基坑监测背景

深基坑的开挖是一个动态过程，影响其结构安全的因素在基坑开挖过程中不断变化，很难靠人工的检测手段对可能出现的问题进行预判，为了全面了解地层、地下水、围护结构和支撑体系的变形状态，以及由于施工对周边既有建筑物和地下管线产生的影响，需对基坑的结构安全性能进行在线监测及分析，并将监测结果及时反馈，预测进一步挖掘施工后将导致的变形及稳定状态的发展，根据预判施工对周围环境造成影响的程度，来指导设计与施工。因此，对基坑进行实时监测并在数据超限时预警是基坑工程建设中必不可少的环节。

基坑监测内容

基坑监测工作的前提是要了解现场结构的相关信息，并在施工前提前部署传感器设备，以方便在基坑开挖过程中进行实时在线监测，基坑监测主要内容包括以下几个方面：

周边地下管线监测：可采用动力水准仪或静力水准仪监测基坑周边地下管线的相对沉降位移变量。

周边建筑物及地表沉降：可采用静力水准仪、倾角传感器、裂缝计等分别监测基坑周边原有建筑物因开挖而引起的沉降、倾斜及裂缝等受损程度。

支护结构沉降监测：利用静力水准仪监测支护结构物垂直位移的变形情况。

土体内部位移监测：采用自动化测斜仪监测围护墙体或基坑周围土体的深层位移数据

支护结构内力监测：支护结构内力可采用预埋在结构内部或表面的应变计监测。

支撑梁轴力监测：采用轴力计监测基坑在施工过程中支撑梁轴力的变化，避免支承轴力超过设计强度导致支撑破坏引起支护体系失稳。当使用钢筋束时，采用钢筋计监测每根钢筋的受力。

土压力监测：采用土压力盒监测基坑土体内部压力变化情况。

地下水位监测：采用投入式水位计监测基坑外地下水位的变化情况。

孔隙水压力监测：采用渗压计实时监测基坑土体内部孔隙水压力。

裂缝监测：采用裂缝计监测基坑周边裂缝的位置、走向、长度、宽度，必要时应监测裂缝深度。

环境监测：基坑开挖期可采用环境监测设备，如降雨量、温湿度等环境监测设备辅助基坑施工安全。

基坑监测系统

目前基坑监测以人工检测为主，监测工作量大，受天气、人员、现场条件等因素的影响，存在人为误差、各项技术参数不能实时监测、汇总分析滞后、难以及时掌握工程中存在的问题与风险，这些都影响到工程的安全生产和管理水平。因此，作为一个与复杂地质环境紧密相关且施工状态不断变化的基坑系统工程，利用基坑结构安全在线监测系统，能实现实时信息采集、分析、处理，既可以真实地反映基坑实际的运作状态，指导下一步的工作，又可以及时采取相应的措施，避免了安全事故的发生，真正做到数据稳定可靠。

基坑结构安全在线监测预警系统集成了物联网技术、传感器技术、无线网络传输技术和数据分析统计技术基坑监测内容，通过利用动力水准仪、自动化测斜仪、裂缝计、渗压计、倾角传感器、雨量计等结构变形监测和环境监测传感器对地表、支护体系、周边建筑物等多项安全数据进行实时自动采集基坑监测内容，把传感器连接到物联网网关做初步边缘计算后，再把处理过的数据通过4G无线网络传输到安锐测控云平台进行计算分析和统计，当某个数据超出设定的安全阈值时，可通过联动策略进行预警和联动控制，以确保基坑结构的安全。

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• 1、2外加剂的作用原理及常用品种3优质水泥的评价及其对混凝土性能的影响• 2、• 3、1 混凝土的定义、组成、结构及性能起粉、开裂1.是由胶凝材料和水粗、细骨料按一定比例配制而成的混合物经搅拌、捣实、硬化而成的人造材料。硬化前的混凝土称为混凝土拌合物。集料骨架胶凝结料粗集料石子细集料砂子水泥矿物掺合料粉煤灰、矿渣等水——产生流动性提供水化用水化学外加剂——改善性能提高功能混凝土净浆胶凝材料技术发展四组分多组分现场搅拌预拌单一功能多功能低强高强;高能耗绿色化体积约30体积约70•净浆胶凝材料的作用1包裹集料表面并填充集料空隙2使混凝土拌和物具有适于施工的工作性能作为干涩集料之间的润滑材料3使硬化混凝土具有所需的强度、耐久性等重要性能。硬化水泥浆的性能主要取决于水泥的性能、水灰比、水泥水化程度等。集料的作用1在经济上它比水泥便宜作为廉价填充材料降低混凝土成本2在技术上集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好的耐久性3集料可以减少水泥净浆的发热、干缩等不良作用作为调节材料。

