CN101691764A - 一种桩基沉降现场监测评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地铁近接高架桥桩基的现场监测评价控制，具体公开了一种桩基沉降现场监测评价方法。采用精密水准仪、铟钢尺，在现场监测区设水准基点，并形成水准控制网，以水准控制网为基准，采集桩基高度数据，以时间为顺序整理高度数据得到沉降位移值，以沉降位移值将桩基分为四类，将不同类型桩基分别处理，特别是A类桩基及时进行加固；本发明实现了对地下工程近接施工现场有效的及时监测、及时加固；它克服了及时现场监测不足给工程施工造成的潜在危险，为控制近接施工造成的桩基沉降以及保障近接建筑物的使用安全性有着重要的意义。

Description

一种桩基沉降现场监测评价方法

一种桩基沉降现场监测评价方法

技术领域

本发明涉及工程建设安全的现场监测评价领域，尤其涉及地铁近接高架桥桩基的现场监测评价控制。

背景技术

工程建设安全的现场监测评价一直以来都是工程建设中的重要问题。特别是随着我国城市化进程的不断加快，出现地下工程近接施工的情况越来越频繁，近接桩基问题不断涌现，地下工程施工对近接桩基的影响直接关系着各近接建筑物的使用安全性，及时的现场监测评价尤其重要。

近年来一些专家学者对近接桩基问题进行了一些研究，王明年(《岩石力学与工程学报》2009，28(7)：1396-1404.)对地下工程施工对近接桩基的影响分区分类进行了研究，杜彬(《博士学位论文》北京：北京交通大学，2006)采用数值计算和现场量测的方法对北京地铁国贸站近接桩基进行研究，李宁(《土木工程学报》2006，39(10)：107-111.)研究了地铁开挖对上部桩基变形的影响，杨慧林(《现代隧道技术》2004，(9)：44-46.)对北京地铁国贸站近接桩基进行了分级，张志强(《铁道学报》2003，25(1)：92-95)采用数值模拟的方法研究了新建隧道近接既有桩基力学行为，H.Mroueh和I.Shahrour(《InternationalJournalforNumericalandAnalyticalMethodsin Geomechanics》2002，26(3)：217-230.)通过三维有限元程序研究了隧道施工对桩的影响等等。

上述研究对近接桩基影响的分区分类以及地下工程近接施工力学研究得比较多、比较充分，而对近接桩基沉降现场监测研究得比较少。在实际工作中，对于设计过程中可能的近接桩基通常经过理论模型计算，根据计算结果对近接桩基采取加固等措施，根据加固方式经过理论模型计算其加固措施的有效性，这些方法均没有现场及时监控，对于实际工程施工中复杂多变的各种因素不能及时有效的提供帮助，这对于控制近接施工造成的桩基沉降以及保障近接建筑物的使用安全性是不利的。

发明内容

本发明的目的是克服目前对近接桩基沉降现场监测评价的不足，而提供的一种近接桩基沉降现场监测评价方法，为控制近接施工造成的桩基沉降以及保障近接建筑物的使用安全性有着重要的意义。

本发明通过下列方法实现：

建立现场监测数据采集方法，现场监测数据采集通过下列步骤实现：采用精密水准仪、铟钢尺；首先，在现场监测区设水准基点三个，并形成水准控制网，然后，在被监测物体设置沉降监测点，沉降监测点距地面高约1.0m，监测点与监测仪前后两次监测视距尽可能相等，观测距离不大于50m，观测精度控制在0.1mm；以水准控制网为基准，采集被监测物体高度数据。

将上述数据整理：以水准控制网为基准，采集被监测物体基础高度数据h0，同样，以时间为顺序采集被监测物体高度数据h1、h2…，其中高度数据h0、h1、h2…是同一监测时间两次以上监测数据的加权平均值，以时间为顺序记录沉降位移值H，沉降位移值H1＝h1-h0、H2＝h2-h0…，以此类推。

