柔性测斜仪在软土地基深基坑监测中的应用研究_林立祥.pdf

2023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying21 柔性测斜仪在软土地基深基坑监测中的应用研究林立祥(上海新地海洋工程技术有限公司,上海 200083)摘要:本文介绍了柔性测斜仪的工作原理,对某软基深基坑项目中柔性测斜仪自动化监测的应用成果进行了分析研究。根据施工工况分析了柔性测斜仪测试成果的可靠性,结合人工测斜成果验证了其测试成果的准确性,通过坑周地表断面竖向位移的监测进一步验证了柔性测斜仪在深层水平位移自动化监测中的可靠性与准确性。研究结果表明,柔性测斜仪可以在软土地基深基坑深层水平位移测试项目中推广应用,尤其适用于周边环境复杂的深大基坑,可实时、准确而可靠地反馈基坑重要的变形信息。关键词:柔性测斜仪;软土地基;微电子机械系统;深层水平位移;时间效应中图分类号:TU457文献标识码:AApplication of flexible inclinometer monitoring in deep excavation in soft groundLin Lixiang(Shanghai Xindi Ocean Engineering and Technology Co.,Ltd,Shanghai 200083,China)Abstract:The working principle of flexible inclinometer is introduced,and the application results of automatic monitoring of flexible inclinometer in a soft ground deep excavation project are analyzed and studied.According to the construction conditions,the reliability of the test results of the flexible inclinometer is analyzed.Compared with the manual inclinometer results,the result accuracy of flexible inclinometer is verified.Through the surface settlement monitoring results around the excavation,the reliability and accuracy of the automatic monitoring results of deep horizontal displacement are further verified.The research results show that the flexible inclinometer can be promoted to monitor the horizontal displacement of deep excavation project in soft ground,especially in the deep and large excavation with complex surrounding environment,which could feed back important deformation information of the excavation in time,accurately and reliably.Key words:flexible inclinometer;soft soil ground;mechanical system of microelectronics;deep horizontal displacement;effect of time收稿日期:2022-05-10;修订日期:2022-08-16作者简介:林立祥(1979-),男(汉族),江苏姜堰人,大学本科,高级工程师.0引言随着我国城市化进程的快速推进,近年来地下空间的开发达到了高峰,深基坑工程的施工逐渐向深、大方向发展,上海苏州河深层排水调蓄管道系统工程云岭西竖井基坑开挖深度达到 57.84m,为目前国内软基深基坑深度之最。由于软土地基具有强度低、高压缩性及流变性强等特点,基坑开挖施工不 当 会 引 起 支 护 体 系 及 周 边 环 境 的 变 形 事故1 4,围护结构深层水平位移作为基坑本体及周边环境变形的主要原因,对其进行变形控制是确保基坑施工安全的重要保障。围护结构深层水平位移通常采用活动测斜仪进行人工监测,存在人为操作误差、效率低等缺陷,每测孔量测时需将探头在孔底静置 5 10min,使得探头与孔内地下水温度平衡,当测孔数量较多时将耗时较长,特别是基坑发生险情时往往难以及时反馈围护结构变形信息,给抢险工作带来了较大的安全隐患。深层水平位移自动化监测技术很好地解决了人工量测无法解决的实时、高效等难题。目前深基坑22 工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying2023 年第 3 期深层水平位移自动化监测主要采用固定测斜仪,传感器竖向间距一般 13m,随着 MEMS(微电子机械系统)技术的推广应用,测斜孔内可以安装的传感器数量有了一定提升。柔性测斜仪在国内最初用于滑坡监测5 10,并取得了良好的应用效果。基于其安装简单、精度高和搭载传感器数量多等优点,在深基坑围护结构水平位移、水工大坝深层水平位移、堆石坝沉降、路基沉降、隧道及地下厂房收敛等监测领域亦进行了尝试应用。本文对柔性测斜仪在上海软基某深基坑围护结构深层水平位移监测中的应用进行了分析研究,旨在为软基深基坑围护结构深层水平位移自动化监测提供准确而可靠的技术手段。1柔性测斜仪工作原理 柔性测斜仪又称阵列式位移计,灵活柔韧,属于标准的三维测量系统。