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建筑物及深基坑垂直位移监测

来源:科学揭秘 > 作者:小慧 时间:2019-04-26 20:21:01

建筑物及深基坑的垂直位移监测是采用精密水准测量的方法进行的,为此应建立高精度的水准测量控制网。其具体做法是:在建筑物的外围布设一条闭合水准环形路线,再由水准环中的固定点测定各测点的标高,这样每隔一定周期进行一次精密水准测量,将测量的外业成果进行严密平差,求出各水准点和沉降监测点的高程(最或然值)。某一沉降监测点的沉降量即为首次监测求得的高程与该次复测后求得的高程之差。

1.水准基点的布设及高精度水准网的建立

水准基点是固定不动且作为沉降监测高程基点的水准点。它是监测建筑物地基及深基坑变形的基准,一般设置3个水准点构成一组,在每组3个水准点的中心位置设置固定测站,测定3点间的高差,用以判断水准基点的高程本身有无变动。在布设时必须考虑下列因素:

1)根据监测精度的要求,应布置成网形最合理、测站数最少的监测环路。如图10-50所示为某建筑场区水准网的布设。

图10-50 水准网的布设

2)在整个水准网里,应有4个埋设深度足够的水准基点作为高程起算点,其余的可埋设一般地下水准点或墙上水准点。施测时可选择一些稳定性较好的沉降点,作为水准线路基点与水准网统一监测和平差。因为施测时不可能将所有的沉降点均纳入水准线路内,大部分沉降点只能采用安置一次仪器直接测定,因为转站会影响成果精度,所以,选择一些沉降点作为水准基点极为重要。

3)水准基点应根据建筑场区的现场情况,设置在较明显而且通视良好、安全的地方,且要求便于进行联测。

4)水准基点应布设在拟监测的建筑物之间,距离一般为20~40m,一般工业与民用建筑物应不小于15m,较大型并略有振动的工业建筑物应不小于25m,高层建筑物应不小于30m。总之,应埋设在建筑物变形影响范围之外、不受施工影响的地方。

5)监测单独建筑物时,至少布设3个水准基点,对建筑面积大于5000m2或高层建筑,则应适当增加水准基点的个数。

6)一般水准基点应埋设在冻土线以下0.5m处,设在墙上的水准基点应埋在永久性建筑物上,且离开地面高度约为0.5m。

7)水准基点的标志构造,必须根据埋设地区的地质条件、气候情况及工程的重要程度进行设计。对于一般建筑物及深基坑沉降监测,可参照水准测量规范中二、三等水准的规定进行标志设计与埋设;对于高精度的变形监测,需设计和选择专门的水准基点标志。

2.沉降监测点的布设

沉降监测点是设立在变形体上、能反映其变形特征的点。沉降监测布设的监测点的位置及数量,应根据建(构)筑物荷载大小、基础形式、结构特征及地质条件以及支护结构形式、基坑周边环境等因素确定。一般可根据下列几方面布设:

1)监测点应布置在深基坑及建筑物本身沉降变化较显著的地方,并要考虑到在施工期间和竣工后能顺利进行监测的地方。

2)深基坑支护结构的沉降监测点应埋设在锁口梁上,一般间距10~15m埋设一点,在支护结构的阳角处和原有建筑物离基坑很近处应加密设置监测点。

3)在建筑物四周角点、中点及内部承重墙(柱)上均需埋设监测点,并应沿房屋周长每间隔10~12m设置一个监测点,但工业厂房的每根柱子均应埋设监测点。

4)由于相邻建筑及深基坑与周边环境之间相互影响的关系,在高层和低层建筑物、新老建筑物连接处,以及在相接处的两边都应布设监测点。

5)在人工加固地基与天然地基交接和基础砌筑深度相差悬殊处,以及在相接处的两边都应布设监测点。

6)当基础形式不同时,需在结构变化位置埋设监测点。当地基土质不均匀,可压缩性土层的厚度变化不一或有暗浜等情况时需适当埋设监测点。

7)在振动中心基础上也要布设监测点,对烟囱等刚性整体基础,应不少于3个监测点。

8)当宽度大于15m的建筑物在设置内墙体的监测标志时,应设在承重墙上,并且要尽可能布置在建筑物的纵横轴线上,监测标志上方应有一定的空间,以保证测尺直立。

9)重型设备基础的四周及邻近堆置重物之处,有大面积堆荷的地方,也应布设监测点。

沉降监测点应埋设在稳固,不易被破坏,能长期保存的地方。其埋设点的标高位置,一般在室外地坪+0.500m较为适宜,但在布置时应根据建筑物层高、管道标高、室内走廊、平顶标高等情况来综合考虑。点的高度、朝向等要便于立尺和监测。同时还应注意所埋设的监测点要避开柱子间的横隔墙、外墙上的雨水管等,以免所埋设的监测点无法监测而影响监测资料的完整性。

设备基础、支护结构锁口梁上的监测点,可将直径20mm的铆钉或钢筋头(上部锉成半球状)埋设于混凝土中作为标志(图10-51)。墙体上或柱子上的监测点,可将直径20~22mm的钢筋按图10-52的形式设置。

图10-51 设备基础沉降监测点的埋设

图10-52 墙体沉降监测点的埋设

在浇筑基础时,应根据沉降监测点的相应位置,埋设临时的基础监测点。若基础本身荷载很大,可能在基础施工时产生一定的沉降,即应埋设临时的垫层监测点,或基础杯口上的临时监测点,待永久监测点埋设完毕后,立即将高程引测到永久监测点上。

3.沉降监测的周期确定

沉降监测的周期应根据建(构)筑物的特征、变形速率、监测精度和工程地质条件等因素综合考虑,并根据沉降量的变化情况适当调整。施工期间的沉降监测次数不得少于4次,以得出荷载与沉降量的关系。对沉降监测时间的安排,一般可参照下面几点进行确定:

1)深基坑开挖时,锁口梁会产生较大的水平位移,沉降监测周期应较短,一般每隔1~2d监测一次;浇筑地下室底板后,可每隔3~4d监测一次,直至支护结构变形稳定为止。当出现暴雨、管涌,变形急剧增大时,要加密监测。

2)工业建筑物包括装配式钢筋混凝土结构、砖砌外墙的单层或多层的工业厂房。

①各柱上的沉降监测点在柱子安装就位固定后进行第一次监测。

②屋架、屋面板吊装完毕后监测一次。

③外墙高度在10m以下者,砌到顶时监测一次;外墙高度大于10m者当砌到10m时监测一次,以后每砌5m监测一次。

④土建工程完工时监测一次。

⑤桥式起重机试运转前后各监测一次,桥式起重机试运转时,应按最大设计负荷监测,最好将桥式起重机满载后,在每一柱边停留一段时间,再进行监测。

3)民用建筑物及其他工业建筑物主体结构施工时,每安装完毕一层楼后,应进行一次监测,结构封顶后每两个月左右监测一次,房屋完工交付使用前再监测一次。

4)楼层荷重较大的建筑物(如仓库或多层工业厂房),应在每加一次荷重前后各监测一次。

5)水塔等构筑物应在试水前后各监测一次,必要时在试水过程中根据要求进行监测。

建(构)筑物竣工投入使用后,监测周期视沉降量大小而定,一般可每3个月左右监测一次,至沉降稳定为止。若遇停工时间过长,停工期间也要适当监测。遇特殊情况,使基础工作条件剧变时,应立即进行沉降监测工作,以便掌握沉降变化,采取必要的预防措施。