集料的粒径、级配、强度、有害杂质含量等因素都将影响混凝土性能。•混凝土配合比中的几个参数水灰比、浆集比、砂率宏观结构示意图各种组分合理组合从而实现良好的工作性能力学性能和耐久性能。这就形成了一门科学——混凝土学3.微观结构示意图44.1混凝土拌合物的工作性能重点坍落度及其经时损失流动性粘聚性保塑性*坍落度Slump简易、方便——表征流动性同一龄期塌损过大开裂风险增大塌损太小或没有塌损时表面起粉几率增大。坍落度经时损失——表征保塑性与开裂及“起粉”的关系*slump flow——表征粘聚性不同施工方式、不同部位的混凝土和易性要求不同。如泵送混凝土要求流动性好浆量比较富足路面混凝土要求浆量不要太多以免表层浮浆较多。工作性能与原材料、配合比、环境温度等有关4.2 混凝土的凝结硬化过程砼的凝结硬化受各种因素的影响水泥品种、外加剂品种与掺量、水灰比、单方用水量、坍落度、拌和物的温度等。受材料温度及环境温度的影响混凝土拌和物的温度对混凝土的工作性能影响很大。凝结过程硬化过程流态化过程开始产生机械强度运输及施工的上限硬度4.3混凝土的强度混凝土强度试件的参数尺寸、几何形状、含水状态荷载参数荷载加压速度和方式组成相的强度浆体孔隙率水灰比矿物掺合料水化程度养护时间、温度、湿度含气量骨料孔隙率过渡区孔隙率水灰比、矿物掺合料泌水特性骨料继配、粒径、外形水化硬化程度养护时间、温度、湿度骨料与浆体的化学作用国标定义C30标准尺寸标准养护标准荷载1鲍罗米公式RhRc水泥实际强度MPaC/W灰水比A、B与骨料性能、砂率等因素有关的常数Rh——试配强度MPaCRcA RcC/WBCR(C+F)FRcW/C5.1 混凝土的收缩类型1×106/ ℃。

若定为10×106/ ℃则每变化15℃造成的应应力σE ε > 高标号大体积混凝土绝热温升在45℃左右当入模1525 ℃时内外温差有5060℃产生很大的应变与应力导致开裂现象较普遍。热力学收缩大体积、高标号砼需考虑混凝土与骨料的热膨胀系数每1℃的应变为612变为150×106/ ℃。这个应变乘以混凝土的弹性模量即为温度达30℃时混凝土中心温度达75℃以上若外部T52自生收缩——恒温绝湿条件下由于水扩散速度小于反应用水速度(6h3d胶凝材料的水化作用引起的局部瞬时毛细孔失水而导致体积变形当水胶比较低时尽管在恒温绝湿条件下大量水泥水化导致毛细孔迅速失水砼自干燥产生收缩。C W/C0.4以下养护温度越高水泥水化速度越快自生收缩3碳化收缩——Ca(OH)2在表面产生收缩与混凝土含CaO的量有关化学收缩收缩物理自生收缩裂缝往往数量少、但较长、较深4塑性收缩——由于表面水份挥发表面体积缩小内部尚处于塑性阶段内部体积与表面体积不一致而导致表面的开裂。5干燥收缩——由外部环境条件决定原因①早期13天毛细孔失水当收缩力>混凝土早期强度时开裂② CSH失去物理水7天1年后产生收缩力。

