自動化監(jiān)測技術在基坑工程中的應用

摘? 要：基坑開挖工程中基坑監(jiān)測是一項重要步驟，隨著監(jiān)測技術的層出不窮，自動化監(jiān)測技術逐漸替代了數(shù)據(jù)繁多、計算量大的傳統(tǒng)人工監(jiān)測技術，成為大多數(shù)基坑監(jiān)測工程的首選?；诖?，本文探討了自動化監(jiān)測技術的基本原理，分析了基坑施工過程中的監(jiān)測技術，提出了自動化監(jiān)測過程中的注意事項。

關鍵詞：自動化監(jiān)測技術;基坑工程;應用

中圖分類號：TU753? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）11-0000-00

1 自動化監(jiān)測技術的基本原理

自動化監(jiān)測技術是利用現(xiàn)代計算機技術對采集的數(shù)據(jù)進行處理分析，使用數(shù)據(jù)收集原理，在數(shù)據(jù)信息采集和判斷過程中設置不同層級，由傳感器在施工現(xiàn)場采集計算機處理分析所需要的數(shù)據(jù)并發(fā)送到數(shù)據(jù)信息庫中。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以在采集過程中對數(shù)據(jù)進行初步處理，然后把已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的數(shù)據(jù)信息通過通訊網(wǎng)絡發(fā)送到數(shù)據(jù)庫處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的信息分析處理工作實際上由控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)協(xié)力完成，數(shù)據(jù)庫根據(jù)接收到的信息對數(shù)據(jù)進行實時更新。通過對比更新數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過安全性能評定系統(tǒng)對當前施工建筑做出評價與分析，最后生成與現(xiàn)場實際情況相吻合的監(jiān)測報告，判定安全性是否達標。

2 基坑施工過程中的監(jiān)測分析

2.1 對基坑支護結構位移的監(jiān)測

目前在支護結構位移的檢測過程中，通常利用水平位移或者是豎向位移方式對支護結構進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，并使用預測模型自動計算判斷有效數(shù)據(jù)。通過對基坑支護結構水平位移的監(jiān)測能夠獲取基坑邊緣層壁的水平形變量、形變分布和形變速率等信息，從而準確分析基坑邊緣的穩(wěn)定性;通過對豎向位移的監(jiān)測則能得到土體在不同深度發(fā)生傾斜的情況。同時在挖掘基坑的過程中，坑邊周圍的土層會出現(xiàn)排水固結現(xiàn)象，因為支護結構和測斜管距離較遠，所以測斜管被坑外土體向支護樁方向擠壓，支護樁卻固定不向基坑內(nèi)部移動，因此為了避免外圍土體對支護結構監(jiān)測的影響，測斜管應該緊貼著基坑支護結構[1]。為了確保測量結果的準確性，有關監(jiān)測人員還需要將測得數(shù)據(jù)的每日變化量和總變化量歸納判斷出對應的變化趨勢，經(jīng)過多方分析總結后判定基坑的支護結構的安全性是否滿足要求。此外，對基坑支護結構位移還可使用靜力水準自動檢測技術，主要是根據(jù)通管水準儀中液位計測點的計測值來監(jiān)測基坑數(shù)據(jù)。

2.2 對基坑支護結構內(nèi)力的監(jiān)測

當前的基坑施工現(xiàn)場，基坑支護結構內(nèi)力的監(jiān)測仍然十分重要。對支護結構內(nèi)力的監(jiān)測是進行自動化設計和施工的前提，同樣也是基坑施工安全的重要保障。由于多種可能的外在因素都會影響基坑支護結構的內(nèi)力和變形，所以在對其實施監(jiān)測時需一同包括周圍相鄰環(huán)境系統(tǒng)。之后通過反演監(jiān)測結果得出設計支護結構的最佳方案以及能夠減少試樣在選取或?qū)嶒炛性斐烧`差的最優(yōu)巖土體物理力學參數(shù)。但目前的一些檢測程序不能客觀、完整反映支護結構的動態(tài)形變，無法精確地預測未來發(fā)展趨勢?，F(xiàn)場施工人員進行基坑挖掘工作時，為確保監(jiān)測結果的準確性不受影響，需要在基坑表面或內(nèi)部的結構等方面安裝應力計測定設備。然而，在進行鋼筋混凝土支撐結構內(nèi)力測量時，需要用到鋼筋應力計或混凝土應變計;對于鋼支撐結構內(nèi)力測量，則需使用軸力測量計。