4.沉降监测的技术要求及监测方法

1)仪器和标尺要按照规范要求进行检查。水准基点要联测检查,以便保证沉降监测成果的正确性。

2)每次沉降监测工作,均需采用环形闭合方法或往返闭合方法进行检查,闭合差大小应根据不同的建筑物的监测要求确定。当用精密水准仪往返监测时,闭合差为±0.3mm(n为测站数),若精度不能满足要求,则需重新监测。

3)每次沉降监测应尽可能使用同一类型的仪器和标尺,人员分工为:监测1人,记录1人,立尺2人,照明2人,安全1人。

4)施工场区内各水准基点应严格按照二等水准测量规范要求进行。需连续进行监测,且全部测点需连续一次测完;并需按规定的日期、方法和既定的路线、测站进行监测。

5)在建筑施工或安装重型设备期间、仓库进货阶段进行沉降监测时,必须将监测时的施工进展、进货数量、分布情况等详细记录在附注栏内,以算出各阶段作用在地基上的压力。

5.沉降监测的成果整理

(1)整理原始监测数据记录

每次监测结束后,应检查记录中的数据和计算是否正确,精度是否合格,如果误差超限则需重新监测。然后调整闭合差,推算各监测点的高程,列入成果表中。

(2)计算沉降量

根据各监测点本次所监测高程与上次所监测高程之差,计算各监测点本次沉降量和累计沉降量,并将监测日期和荷载情况记入监测成果表。

(3)绘制沉降曲线

为了更清楚地表示沉降量、荷载、时间三者之间的关系,还需绘制各监测点的时间与沉降量关系曲线图以及时间与荷载关系曲线图,如图10-53所示。

图10-53 沉降曲线图

时间与沉降量的关系曲线是以沉降量S为纵轴,时间T为横轴,按每次监测日期和相应的沉降量的比例画出各点的位置,再将各点依次连接起来,并在曲线一端注明监测点号码。

时间与荷载的关系曲线是以荷载重量P为纵轴,时间T为横轴,根据每次监测日期和相应的荷载画出各点,然后将各点依次连接起来所形成的曲线图。

(4)沉降监测提交的资料

1)沉降监测(水准测量)记录手簿。

2)沉降监测成果表。

3)监测点位置图。

4)沉降量、地基荷载与延续时间三者的关系曲线图。

5)编写沉降监测分析报告。

6.沉降监测中常遇到的问题及其处理

(1)曲线在首次监测后即出现回升现象

在第二次监测时即发现曲线上升,至第三次后,曲线又逐渐下降。出现此种现象,一般都是由于首次监测成果存在较大误差所引起的。此时,应将首次监测成果作废,而采用第二次监测成果作为首次测量成果。

(2)曲线在中间某点突然回升

出现此种现象,其原因多半是因为水准基点或沉降监测点被碰所致,如水准基点被压低,或沉降监测点被撬高。此时,应仔细检查水准基点和沉降监测点的外形有无损伤。如果多数沉降监测点均出现此种现象,则水准基点被压低的可能性很大,此时可改用其他水准点作为水准基点来继续监测,并另外埋设新的水准基点以替代被压低的水准基点。如果只有一个沉降监测点出现此现象,则多半是该点被撬高,此时则需另外埋设新点替代。

(3)曲线自某点起逐渐回升

出现此种现象一般是由于水准基点下沉所致。此时,应根据水准基点之间的高差来判断最稳定的水准基点,以其作为新的水准基点,并将原来下沉的水准基点废除。但是,需注意埋在裙楼上的沉降监测点,由于受主楼的影响,也可能出现属于正常的逐渐回升的现象。

(4)曲线的波浪起伏现象

曲线在监测后期呈现微小波浪起伏现象,其原因一般是监测误差所致。曲线在前期波浪起伏之所以不突出,是因为各监测点的下沉量大于测量误差之故。但到后期,由于建筑物下沉极微或已接近稳定,因此在曲线上就出现测量误差比较突出的现象。此时,可将波浪曲线改成水平线,并适当地延长监测的间隔时间。

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