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1、基坑工程监测技术,汇报人：祝中林,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
2、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
3、观测采用支水准路线观测,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。
4、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700800mm，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
5、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
6、。,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5075mm，长度每节24m，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，Geokon603读数仪，配60
7、00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：9.5mm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
8、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
9、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()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2
10、5000，英制时取20000L/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】,2、计算原理,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
11、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
12、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
13、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
14、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250mm250mm25mm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
15、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（)：单位面积所受的（轴向）压力或拉力值。单位：N/m2（Pa) =N/A应变（）：单位长度上的拉伸或缩短量。单位：无量纲 = 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= / 杆件的轴向受力： N=A= EA,