系统使用一组精密的微电子机械系统(MEMS)加速度计阵列和经过验证的计算程序,测量对象的二维或三维变形,系统无优先轴,相邻测段间可以自由弯曲,可沿竖向及水平向进行安装,竖向安装时获取对象在不同深度的水平位移,水平安装时获取对象在不同里程处的竖向位移。MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)加速度计是使用微电子机械系统技术制造的加速度计,通过测量由于重力引起的加速度,可以计算出各单节传感器相对于重力方向的倾斜角度。柔性测斜仪在制造时各单节均进行了校准,MEMS 加速度计是对齐的,对每一个 x、y 和 z 形成一个连续的正交轴,根据重力场推算倾斜角度。柔性测斜仪安装于深基坑围护结构测斜管内后呈 Z 字形分布,以端部为起算点可计算出 x、y 方向各节点坐标,当围护结构在外荷作用下发生水平向位移后,传感器在水平向的位置发生变化,x 或 y 方向的节点坐标发生变化,其变化量即为围护结构深层水平位移。由于软土地基围护结构底部通常不稳定,一般以管顶作为各节点坐标的起算点,管顶位移量通过全站仪进行观测,用于修正各深度处的深层水平位移。2工程概况2.1工程概况上海某污水处理厂新建提升泵房基坑平面尺寸为 38.5m41.8m,开挖深度 26.88m,围护结构采用 1200mm 厚地下连续墙,墙长 51m,地墙接缝处止水采用 2400 截面为 180半圆 R=1200 的 MJS工法桩(Metro Jet System),桩长 51m,槽壁加固采用三轴 850 600 水泥土搅拌桩,桩长 18m。基坑沿纵向设置六道钢筋混凝土支撑,支撑纵向间距3.505.20m,六道支撑由上到下的支撑截面尺寸分 别 为 1000mm 1000mm、1000mm 1000mm、1100mm 1000mm、1200mm 1200mm、1300mm 1300mm、1300mm1300mm。为保护基坑西侧初沉池及附加曝气池与基坑东侧催化还原池,在距基坑边线约 3.6m 处平行基坑边线设置了 1 排隔离桩,桩型为钻孔灌注桩,桩径 800mm,桩长 30m。2.2地质条件本基坑施工场地范围内揭露的土层为全新世和上更新世滨海平原沉积土层,根据揭露的各土层成因类型、埋藏深度、空间分布发育规律、物理力学性质指标及工程地质特征,划分地基土层及亚层,各土层物理力学参数见表 1。表 1土层物理力学参数Table 1Physical and mechanical parameters of soil layers层号土层层厚(m)含水量(%)重度(kN/m3)固结快剪粘聚力 c(kPa)内摩擦角()1杂填土0.82素填土1.4粉黏1.329.918.82218.01粉黏4.339.917.71317.01t砂粉1.928.518.6531.01淤黏8.248.316.91212.01黏土5.139.317.71714.03粉黏3.936.417.84粉黏2.21粉黏4.123.419.84318.01砂粉4.927.818.6431.51粉黏13.933.318.32018.52-1细砂4.225.519.0335.02-2粉黏4.633.318.32319.52-3砂粉7.230.718.51127.53粉黏7.631.318.62719.02.3场地水文地质条件(1)潜水场地潜水赋存在浅部土层中。对钻探孔进行了潜水静 止 水 位 测 量,其 稳 定 水 位 埋 深 为 0.70 1.70m,平均 埋 深 1.06m,相 应 水 位 标 高 3.22 3.99m,平均水位标高 3.55m。(2)承压水对基坑突涌风险按承压水水位高水头 3.0m 埋深进行验算,基坑开挖深度至 26.0m 时,2-1和2-3层均会发生突涌;1层不会发生突涌,故该提升泵房深基坑工程应考虑承压水突涌问题。2023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying23 2.4周边环境新建泵房基坑周边构筑物主要位于基坑西侧及东侧,西侧约 10m 处为厂内已建初沉池,西侧约51m 处为厂内已建 SBR 生物池(曝气池);东侧约10m 为已建催化还原池;东北侧约 36m 为新建 2#计量井。厂区内无市政管线。3监测点布置本基坑工程设置了围护结构顶部竖向及水平位移、围护结构深层水平位移、混凝土支撑轴力、立柱竖向位移、坑外地下水水位、坑外地表竖向位移及周边建筑物竖向位移等人工监测项目。基于该基坑的挖深、平面尺寸及周边环境分布,兼顾与人工观测成果的比对检核需求,在基坑西侧围护结构中布设两个柔性测斜仪自动化监测孔,其中 1 孔位于围护结构中部(CX8-1),另 1 孔位于围护结构北侧四分之 一 边 长 处(CX7-1),见 图 1。测 斜 孔 孔 深48m,传感器间距为 1m。采用 HS-ADMX(HS-FDM-1000)型柔性测斜仪实施本项目的深层水平位移自动化监测,角度量程:360;角度分辨率:0.0003;角度测量精度:0.01%FS。图 1基坑监测点布置Fig.1Layout of monitoring points of the foundation pit柔性测斜仪安装埋设相对简单,主要要进行两个方面的控制,一是测斜仪的滑轮一定要位于测斜管的导槽内,柔性测斜仪在垂直基坑方向有正对围护边线的刻划,且垂直围护边线的 x 向被固定,可确保柔性测斜仪到达管底后 x 向仍正对围护结构边线;二是顶管下压杆一定要压到极限,确保柔性测斜仪各个测段均与测斜管相对关系稳定,当围护墙发生位移后能有效观测测段倾角的变化。4主要施工工况本基坑土方自 2020 年 12 月 13 日开始开挖,至2021 年 5 月 3 日完成所有土方的开挖,历时 141d,2021 年 5 月 20 日完成地下结构底板浇筑。基坑施工主要工况见表 2。表 2主要施工工况Table 2Main construction procedures施工工况开始时间结束时间第二层土方开挖2020-