干缩产生的应变可达500800×106这么大的应变将产生很大的应力当该应力超过其抗拉强度时导致混凝土开裂。普遍性混凝土内部存在大量凝胶、水、毛细孔与凝胶孔必然性环境相对湿度<95%早期塑性干缩裂缝数量多细小无规则浅。俗称“鸡爪纹”或“龟背纹”砼抗拉强度无松弛作用时出现的开裂应力松弛收缩应变受约束时产生的弹性拉应力松弛后的实际应力开裂延迟干缩与开裂的关系钢筋锈蚀裂缝塑性沉降裂缝塑性干缩裂缝塑性干缩裂缝塑性干缩裂缝塑性沉降裂缝塑性沉降裂缝长期干缩裂缝长期干缩裂缝早期温度裂缝6. 混凝土外加剂的原理及应用6.1 混凝土外加剂的定义与主要功能•混凝土过程中加入的用以改善混凝土性能的物质其掺量不大于水泥掺量的5%特殊情况除外。“特殊情况”是指国内广泛使用的防冻剂和1、定义我国现行标准—1997中将混凝土外加剂定义为在拌制膨胀剂其掺量往往超过5%但习惯上仍将他们归入混凝土外加剂。2、主要功能1改善混凝土拌合物流变性减水剂、引气剂、泵送剂•2调节混凝土拌合物的凝结时间、硬化性能缓凝剂、早强剂、速凝剂3改善混凝土的耐久性引气剂、防水剂和阻锈剂4改善混凝土的其他性能加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂••6.3 减水剂的作用机理多个阴离子极性基团对颗粒表面的吸附作用使颗• 1作用方式吸附分散作用消除絮凝结构而减水。

•粒具有相同电性或较大的空间位阻而排斥消除水泥——水系统的絮凝结构。••润湿作用极性基团的亲水性提高了水对颗粒的润湿能力水化加快。润滑作用吸附层在颗粒表面形成稳定的溶剂吸附层提高混凝土和易性。图 1、絮凝状结构 形成的原因熟料矿物及水化产絮凝结构示意图物表面电荷不同相互吸附颗粒间的范德华力氢键力絮凝结构解除絮凝结构在更少的水中分散低流动性高流动性中等流动性2产生效果改善工作性能、强度性能、耐久性能、节约水泥等扩展度(cm)用水量(kg/m3)不掺减水剂掺减水剂保持流动性不变时可减少用水量提高强度保持用水量不变时提高流动性5、几类常用的减水剂及其应用1木质素磺酸盐类 木钙、木镁、木钠简称M剂。其掺量为水泥重量的0.2%0.3%减水率5%15%。该类减水剂具有缓凝作用和一定的引气作用。木钙和糖蜜对不同石膏溶解度的影响程度不同这两种减水剂用于二水石膏做调凝剂的水泥混凝土中其凝结正常当用于硬石膏做调凝剂的水泥混凝土中时会产生异常凝结急凝拌合物的流动性在很短时间内损失很大使外加剂表现出不好的相容性。2聚烷基芳基磺酸盐类又称萘系减水剂——最大量最广泛使用的3氨基磺酸盐类减水效率较高分散机理静电斥力空间位阻4聚羧酸类梳妆分子结构以空间位阻作用分散水泥颗粒流动性保持时间较长作用效果最好。

但因成本高并未大量推广使用趋势。聚羧酸类减水剂能较长时间保持浆体工作性能的机理示意图起始状态中间状态最后状态5丙酮类6复合减水剂早强、引气、缓凝、缓凝引气或不同种类的减水剂之间的复合等。因减水剂分子结构减水分散机理的差异造成其减水作用效果的差异如下图所示a 水泥1与各种减水剂的5min Marsh时间曲线00.20.611.41.82.22.6减水剂掺量33.45min Marsh时间S氨基磺酸盐聚羧酸高浓萘系低浓萘系木钙糖钙GB/T 41311997中将水泥定义为加水拌和成塑性浆体能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料水泥种类。7.1 水泥的品种与性能•盐水泥、铁铝酸盐水泥以及少熟料或无熟料水泥等•建工程常用的为通用水泥是以硅酸钙为主要成分的熟料制得的硅酸盐系列水泥根据混合材品种及掺量的不同国家标准GB1751999、•硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥用于一般土木建筑工程•种专业工程•用于某些性能有特殊要求的混凝土按矿物成分分类——硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸按用途和性能分类——通用水泥、专用水泥和特种水泥三大类我国土GB/T13441999及1999分别将通用水泥定义为六大水泥。