评价模型建立：参照北京地铁国贸站单墩台最大沉降值0.025m，相邻墩台差异沉降不超过0.020m，结合理论模型计算，取差异沉降值0.020m作为单墩沉降允许位移值。为有效控制桩基沉降，制定桩基沉降警戒值为极值的70％作为控制标准，桩基沉降预警值为极值的30％作为控制标准，将沉降位移值H分为四个区域，H＜0.006m为D区，0.014m≥H≥0.006m为C区，0.02m≥H≥0.014m为B区，H＞0.02m为A区；

对被监测物体桩基分类：根据每一被监测物体沉降位移值H将其分为A、B、C、D四类，沉降位移值H在D区的为D类，D类桩基不需要采取保护措施；沉降位移值H在C区的为C类，C类桩基一般不需要采取保护措施，但要进行变形监测；沉降位移值H在B区的为B类，B类桩基虽处于变形允许状态，但可能会发生超过允许值的变形，必须加强量测和监控，随时注意其安全性；沉降位移值H在A区的为A类，A类桩基处于危险状态，必须采取加固保护措施后，再进行施工。

加固保护措施包括土体加固、加桩方案、支顶方案等。

土体加固：由于车站开挖改变了地层的受力方式，引起地层的变形，地层变形的大小与地层的弹性模量相关，对车站周围土体加固，包括桩基周围土体，通常采用地层深层注浆的方法，提高土体自身的弹性模量，减小开挖引起的地层松弛变形，有效抑制桩基的沉降。

加桩方案：采用在既有基础处加设钻孔灌注桩或挖孔桩，使新增桩基与既有桩基共同承载，减小既有桥墩承载力形式，减小桥墩的进一步沉降，一般新增桩基桩长应大于既有桩基桩长，且桩底标高要低于隧道底标高1D(D为隧道跨径)。新增桩基承台与既有桩基承台采用植筋方式加强联系。

支顶方案：对沉降值过大桩基，增加桥梁上部结构附加应力值，对桥梁上部结构构成危害，通过支顶方案恢复桥梁原有的设计标高。支顶方案分两步走：临时支墩预压顶升、梁部顶升。

1、临时支墩预压顶升：临时支墩架设完毕后，为使临时支墩与梁部接触紧密，需采用千斤顶顶升梁部，对临时支墩进行预压，千斤顶的组合形心必须与临时支墩的形心重合，以避免临时支墩偏载，同时临时支墩与箱梁底应充分接触并对准箱梁腹板中心线。起始顶升力为预压顶升力的50％，随后按10％分级加载，每级加载后稳定观察10分钟，再继续升级加载。在临时支墩顶部与箱梁接触部，加垫与顶升量相适应的楔块，达到设计顶升力要求后千斤顶回油卸载。

2、梁部顶升：在临时支墩顶安放超薄千斤顶，按各墩沉降量进行复位，千斤顶起始顶升力为控制值的50％，随后按5％分级加载，每级加载后稳定观察10分钟，再升级加载，为防止梁部顶升时再次引起桩基过大的沉降，顶升应分级分步进行，不可一次顶升到位，每级顶升的后桥梁上部结构的抬升量不大于1mm，顶升时以桥梁原设计高程为准，顶升量的观测方法是在腹板两侧各设置一个固定钩，用钢丝挂重锤，利用百分表读数确定顶升高度。顶升到位后锁定千斤顶，在箱梁支座下方加垫钢板，恢复支座，最后千斤顶卸载，顶升完毕，拆除临时支墩。

根据现场监测和及时数据评价，对不同类桩基采取加强监测、及时加固保护等措施直至桩基沉降稳定。

进一步本发明在正常施工状态时，以时间为顺序采集被监测物体高度数据的频率是，距开挖前2天时1次/天、距开挖前5天时1次/2天、距开挖前大于5天时1次/4天、沉降稳定后1次/30天，观测一直持续到施工完60天以上时间后结束。

对于A类或B类桩基所述以时间为顺序采集被监测物体高度数据的频率是，距开挖前2天时2次/天、距开挖前5天时1次/2天、距开挖前大于5天时1次/2天、沉降稳定后1次/15天，观测一直持续到施工完60天以上时间后结束。

