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基坑深层水平位移量测数据误差分析

时间:2013-06-22 23:06来源:未知 作者:监测人 点击:
本文分析了基坑深层水平位移量测过程,归纳总结出监测数据误差产生的原因。并给出了减小量测误差的相应措施与建议,对基坑深层水平位移量测工作具有指导意义。
  

0 引言

为了监测基坑施工的安全状况,需要及时了解深层土体的变形情况和运动状态。减少基坑工程事故,故对基坑进行深层水平位移量测,即基坑测斜。进行该项工作主要意义:(1)验证基坑围护结构设计,指导深基坑工程施工;(2)监视基坑围护结构和土体的稳定状态变化,保证施工安全;(3)总结工程经验,进行反演分析计算。

1 深层水平位移量测

测斜仪是基坑测斜常用仪器,它可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器。测斜仪分为活动式和固定式两种,在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。活动式测斜仪按测头传感元件不同,又可细分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服加速度计式四种。

1.1 仪器原理

在基坑开挖之前先将有四个相互垂直导槽的测斜管埋入围护结构或被支护的土体中。测量时,将活动式探头放入测斜管,使探头上的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中,沿槽滚动,活动式探头可连续地测定沿测斜管整个深度的水平位移变化。由于测斜仪测得的是两对滚轮之间的相对位移,所以必须选择测斜管中的小动点作为量测的基准点,一般以管底端为小动点。如果桩、墙的插入比不大,不能保证底端不动,则必须以管顶为基准点,用经纬仪或其它手段测出该点的绝对水平位移,以推算出测管不同深度的绝对水平位移。

1   测斜仪测量原理


当测斜管埋设足够深时,管底可以认为是位移小动点,管口的水平位移值 就是各分段位移增量的总和,即式(1):

在测斜管两端都有水平位移的情况下,就需要实测管口的水平位移值 ,并向下推算各测点的水平位移值 ,即式(2):

测斜管可以用于测单向位移,也可以测双向位移。测双向位移时,由两个方向的测量值求出其矢量和,得位移的最大值和方向。

1.2 测斜孔布设原则

1)一般布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置,如悬臂式结构的长边中心,设置水平支撑结构的两道支撑之间。

2)基坑周围有重点监护对象,如遇建(构)筑物、地下管线时,离其最近的围护段。

3)基坑局部挖深加大或基坑开挖时围护结构暴露最早、得到监测结果后可指导后继施工的区段。

4)测斜管中有一对槽口应自上而下始终垂直于基坑边线,以保证测得围护结构挠曲的最大值。

5)因测斜仪的探头在管内每隔0.5m(或1.0m)测一读数,故对测斜管的接口位置应精确计算,避免接口设在探头滑轮停留处。

1.3 监测点布设

方法一、测斜管埋设在构成围护的桩体或墙体之中,当围护结构施作至测点的设计桩位或连续墙的槽段时,测斜管一般采用绑扎方法固定在钢筋笼上与其一起沉入孔(槽)中。具体步骤如下:

首先进行测斜管管段连接,必须将上、下管段的滑槽相互对准,使测斜仪的探头在管内平滑运行。为了防止泥浆从缝隙中渗入管内,接头处应进行密封处理,涂上柔性密封材料(中性玻璃胶)并贴上密封条。

测斜管现场组装后,安装在地下连续墙或支护桩的钢筋笼上,随钢筋笼浇注在混凝土中,浇注混凝土之前应在测斜管内注满清水,防止测斜管在浇注混凝土时浮起,并防止水泥浆渗入管内。

测斜管的绑扎定位必须牢固可靠,以免浇筑混凝土时,使其发生上浮或侧向移动,影响测试数据的准确性。当测斜管较长时,还要注意避免测斜管自身的轴向旋转,以保证测出的数据真正反映在基坑边缘垂直平面内的挠曲。

方法二、当测斜管未能在围护结构施工时及时埋设在桩体(墙体)内或测量钢板桩围护挠曲变形时,则可采用钻孔法进行埋设。具体步骤如下:

钻孔在围护结构的混凝土达到一定强度后进行,在紧靠所需监测的桩体(墙体)后的土层中,用小型钻机钻孔,孔深大于或等于所测围护结构的深度,孔径比所选的测斜管大510cm。在土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁。

然后将测斜管逐节组装并放入钻孔内,测斜管底部装有底盖,管内注满清水,下入钻孔内预定深度后,随后在测斜管与钻孔的空隙内填入细沙或水泥和膨润土拌和的灰浆,其配合比取决于土层的物理力学性能和地质情况。刚埋设完的几天内,孔内充填物会固结下沉,因此要及时补充。

此方法的缺点是:测斜管所监测得到的围护结构的挠曲值在时间上有一段滞后的过程,在数值上较实际挠曲值要小一些。

1.4 基坑测斜的方法与步骤

测斜开始前,测斜仪应按规定进行标定,以后根据使用情况,每隔36个月标定一次。

1)为保护测斜仪探头的安全,有条件可在首次测量前先用测头模型下入测斜管内,沿导槽上下滑行一遍,检查测斜孔及导槽是否畅通无阻。如果无测头模型,应缓慢将探头放入测斜管底部。

