杭州市艮山东路雨污水管改建工程深基坑施工监测方案.doc

杭州市艮山东路雨污水管改建工程工作井深基坑施工监测方案

杭州市艮山东路雨污水管改建工程工作井深基坑施工监测

监

测

方

案

杭州市勘测设计研究院
2011年8月4日

审 核：徐 敏

项目负责人：刘立飞

项目组成员：何 杰
余 江
金国强

目录

一、编制依据
二、工程概况及周边环境
三、地质条件
四、监测目的及内容
五、监测原理及仪器埋设、测量
六、监测项目控制标准
七、现场监测制度及工作程序
八、监测仪器及人员投入
九、信息化监测和成果反馈
十、应急预案及措施
十一、现场协调及配合

杭州市艮山东路雨污水管改建工程工作井深基坑
施工监测方案

一、编制依据
1、杭州浙大福世德岩土工程有限公司提供的《杭州市艮山东路雨、污水管改建工程快车道工作井基坑围护结构设计方案及图纸》；
2、国标《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）；
3、省标《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1008-2000）；
4、《建筑基坑工程监测技术规范》（GB-50497-2009）；
5、其他相关规范及规程。

二、工程概况及周边环境条件
杭州市艮山东路雨、污水管修复工程位于杭州市东北部艮山东路，西起明月桥路，东至杭海路，全长3935m。艮山东路道路路幅宽度50米，为四块板形式。路中央为3米宽的绿化带，两侧各为12米宽的机动车道，辅道和机动车道间用1.5 米的绿带分割，辅道宽为7.5米，人行道宽为2.5米。项目交通位置见下图。

艮山东路雨、污水管改建工程项目交通示意图
为满足城市发展需要，艮山东路地下雨、污水管需重新埋设，雨、污水管直径均为400mm，最大埋置深度达6.0m，沿线设有多处工作检查井。其中快车道管线修复拟采用顶管施工，两侧慢车道管线修复拟采用开槽重新埋设的施工方法。
本工程共49口井，包括沉井、矩形开挖井及圆形开挖井。
根据设计图纸，工作井基坑开挖深度为5.88～10.01m，圆形工作井基坑内径4300~8000，矩形工作井基坑平面净尺寸8000´4500。各工作井基坑详见各平面布置图。
本工程为雨污水改建工程，快车道上设计有一根D800污水管，采用顶管施工，该管与现状DN1200的下沙二水管（桩号起点—1+670范围）水平距离中心约6米，D800污水管施工顺序是先做好维护后在做现浇钢筋混凝土井，然后实施顶管工程。
本工程顶管管道采用钢筋混凝土管，F接口，管道每节长度3米，采用水泥平衡顶管机顶进，水泥平衡顶管机的特点通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，可有效的防止土体坍塌等问题。顶管在出洞与进洞时，应采取有效措施防止砂水涌进井内，从而减少地面沉降。
艮山东路全路段下敷设有多种市政配套管线。中间快车道上埋设有两根12孔的电信电缆，一根6孔的联通电缆，一根D500的给水管，中央隔离带上埋设有一根DN1200的下沙二水管（管材为预应力管，且运行多年），八号港北侧100多米至杭海路段埋设有2根D2200的七格污水处理厂的进厂管，南侧辅道从北往南依次建有通信管、上水管、6～9孔军区光缆、D400～D600雨水管及D400～D1000的污水管，北侧辅道从南往北依次建有D400～D500的煤气管、D400～D600的雨水管及D400～D1000的污水管，两侧人行道上建有10KV及110KV的电力电缆沟。
艮山东路两侧有2～4层的民房，设计标准较低，安全性较差。