上述理论模型计算是目前相关理论研究的重点和热的课题，本发明采用的是发表在《岩石力学与工程学报》第28卷第7期2009年7月：1396-1404的理论模型计算方法。

综上，本发明结合理论模型计算和已有经验，通过现场监测数据采集、数据整理、评价模型建立、数据评价和桩基加固等步骤实现了对地下工程近接施工现场有效的及时监测、及时加固；它克服了及时现场监测不足给工程施工造成的潜在危险，为控制近接施工造成的桩基沉降以及保障近接建筑物的使用安全性有着重要的意义。

具体实施方式

以广州地铁某站为例：

广州地铁某站为五、八号线换乘站，分离岛式站台，暗挖车站主体隧道位于环市西路下，2个分离式站台为单线隧道，线间距43m左右，站台之间用2个横通道相连。环市西路上设有高架桥，桥桩密布，在车站范围内共有9组桩基，桩基情况调查见表1。

表1桩基调查表

桩号	桩长/m	与主隧道净距/m	与横通道净距/m
				XJ25	45.0	7.34	10.42
XJ26	35.0	8.93	2.50
				XJ27	35.0	7.97	28.44
XJ28	27.0	7.21	2.30
				XJ29	29.0	7.18	28.46
XJ31	23.5	3.11	10.23
				XJ32	23.0	2.38	6.66

桩号	桩长/m	与主隧道净距/m	与横通道净距/m
				XJ33	36.0	2.30	10.34
XJ34	40.0	3.08	7.02

注：隧道埋深为20m。

首先对车站范围内9组桩基进行理论模型计算，根据计算结果拟对桩基进行加固，再根据加固方法对9组桩基进行加固后理论模型计算，由此得出表3的未采取加固措施计算值和采取加固措施后计算值。

评价模型建立：参照北京地铁国贸站单墩台最大沉降值0.025m，相邻墩台差异沉降不超过0.020m，结合理论模型计算，取差异沉降值0.020m作为单墩沉降允许位移值。为有效控制桩基沉降，制定桩基沉降警戒值为极值的70％作为控制标准，桩基沉降预警值为极值的30％作为控制标准，将沉降位移值H分为四个区域，H＜0.006m为D区，0.014m≥H≥0.006m为C区，0.02m≥H≥0.014m为B区，H＞0.02m为A区。

对被监测物体桩基分类：根据每一被监测物体沉降位移值H将其分为A、B、C、D四类，沉降位移值H在D区的为D类，D类桩基不需要采取保护措施；沉降位移值H在C区的为C类，C类桩基一般不需要采取保护措施，但要进行变形监测；沉降位移值H在B区的为B类，B类桩基虽处于变形允许状态，但可能会发生超过允许值的变形，必须加强量测和监控，随时注意其安全性；沉降位移值H在A区的为A类，A类桩基处于危险状态，必须采取加固保护措施后，再进行施工，加固保护措施包括土体加固、加桩方案和支顶方案。

表2  西村站近接桩基沉降监控量测频率

管理等级	监控量测频率
		D	正常施工
C	距开挖前2天时1次/天、距开挖前5天时1次/2天、距开挖前大于5天时1次/4天、沉降稳定后1次/30天，观测一直持续到隧道施工完一定时间后结束。
		B	距开挖前2天时1～2次/天、距开挖前5天时1次/天、距开挖前大于5天时1次/2天、沉降稳定后1次/15天，观测一直持续到隧道施工完一定时间后结束。
A	采取特殊对策(如：土体加固、加桩方案和支顶方案等等)

建立现场监测数据采集方法，桩基沉降观测采用精密水准仪、铟钢尺。在环市西路线路两侧共设水准基点3个，并形成水准控制网。沉降监测点设在桥墩的一侧面，距地面高约1.0m，测点设置方法为采用红白油漆三角标志，必须保持良好的通视条件。观测时用同一根水准尺，并使前后视距尽可能相等，观测距离不大于50m，观测精度控制在0.1mm。观测时，闭合水准点上。监控量测频率见表2所示。