2)每次监测时,将测斜仪探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口,缓缓放至管底,待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。

 一般以管口作为起算点,按探头电缆上的刻度分化,均速提升,每隔一定距离(0.5m1.0m)进行仪表读数,并做记录。 待探头提升至管口处,旋转180°后,再按上述方法测量一次,以消除测斜仪自身的误差。

2)在开挖前的35d内重复监测23次,待辨明测斜管已处于稳定状态后,将其作为初始值,开始正式测试工作。初始值应是基坑开挖之前连续三次测量无明显差异读数的平均值,或取其中一次的测量值作为初始值。实际情况是无论精度再高的仪器都随深度存在累计的误差,反复几次后形成初值区域带。

5)观测间隔时间,可参考中华人民共和国冶金工业部1997922颁布的《建筑基坑工程技术规范》中第19.3.12条的表19.3.12,或应根据侧向位移的绝对值或位移增长速率而定,当侧向位移明显增大时,应加密观测次数。

1.5 监测频率与成果

     监测频率根据基坑重要等级而定,在施工中根据施工进度调整,调整监测频率。一定要将监测数据及时反馈给有关人员,实行信息化施工, 当监测结果超过预警值时应加密观测,当有危险事故征兆时需连续观测。测斜完成后,将原始数据及时整理成正式记录,进行以下资料整理:

1)原始记录表及实际测点图;(2)位移值随时间及随开挖面距离的变化图;(3)位移速度随时间以及随开挖面变化图。

利用已经得到的量测信息进行反分析计算,提供围护结构和周围建筑物的状态,预测未来动态,以便提前采取技术措施,验证设计参数和施工方法。

2 量测数据误差分析

2.1 测点布设不当

1)测斜管与测斜仪探头应密切配合(宜选用导向槽断面为“V”型的管);

2)测斜管导向槽不光洁,未封底盖,中间挖破,平时未加上盖等致使测斜管内部不洁净;注意:完成测斜后要务必盖好顶盖,防止施工现场建筑垃圾及污物进入测斜管,进而影响后续测斜数据;

3)测斜管十字槽方向对得不准,截面或接头处衔接不平直,造成扭转甚至跳槽,在围护结构较深,测斜管较长时,更要注意。

4由于泥浆的浮力作用,测斜管的绑扎定位必须牢固可靠,以免浇筑混凝土时,使其发生侧向移动;测斜管周围与土体结合不密实,一般常见出现于钻孔法安装的测斜管。

2.2 仪器误差

1)探头受到碰撞或冲击。加速度计对撞击较敏感,电缆施放过程中探头撞击测孔底部,会造成仪器零点偏移值改变,故要求在使用和运输过程中要注意轻拿轻放,严禁磕碰。

2)测量过程中若测管接头位置有孔隙,在定位导向滑轮弹簧力的作用下,探头会受到一定的冲击;同样是在定位导向滑轮弹簧力的作用下,当测斜仪探头拉出测管时,探头也会受到一定的冲击;

3)长期使用过程,滑轮弹簧力可能会由于锈蚀,致使弹力不足,应注意检查,并涂抹润滑油;

2.3 深度误差

测量深度的不同会造成深度测量误差。测管安装时倾斜越大、摆动越大,因探头测量深度不同而造成的测量误差也越大。深度测量误差一般由以下原因引起:(1)测管长度改变,将改变所有测点的测量位置;(2)电缆长度改变;(3)电缆定位标点位置改变。故在现场操作过程中,操作者尽可能地避免接触定位标点,并定期检测标志的间距,发现问题及时处理。以免误差传递。

2.4 人为观测误差

观测时仪器放置位置的差异,以及每个人读数的习惯不同都会导致每次读数不同,观测误差属于偶然误差。故在工程中尽可能按照事先规定,进行专人监测,减少人为因素影响。

2.5 环境影响误差

测斜管周围的动载也可能导致数据跳跃、不稳定,所测数值与与工况不符。如靠近机动车道的测斜孔,由于交通的影响,测斜数据多表现杂散性;施工过程中的车辆,以及停靠在测点周围的重型挖掘机等均会影响量测结果。

3 结论

1)经基坑监测现场实际工作,本文系统总结了基坑水平深层位移量测实施过程,即测斜的相关问题,对基坑测斜的工作有指导意义。

2)对数据误差产生的原因进行了归纳,小结有助于基坑测斜数据处理与应用。但要消除观测中超限误差,还需要结合具体观测环境和观测方法等进行分析。

 

参考文献

[1]方大勇.边坡长期监测中测斜仪测量数据的修正[J],水电自动化与大坝监测,2006(4)

[2]黄克辉.基坑测斜观测数据误差分析方法研究[J].上海地质,2005(1)

[3]夏才初,李永盛.地下工程测试理论与监测技术[M].同济大学出版社,2002.2.

[4]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社,1997.4.

 

 

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