三、地质条件
根据工程地质勘察报告，场地岩土可划分为①、②、③三个大层，细划为7个亚层，现自上而下分述如下。
①层土为填土，根据物质组成和堆积环境，划分为①-1层杂填土、①-2层素填土、①-3层塘泥三个亚层。
①-1层：杂填土，杂色，松散，稍湿，以建筑垃圾为主，由碎石、块岩、砖块、砼块、粘性土混合组成，碎块石粒径一般10～30cm，局部地段含有人工抛石，粒径30～40cm，部分>50cm。全路段分布，层厚0.60～2.00m。
①-2层：素填土，灰、灰黄色，稍湿，以粉质粘土为主，局部夹少量粉土，含量植物根茎。静力触探锥尖阻力qc=0.62～1.88MPa，平均值1.44MPa，侧壁阻力fs=18.6～26.0kPa，平均值22.9kPa。全路段分布，层厚0.30～1.70m。
①-3层：塘泥，灰色，流塑，很湿，以淤泥为主，夹有少量碎石块，含有腐殖质。局部分布，本次勘察仅在JZK7、JZK37、ZK8、ZK46位置附近揭露，另据《杭州市艮山东路快速路（朝阳中学-和睦港）工程地质勘察报告》，在工程区以前存在较多明浜（塘），含有塘泥。本次勘察揭露此层层厚1.10～2.20m。
②层土为海陆过渡相沉积成因，根据物质组成可划分为②-1层砂质粉土、②-2层砂质粉土、②-3层砂质粉土夹粉砂三个亚层。
②-1层：砂质粉土，灰黄色，局部灰色，饱和，稍密，局部中密，中等压缩性，含有云母碎屑，部分孔段为粘质粉土。标贯试验实测锤击数N=6～13击,平均值N=9.8击。静力触探锥尖阻力qc=2.60～5.26MPa，平均值4.08MPa。全路段分布，层顶埋深1.30～3.60m，层厚0.90～4.50m。
②-2层：砂质粉土，灰色，稍密为主，局部中密，饱和，中等压缩性，含云母碎片和贝壳屑。标贯试验实测锤击数N=9～19击,平均值N=12.4击。静力触探锥尖阻力qc=6.40～9.28MPa，平均值7.61MPa。全路段分布，层顶埋深3.20～6.80m，层厚2.00～8.50m。
②-3层：砂质粉土夹粉砂，灰色，饱和，中密，中等压缩性，含有云母碎屑和贝壳屑，局部夹有团块状粉砂。标贯试验实测锤击数N=13～21击,平均值N=16.9击。静力触探锥尖阻力qc=8.22～9.46MPa，平均值8.96MPa，侧壁阻力fs=123.7～156.9kPa，平均值141.2kPa。全路段分布，层顶埋深7.00～13.60m，层厚5.90～11.60m（勘探孔未揭穿）。
③-1层：淤泥质粉质粘土夹砂质粉土，灰色，流塑，高压缩性，含有云母碎屑和贝壳屑，局部砂质粉土含量较高。标贯试验实测锤击数N=3～7击,平均值N=5.0击。全路段分布，层顶埋深17.00～21.00m，层厚超过5m(未揭穿)。
地基各土层的主要物理力学指标见表1示。典型地基剖面见附图。
表1 各土层物理力学性质指标
土层
含水量W
(%)
湿重度
(kN/m3)
e
渗透系数(cm/s)
直剪固快
竖直
水平
c(kPa)
Ø (°)
①-1

(18.0)

(8)
(15)
①-2

(18.0)

(5)
(15)
①-3

②-1
25.9
19.4
0.744
5.00E-04
5.00E-04
7
28
②-2
24.5
19.2
0.724
6.50E-04
1.00E-03
6
29
②-3
24.2
19.0
0.731
1.00E-03
1.00E-03
4
27.8
③
40
18
1.113
5.5E-07
1.5E-06
16
9.8
注：括号内为经验修正值或勘查单位建议值
开挖深度范围内以透水性较好的砂质粉土层为主。
地质资料参照浙江华东建设工程有限公司提供的《杭州市艮山东路雨、污水管修复工程岩土工程勘察报告》，