通用水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质专用水泥油井水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、道路硅酸盐水泥用于某特种水泥 快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥、自应力水泥、抗硫酸盐水泥等7.2 名称简称 代号主要组成主要特性和适用范围硅酸盐水泥纯硅水泥P•Ⅰ由硅酸盐水泥熟料加适量石膏磨细制成不掺加任何混合材。具有强度高、凝结硬化快、抗冻性好、耐磨性和不透水性强等优点缺点是水化热较高、抗水性差、耐酸碱和硫酸盐类的化学侵蚀较差。适用于配制高强混凝土、预应力制品、道路工程、低温下施工的工程、石棉制品等。不宜用于大体积混凝土和地下工程。P•Ⅱ由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成。普通硅酸盐水泥普通水泥P•O由硅酸盐水泥熟料、6%~20%混合材料、适量石膏磨细制成。与硅酸盐水泥相比早强略有降低抗冻性与耐磨性稍有下降低温凝结时间有所延长适用于配制各种标号的混凝土用于各种混凝土构件的生产及各种钢筋混凝土工程的施工。合格品、废品烧失量、酸不溶物、强度等级、凝结时间1立窑7.4 国标GB175-1999对各等级的水泥物理性能有着明确规定。——保证水泥能满足混凝土建筑工程的基本物理性能要求。

1凝结时间2强度3安定性4水化热5细度2湿法窑3窑外预分解窑7.5 在配制混凝土时使混凝土具有优良的工作性能力学性能耐久性能体积稳定性及最低的配制成本。——11 商品混凝土施工性能的要求在设定W/C及一定外加剂掺量条件下达到要求的塌落度、较小的经时损失、扩展度和可泵性和易性好。影响这一性能的因素很多如配制技术、砂、石、掺合料等材料但水泥是重要的因素之一水泥种类。2与水泥的关系主要体现在标准稠度、与外加剂的相容性及保水性①标准稠度标准稠度用水量每增加1%普通混凝土用水量就要增加68kg/m3。因此标准稠度用水量小的水泥在配制混凝土时对减少混凝土单方用水量有利。标准稠度低外加剂相容性好。②水泥与外加剂相容性的定义绘制以外加剂掺量为横坐标流动度为纵坐标的曲线其中饱和点低外加剂掺量流动度大流动度经时损失小则水泥与外加剂的相容性好。③水泥与外加剂相容性的检测方法a)净浆流动度法屈服应力.811.151.21.31.4减水剂掺量%净浆流动度mm5-min净浆流动度(mm)60-min净浆流动度(mm)01200.81减水剂掺量%1.151.21.31.时间S5-min Marsh时间(s)60-min Marsh时间(s)b)Marsh筒法屈服应力表观粘度饱和点④相容性对混凝土性能的影响a)相容性好的水泥——混凝土成本低性能好b)相容性差的水泥——混凝土成本高泵送难度大开裂风险大⑤保水性对混凝土施工性能的影响——保水性好的水泥在配制混凝土时有利于减少内部的泌水腔和表面的泌水层改善混凝土的界面结构抗折、抗渗与表面硬度起粉可提高混凝土的匀质性、强度及耐久性能 。

从混凝土工作性能要求出发水泥具有低的标准稠度、良好与稳定的外加剂相容性及保水性是配制优质混凝土必需具备的条件是评价优质水泥的重要指标之一。好差21混凝土的 抗压强度与水泥的关系鲍罗米公式RhA RcC/WB当CCF时Rh——试配强度MPa Rc——水泥实际强度MPaC/W——灰水比A、B——与骨料性能、砂率等有关的常数由此可见a) Rc与Rh28天强度的关系b) C/W与 Rh的关系因此水泥强度高胶凝性好能使混凝土的W/C降低与外加剂相容性好需水量低的水泥则有利于提高混凝土的强度。——水泥工程技术人员往往更重视从提高水泥胶砂强度来提高水泥的质量而忽视了或尚未认识到水泥性能对混凝土用水量的影响即致密度对混凝土性能的影响是同等重要的这方面尚有很多工作可做。RcR(C+F) 胶凝性混凝土的致密性2——混凝土同等抗压强度条件下若水泥的抗折强度越高则混凝土的抗折强度也越高。3a水泥早强3d高水化放热快且大导致混凝土内部温升快且高冷却后残余的温度应力较高混凝土的抗裂性能下降 。b ) 水泥后期28d及远龄期90d或180d强度高对混凝土的强度补充与自愈合能力非常重要。...

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