将上述数据整理：以水准控制网为基准，采集被监测物体基础高度数据h0，同样，以时间为顺序采集被监测物体高度数据h1、h2…，其中高度数据h0、h1、h2…是同一监测时间两次以上监测数据的加权平均值，以时间为顺序记录沉降位移值H，沉降位移值H1＝h1-h0、H2＝h2-h0…，以此类推。将现场采集的沉降位移值最大值列于表3现场实测值。

表3近接桩基沉降实测值与计算值对比

上述现场实测值是9组桩基采取加固措施后现场采集的沉降位移最大值。

现场实测结果表明：除XJ25、XJ32、XJ34号桩基沉降超过近接桩基沉降控制标准属于A类桩基外，其它桩基均在近接桩基沉降控制标准范围之内，近接桩基加固措施起到了应有的作用。XJ34号桥墩累计沉降达96.5mm，超过近接桩基沉降控制标准近5倍，XJ25、XJ32号桥墩沉降超过近接桩基沉降控制标准分别为32.5％和18.5％，这三组桩基在现场监测达到A类时，及时采取特殊对策，以防止过大沉降对高架桥造成不利影响，保证地铁车站施工顺利进行。

以XJ34号桥墩支顶方案加固为例。支顶方案分两步走：临时支墩预压顶升、梁部顶升。

临时支墩预压顶升：临时支墩架设完毕后，为使临时支墩与梁部接触紧密，需采用千斤顶顶升梁部，对临时支墩进行预压，千斤顶的组合形心必须与临时支墩的形心重合，以避免临时支墩偏载，同时临时支墩与箱梁底应充分接触并对准箱梁腹板中心线。起始顶升力为预压顶升力的50％，随后按10％分级加载，每级加载后稳定观察10分钟，再继续升级加载。在临时支墩顶部与箱梁接触部，加垫与顶升量相适应的楔块，达到设计顶升力要求后千斤顶回油卸载。

梁部顶升：在临时支墩顶安放超薄千斤顶，按各墩沉降量进行复位，千斤顶起始顶升力为控制值的50％，随后按5％分级加载，每级加载后稳定观察10分钟，再升级加载，顶升时应对桥梁道路实行交通管制，安全有效组织，习题在最短时间内完成顶升施工，减小对交通的影响，为防止梁部顶升时再次引起桩基过大的沉降，顶升应分级分步进行。不可一次顶升到位，每级顶升的后桥梁上部结构的抬升量不大于1mm，顶升时以桥梁原设计高程为准，顶升量的观测方法是在腹板两侧各设置一个固定钩，用钢丝挂重锤，利用百分表读数确定顶升高度。顶升到位后锁定千斤顶，在箱梁支座下方加垫钢板，恢复支座，最后千斤顶卸载，顶升完毕，拆除临时支墩。

由表3可知XJ28和XJ31按理论模型计算分类为A类，加固后理论模型计算分类为C类，现场实测结果相近；XJ25和XJ32按理论模型计算分类为A类且沉降值较大，加固后理论模型计算分类仍为A类，但沉降值有减小，现场实测结果相近；由此可见加固措施起了作用，现场实测符合理论模型计算结果。

而对XJ34按理论模型计算分类为A类且沉降值较大为-0.0815，加固后理论模型计算分类仍为A类且沉降值为-0.0598，但现场实测结果为-0.0965，分析其沉降过大的原因主要有：

(1)纵向加固措施不到位。

考虑到地铁车站施工的经济性，拟采取的加固措施允许小部分桩基沉降值超过允许位移值，这部分桩基通过实施特殊对策来防止过大沉降对高架桥造成的不利影响，保证地铁车站施工顺利进行，加固措施的薄弱点主要在纵向方面，因为A类桩基沉降纵向控制范围为掌子面前2.0D(D为隧道跨径)及掌子面后3.0D区段，纵向加固措施的范围应为隧道与桩基础近接处前后2D～3D范围内，而现在仅在隧道与桩基础近接处前后1D范围内采取了加固措施。