四、监测目的及内容
为确保工作井施工的安全可靠和开挖的顺利进行，基坑开挖过程应进行全过程动态监测，实行信息化施工。通过现场监测，可以及时掌握支护结构和基坑外侧地基的位移、沉降以及对邻近道路、管线的影响，以便及时调整施工方案和采取相应的应急措施，避免工程事故的发生。
根据设计要求及现场实际情况，本监测方案在杭州市艮山东路雨污水管改建工程施工过程中设置如下监测项目：
对工作井基坑施工监测：
1、深层土体水平位移，在设计指定位置处埋设观测孔，矩形井及圆井均各设2个观测孔，本工程共计49口井，共计98孔。
2、水位观测孔，在设计指定位置处埋设观测孔，矩形井及圆井均各设2个观测孔，共计98孔。
3、周边地表沉降观测点，在每口井的四周布设，每口井计4点，共计196点。
4、周边管线竖向位移及水平位移监测，本项内容已在“杭州市艮山东路雨污水管改建工程对D1200自来水管影响监测方案”中具体编写，本方案中就不作说明。
测点具体位置详见监测点平面布置图。

五、监测原理及仪器埋设、测量
1、深层土体水平位移观测（测斜孔）
（1）测斜管的埋设：用XY-100型工程钻机成孔，Ф127钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许大于。通常钻至围护体系最大深度下2～5m，或进入卧硬土层50～100cm，深度达无水平位移处；
底用塑料盖封死，并与其它导管分段在地面接成，慢慢放入孔中，注意对接时导向槽的对正不许偏扭；
导管埋至预定深度后，校正导向槽的方向后，在导管与钻孔壁间用瓜子片或砂填充摇实，等稳定定一段时间后，进行零点测试，并测量管口高程。
（2）测试原理：用测斜仪自下至上测量预先埋设在土体内的测斜管的变形情况，以了解基坑开挖施工过程中，作为围护体在深度方向上的水平位移的情况。
测斜装置由测斜管、测斜仪和数字测读仪三部分组成。其中测斜管埋设在土体中，量测时测斜仪伸入测斜管，并由引出的导线将测斜管的挠曲值瞬时反映在测读仪上。
测斜管一般有塑料（PVC）和铝合金两种材料制成，管长分为2m和4m两种，管段之间采用外包接头管连接。管内对称分布有四条十字型凹型导槽，作为测斜仪滑轮上下滑行轨道，管径有60、70、90mm等多种不同规格。PVC管成本较低，铝合金管具有相当的韧性和柔度，但是成本较高，目前一般均采用PVC管。本次监测采用管径为70mm的PVC管。
测斜仪的外观为细长金属鱼类状探头，上、下两端配有两对轮子，上端有与测斜仪连接的绝缘量测导线。测斜仪是一种通过量测仪器轴线与铅垂线之间倾角的变化量，进而计算测斜管垂直位置各点水平位移的专门仪器。本次采用的是中国航天科工集团三十三所研制的CX-03D型钻孔测斜仪，图1是其原理示意图。
图中探头下滑轮作用点相对于上滑轮作用点的水平偏差怾通过仪器测得的倾角θ计算得到，计算公式为：

