
水平和竖向位移监测点为共同点。
5.2.2灌注桩桩身最大水平位移监测点
用测斜仪观测深层水平位移时，当测斜管埋设在围护墙体内，测斜管长度不宜小于围护墙的深度；当测斜管埋设在土体中，测斜管长度不宜小于基坑开挖深度的1.5倍，并应大于围护墙的深度。
以测斜管底为固定起算点时，管底应嵌入到稳定的土体中。
[2]
本工程测斜管埋设在灌注桩内。
灌注桩桩身最大水平位移监测点宜布置在基坑周边的中部、阳角处及有代表性的部位。
监测点水平间距宜为20-50m，每边监测点数目不少于1个，共设3个测斜管，测斜管长度不宜小于灌注桩的深度。
5.2.3锚杆内力监测点
锚杆内力监测点选择在受力较大且具有代表性的位置，基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂区段宜布置监测点。
每层锚杆的内力监测点数量应为该层锚杆总数的1%-3%，并不应少于3根。
本工程每层设9个锚杆内力监测点，其平面位置与测斜管相邻，各层监测点位置在竖向上保持一致，每根杆体上的测试点设置在锚具与腰梁或冠梁之间。
[3]
锚杆应按设计和规范要求进行拉拔试验，以确定锚索受拉承载力设计值，如不足应调整设计。
5.2.4地下水位监测点
（1）基坑外地下水位监测点应沿基坑周边布置灌注桩外侧，监测点间距宜为20～50m左右。
本工程在止水帷幕外侧设置4个水位监测井。
（2）基坑内地下水位监测点布置在基坑中央和两相邻降水井中间部位。
本工程在基坑内设置1个水位监测井。
5.3周边环境监测点
从基坑边缘以外1～3倍基坑深度范围内需要保护的周边环境应作为监测对象。
[4]
5.3.1建筑物监测点
（1）建筑竖向位移监测点的布置应符合下列要求：
建筑四角近基础处、沿外墙每6m～10m最大10m～15m近基础处或每隔2～3根柱基处，且每侧不少于3个监测点。
（2）建筑水平位移监测点与竖向位移监测点采用共同点。
[5]
（3）建筑倾斜监测点与竖向位移监测点采用共同点，由基础的差异沉降推算建筑倾斜，同时应考虑建筑原有的倾斜。
5.3.2管线位移监测点
监测点宜布置在管线的节点、转角点和变形曲率较大的部位，间距宜为15～25m左右。
本基坑管线均在道路下面，如条件允许应设置直接监测点。
5.3.3地表（道路）竖向位移监测点
道路竖向位移监测点在基坑南侧、东侧，与管线监测点为共同点（如管线为间接监测点）。
6监测方法
6.1基坑水平位移监测
采用南方NTS-352全站仪建立本基坑的平面控制网，观测数据为水平角、竖直角、斜距等，采用间接平差的方法和坐标正反算的方法计算各个控制点的平面坐标。
在工作基点上架站，利用极坐标法观测得到监测点的坐标，把第一次观测所得坐标记为初始值，通过以后在施工进行中的多次重复观测所得的坐标值，与初始值比较，得到该点的位移量，通过分析数据，画出位移量的变化曲线。
[6]
地表水平位移通常采用经纬仪及觇标，或是带有读数尺的觇牌，基座都应有光学对中器。
水平位移的观测方法有很多，可根据现场条件及观测仪器而定，本基坑采用的方法是视准线法、小角度法。
（1）视准线法
采用视准线法测量时，用精密的全站仪沿欲测量的基坑边线设置一条视准线。
在该线的一端假设全站仪，在视线的另一端架设棱镜。
在基线上沿基坑边线根据需要设置1,2,3到n个监测点，在一个端点上安置经纬仪，在另一个端点上设置固定觇标，并在每一照准点上安置活动觇标。
观测时，全站仪后视找准固定觇标进行定向，然后再观测基坑边各测点上的活动觇标。
在活动觇标设备上读取读数，即可得到该点相对于固定方向上的偏离值。
比较历次观测所得的数值，即可求得该点的水平位移量。
[7]
每个测点应照准三次，观测时的顺序是由近到远，再由远到近往返进行。
测点观测结束后，再用全站仪照准另一端点，检查在观测过程中仪器是否有移动，如果发现望远镜的照准线移动了，则全部观测成果作废，重新观测。
[8]在一端点上观测结束后，应将仪器移至另一端点，重新进行以上各项观测。
将每次观测数据记录在表格中，计算第一次观测值与以后观测值之差，即为该点水平位移值。
图6-1小角度法水平位移监测
（2）小角度法
该方法适用于观测点零乱，不在同一条直线上的情况下，如图6-2。
AS
T
图6-2小角度法水平位移监测
在离基坑两倍开挖深度距离的地方，选设测站点A，若测站至观测点T的距离为S，则在不小于2S的范围之外，选设后视方向
.为方便起见一般可选用建筑物的棱边或避雷针等作为固定目标
。
用
级经纬仪测定β角，角度测量的测回数可根据距离S及观测点的精度要求而决定，一般用2～4测回测定，并丈量A至观测点T的距离。
为保证β角初始值的正确性，要二次测定。
以后每次测定β角的变动量，按下式计算T点的位移量：
（mm）式（6-1）
式中
——β角的变动量（"）；
——换算常数，即将
角化成弧度的系数，
S——测站至观测点的距离（mm）。
如
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