(2)加固措施的施工质量未达到预期要求的标准和开挖到XJ34号桩基相应位置时对围岩扰动过大等。

纵向加固措施不到位，是造成XJ34号桥墩桩基沉降过大的一个原因，但XJ34号桩基现场沉降量测结果并不接近于采取加固措施后的桩基沉降计算值，而是稍大于未采取加固措施的桩基沉降计算值，这说明XJ34号桩基现场沉降过大还有其它一些原因，比如加固措施的施工质量未达到预期要求的标准、开挖到XJ34号桩基相应位置时对围岩扰动过大等。

由此可见，在复杂工程施工环境中理论模型计算不能完全反映桩基沉降情况，现场监测评价是十分重要的，及时有效的现场监测评价为控制近接施工造成的桩基沉降以及保障近接建筑物的使用安全性有着重要的意义。

综上所述，广州地铁某站建设运用近接桩基现场监测方法，控制了近接桩基的沉降，保障了近接高架桥在地铁车站施工期间的使用安全性，同时保证了地铁车站建设的顺利进行，取得了良好的效果。

Claims (4)

1.一种桩基沉降现场监测评价方法，包括现场监测数据采集、数据整理、评价模型建立、数据评价和桩基加固步骤，其特征在于：

(1)、所述现场监测数据采集通过下列步骤实现：采用精密水准仪、铟钢尺；首先，在现场监测区设水准基点三个，并形成水准控制网，然后，在被监测物体设置沉降监测点，沉降监测点距地面高约1.0m，监测点与监测仪前后两次监测视距尽可能相等，观测距离不大于50m，观测精度控制在0.1mm；以水准控制网为基准，采集被监测物体高度数据；

(2)、所述数据整理是：以水准控制网为基准，采集被监测物体基础高度数据h0，同样，以时间为顺序采集被监测物体高度数据h1、h2…，其中高度数据h0、h1、h2…是同一监测时间两次以上监测数据的加权平均值，以时间为顺序记录沉降位移值H，沉降位移值H1＝h1-h0、H2＝h2-h0…，以此类推；

(3)、所述评价模型建立是：将沉降位移值H分为四个区域，H＜0.006m为D区，0.014m≥H≥0.006m为C区，0.02m≥H≥0.014m为B区，H＞0.02m为A区；

(4)、所述数据评价是：根据每一被监测物体沉降位移值H将其分为A、B、C、D四类，H在D区的为D类，D类桩基不需要采取保护措施；H在C区的为C类，C类桩基一般不需要采取保护措施，但要进行变形监测；H在B区的为B类，B类桩基虽处于变形允许状态，但可能会发生超过允许值的变形，必须加强量测和监控，随时注意其安全性；H在A区的为A类，A类桩基处于危险状态，必须采取加固保护措施后，再进行施工；

根据上述现场监测和及时数据评价，对不同类桩基采取加强监测、及时加固保护措施，重复上述步骤(1)至(4)。

2.根据权利要求1所述的桩基沉降现场监测评价方法，其特征在于：所述以时间为顺序采集被监测物体高度数据的频率是，距开挖前2天时1次/天、距开挖前5天时1次/2天、距开挖前大于5天时1次/4天、沉降稳定后1次/30天，观测一直持续到施工完60天以上时间后结束。

3.根据权利要求1所述的桩基沉降现场监测评价方法，其特征在于：对于A类或B类桩基所述以时间为顺序采集被监测物体高度数据的频率是，距开挖前2天时2次/天、距开挖前5天时1次/2天、距开挖前大于5天时1次/2天、沉降稳定后1次/15天，观测一直持续到施工完60天以上时间后结束。

4.根据权利要求1所述的桩基沉降现场监测评价方法，其特征在于：所述加固保护措施包括土体加固、加桩方案或/和支顶方案。