式中： ——第I量测段的相对水平偏差增量值；
——第I量测段的垂直长度，通常取为0.5m，1.0m等整数；
——第I量测段的相对倾角增量值。

图1 测斜仪量测原理
假设管段水平偏差为零，第n段深度处测斜管的水平偏差总量为：

如果将每段间隔取为常量，则水平偏差总量与仅为相对倾角增量的函数，同时计入管端水平位移量值，则上式写为：

（3）测试仪器：中国航天工业总公司33研究所的CX-03D测斜仪。测试精度0.1mm。
（4）水平位移量测工作需要注意以下几点：
测斜仪是一种比较精密的仪器，现场重复测试的次数较多，使用时，应注意避免垂直振动，保持导线平直；埋设时，要注意埋设的测斜管必须有一对凹槽与场区边缘垂直；要注意保护测斜管，在埋设、施工等阶段都容易损坏。
2、地下水位观测
（1）测点埋设：测点埋设采用地质钻钻孔，孔深根据要求而定（确保能测出施工期产生的水位变化）。测孔的安装确保测出施工期间水位的变化。用地质钻机钻直径Φ108mm孔，水位孔的深度在最低设计水位以下（孔深达到基坑底以下3～5m），成孔完成后，放入裹有滤网的水位管，管壁与孔壁之间用净砂回填至离地表0.5m处，再用粘土球进行封填，以防地表水流入。水位管用Φ50mm的PVC塑料管作滤管，管底加盖密封，防
止泥砂进入管中，下部留出0.5～1.0m 图一水位孔埋设示意图
深的沉淀管（不打孔），用来沉积滤水段带入的少量泥砂，中部管壁周围钻6～8列Φ6mm左右的孔，纵向间距5～10cm，相邻两列的孔交错排列，呈梅花形布置。管壁外包扎上滤网或土工布作为过滤层，上部再留出0.5～1.0m作为管口段（不打孔），以保证封口质量。水位管采用钻机成孔后需对管子进行冲洗，避免地下水无法渗入水位管内。
（2）测试方法：通过水准测量测出孔口标高H，将探头沿孔套管缓慢放下，当测头接触水面时，蜂鸣器响，读取测尺读数hi，则地下水位标高hWi=H-hi。则两次观测地下水位标高之差△hW=hWi - hWi-1，即为两次水位的变化值，高程均统一换算成85国家高程。
（3）测试仪器：电测水位计、PVC水位管、电缆线。
3、工作井周边地表沉降
3.1、水准基点布设:水准基点控制网布设的基本原则采用分级，首先根据基坑周边建筑物（构筑物）分布情况，布设首级控制网（起始、闭合于水准基点），观测首级控制点高程；其次，布设二级水准网（起始、闭合于首级控制点），观测各沉降点高程。首级控制和二级控制布设成附合路线或闭合路线均可，具体采用那种路线，根据观测点分布情况和建筑物密集程度决定。在布设水准控制路线时，为确保前后视距差满足二级精度要求，同时满足变形监测的“四定”要求（测站固定、仪器固定、人员固定、观测路线固定），在布设的同时量测出每次仪器的安置位置，并用红油漆在地面做出标记。
每个工区须布设至少3个基准点。基准点均应位于施工影响区以外相对稳定的地区，点位要深埋，其位置应方便由基准点向监测点引测。鉴于基准点是位移监测的起算点，因此要注意保持基准点之间的图形结构，以保证足够的精度，点与点之间的距离应大于100米。
水准基点，可根据点位所在处的不同地质条件选择深桩基点或影响范围外的建筑物永久沉降观测点。地面沉降观测点的标石，采用浅埋钢管水准标石或混凝土普通水准标石。
图5 水准基点埋设示意图
3.2、沉降测点布设：根据设计要求布设。

图6 地表沉降观测点埋设示意图
3.3、基准网观测：按垂直沉降监测二级精度的技术要求进行观测，闭合差≤±0.3mm，高程中误差≤±0.15mm，相邻基准点高差中误差≤±0.3mm。
（4）沉降观测点的观测：按国家三等水准测量的技术要求施测。沉降观测的精度指标：环线闭合差≤±0.6mm，每站高差中误差≤±0.3mm，视线高≥0.3m。每次观测时，必须按附合水准路线至少联测两个水准基点，以保证有必要的检核条件，减少测量误差的发生。另外为保证测量成果的准确性，在进行观测点的首次观测时，必须连续测量两次，取其平均值作为沉降观测点的原始数据，本次高程均统一换算成85国家高程。
3.4、测试仪器：苏一光DSZ2型水准仪加FS1平板测微器，铟钢合金标尺；精度：±0.1mm。
六、监测项目控制标准及报警
监控顶管过程中的土体变形及对D1200自来水管影响情况的工作应全面满足安全等级控制保护要求，使施工单位能随时了解变形情况，以便及时采取有关措施，调控施工步序与节奏，作到信息化施工，确保工程施工顺利进行。
监测报警是对工程实施监测的目的之一，是预防工程事故发生、确保本身及周边环境安全的重要措施。监测报警值是监测工作的实施前提，是监测期间对工程正常、异常和危险三种状态进行判断的重要依据。
预警值根据以下要求执行：
（1）、测斜管水平位移报警值：连续三天位移速率超过3mm/天，或单天位移速率超过5mm/天或累计位移达20mm；
（2）、地下水位报警值：水位每天降幅不得超过500mm；
（3）、地表沉降：连续三天沉降速率超过2mm/天，或累计沉降（隆起）达10mm；

七、现场监测制度及工作程序
1、 监测组织机构
我院针对本监测标段工程特点建立专业监测组织机构，成立监控量测及信息反馈组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成。监测组分为现场监测和信息反馈两个小组及后勤外协小组，各设一名专项负责人，在组长的组织协调下进行日常监测工作及资料整理工作。监测组织机构如下图所示。
项目负责人
刘立飞
技术负责人
徐敏
现场监测小组
余 江
后勤外协负责
何 杰
信息反馈小组
金国强
数据处理分析
量测信息反馈
编制报表
测点埋设
量测元器件布设
现场监测

图3　监测组织机构图
2、监测流程
监控量测作为施工组织的核心内容之一被置于一个动态的管理体系之中，具体包括了监控、预测和反馈等几个主要阶段，监测工作流程示于下图。

资料调研
监测设计
监控量测
现场施工

量测结果的微机信息处理系统

量测结果的综合处理及反分析

监测结果的综合评价

报测监中心

量测结果的形象化、具体化
报送设计、监理单位

经 验 类 比

地层支护结构安全稳定性判断
理 论 分 析

甲方、规范要求等

地层、支护结构动态及现状分析说明、提交修正设计、施工建议

NO
反馈设计施工

YES

调整设计参数、改变施工方法或辅助施工措施

是否改变设计、施工方法

新设计施工方法

图 4 监测流程图
八、监测仪器及人员投入
1、拟投入的人员见表1所示：
表1拟投入项目部主要人员一览表

姓名
本工程
拟任岗位
年龄
性别
专业
专业年限
现任职务职称
刘立飞
项目负责人
38
男
岩土工程
17
工程师
徐敏
技术负责人
37
男
岩土工程
17
高级工程师
金国强
现场监测
45
男
/
20
/
余江
现场监测
27
男
岩土工程
5
技术员
何杰
后勤外协
28
男
岩土工程
6
技术员
2、拟投入的设备见表2
表2拟投入设备一览表
名称
型号规格
数量
备注
测斜仪
CX-03D
2
检验合格
分层沉降仪
30.5m/1mm
3
水准仪
苏一光DSZ2+FS1
2
铟钢尺
珠峰（国产）
2

九、信息化监测和成果反馈
1、 监测周期及监测频率
监测频率布置的基本原则是必须在确保结构及周边环境安全的前提下，从实际出发，根据设计和业主的要求, 结合本工程的特点，综合本工程顶管速度、被保护对象的位置及特性，自始至终要与施工的进度相结合，满足施工工况的要求，在“全面、准确、及时”的原则下安排频率以及监测进程，尽可能建立起一个完整的监测预警系统。
管井施工期间监测工期：沉井从井内出土开始至各沉井施工结束；开挖井从土方开挖开始至管井施工结束。
监测频率：
根据国标《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）要求：监测项目的监测频率应综合考虑基坑类别、基坑及地下工程的不同施工阶段以及周边环境、自然条件的变化和当地经验而确定。当监测值相对稳定时，可适当降低监测频率。
沉井降水施工开始前进行初测，从井内挖土至沉井结束每天观测一次；开挖深井从基坑北侧围护桩打桩开始至井内底板浇筑完成每天观测一次，底板浇筑完成后一周1～2次。
若与位移及沉降变化速率较大时，则因增加监测频次。
2、 监测数据
监测数据是监测资料中最基础、最原始的资料，是日后进行制表、制图、计算分析、编制报表、撰写报告的重要依据。
将测得的原始数据录在案。采用专用表格做好数据记录和整理，保留原始资料。特别是发现数据异常时，应及时进行复测，并加密观测的次数，防止对可能出现的危险情况先兆的误报和漏报。当测量数据用人工录入计算机时，应进行数据的二次校核，以确保打印出的曲线图表准确无误。
3、 监测报表
观测数据一般应当天填入规定的记录表格，并及时（24小时内）提供监测日报给建设、设计、监理和施工等单位。
4、 资料整理
每次观测后应立即对原始观测资料进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。
5、资料分析
采用比较法、作图法和数学、物理模型及相应工作面的工况，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。
绘制测点时间位移曲线散点图和距离位移曲线散点图，如图5所示。如果位移的变化随时间而渐趋稳定，说明该处地层处于稳定状态，支护系统是有效、可靠的，如图中的正常曲线。如图中的反常曲线，出现了反弯点，这说明位移出现反常的急骤增长现象，表明支护体系已呈不稳定状态，应立即采取相应的施工措施进行处理。
位移（轴力） 位移（轴力）

正常曲线 正常曲线

反常曲线 反常曲线

时间 距离
图 5 时间-位移（轴力）曲线和距离-位移（轴力）曲线
在取得足够的资料后，还应根据散点图的资料分布状况，选择合适的函数，对监测结果进行回归分析，以预测该测点可能出现的最大位移值，预测结构和建筑物的安全状况，防患于未然。
6、 监测报告
根据各工程监测内容，按照《建筑基坑工程监测技术规范》（GB-50497-2009）内要求提交监测表格。
监测工作全部完成后10天内，提交完整的监测总结报告6套。
7、 监测工程联系单
联系单是监测单位就监测过程中遇到的技术的问题、特殊情况或测试内容、时间变更等，与委托方进行联系或达成协议的书面记录。

十、应急预案及措施
坚持"安全第一，预防为主"、给施工场区周围居民提供更好更安全的环境；指导应急行动按计划有序地进行；帮助实现应急行动的快速、有序、高效。
我院将在现场派驻监测小组，由项目负责人作为应急小组的总负责，24小时值班，保持通信工具及通信渠道的随时畅通。
作为监测的必要条件，我院将充分发挥本地大院的优势，在完成各个监测项目正常监测设备的基础上，各预备一套监测设备，以备在应急抢险时能随时投入使用。
做好各项正常监测工作外，如遇位移、沉降及其变化速率较大、基坑发生管涌、滑移或其它特殊情况（如暴雨、暴雪或台风等灾害天气）时，则应根据变化情况增加观测次数（一般增加到每天观测2～3次，具体视实际情况定），响应时间为1小时以内。并跟踪监测，及时向甲方、监理和施工单位提供数据以便采取相应的措施。

十一、现场协调及配合
1、 需埋设监测元件时，施工单位应提前2～3天通知监测单位进行准备。
2、 测斜管及分层沉降管埋设
监测方在现场埋设测试元件，需建设方和施工单位提供水及瓜子片（耗量很小）并给予方便。
3、 测点保护
施工单位需对测斜管、分层沉降管及沉降观测点加强保护，在施工工程中机械、车辆注意避闪。
4、监测期间需提供放置监测仪器及现场办公用房1间。

十二、监测点平面布置图（附后）

杭州市勘测设计研究院
2011年8月4日
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