2.3 對基坑外圍土體與地下水位的監(jiān)測

除了對支護結構位移與支護結構內(nèi)力的監(jiān)測，外圍土體和地下水位的監(jiān)測在現(xiàn)代深基坑檢測過程中依舊起到了非常重要的作用。監(jiān)測人員在對地下水監(jiān)測過程中需要將水位計固定至水位管中以能夠掌握現(xiàn)場施工地區(qū)地下水位的具體情況，通過借助水位計的使用來避免檢測結果受到影響。準確有效的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)邓绊懙姆秶统潭冗M行預測，判斷出支護結構存在問題的位置。坑外的水位檢測孔布置也應延伸到距離基坑周圍較遠地方;而為了得到各層地下水位的準確數(shù)據(jù)，應該要做好多層地下水位監(jiān)測的防水工作。與此同時，對外圍土體觀測的有關人員需在土體位移監(jiān)測工程中設置一定數(shù)量的觀測孔，從而及時了解外圍土體的變形狀況。值得注意的是，安置測斜管時測管與土層之間的縫隙需要加入膨潤土等物質(zhì)，避免影響工程基坑質(zhì)量和整體穩(wěn)定性[2]。

2.4 基坑監(jiān)測過程中使用的儀器

測量基坑周圍建筑沉降采用的是液壓沉降儀，通過監(jiān)測標記點相對于儲液罐或標準點的壓力變化來判斷標記點位置的升高或降低，獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)將直接通過GPRS通訊技術上傳至數(shù)據(jù)庫，供隨時隨地調(diào)取使用。測量深層土體水平位移值則是用串聯(lián)桿式固定測斜儀。就是在在測斜管內(nèi)通過串聯(lián)的方式安裝測斜儀，一旦監(jiān)測物體發(fā)生傾斜，相應的傾斜儀也隨之變動，裝在傾斜儀器內(nèi)的測敏元件會把測出物體發(fā)生傾斜的有關信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理系統(tǒng)。基坑外地下水位監(jiān)測采用的則是振弦式水壓計，將水位計傳感器安裝在觀測水井內(nèi)且調(diào)整好初始高程，設備運行后各個水位的數(shù)據(jù)信息就將通過GPRS技術傳輸至數(shù)據(jù)庫中。對于支撐軸力的監(jiān)測，采用和人工監(jiān)測相同的振弦式鋼筋計，但與傳統(tǒng)人工使用測讀儀不同之處在于自動化監(jiān)測軸力只需要將數(shù)據(jù)導線與數(shù)據(jù)采集箱接口對接，傳感器采集到的數(shù)據(jù)便會直接發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于分析判斷。

3 自動化監(jiān)測過程中的注意事項

3.1 施工現(xiàn)場周圍環(huán)境的監(jiān)測

在目前的現(xiàn)場施工過程中，為了更好地解決基坑監(jiān)測問題，首先需要加強對基坑施工現(xiàn)場周圍環(huán)境的監(jiān)測，從而減少甚至是避免當?shù)氐乩憝h(huán)境、水文條件等因素影響工程的正常開展。為了確保監(jiān)測過程始終保持水平平衡，工作人員可以采用在基坑周圍施工工程內(nèi)按一定距離設置一些基準控制點，然后利用這些基點安裝的水準儀對基坑周邊施工現(xiàn)場的豎向位移做出監(jiān)測，盡量把因為建筑物沉降問題對基坑工程的施工影響降到最小。如果在監(jiān)測過程中基坑內(nèi)部出現(xiàn)坑壁、底部及周圍建筑物有裂痕現(xiàn)象，有關監(jiān)測人員需要詳細記錄所在位置并盡快安排工作人員進行解決，減少基坑工程質(zhì)量以及使用年限的損害[3]。

3.2 建立控制網(wǎng)并準確選擇基準點

控制網(wǎng)和基準點的建立作為現(xiàn)代自動化監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，其對基坑監(jiān)測工作的監(jiān)測效率有著很大影響。為了在一定程度上減少這些影響，有關工作人員需要在基坑周圍部分至少設置3個基準點，并且這些基準點的工作性能和自身質(zhì)量必須得到保證，由此建立出相對穩(wěn)定的控制網(wǎng)系統(tǒng)，提高自動化技術在施工過程中的監(jiān)測水平。

3.3 監(jiān)測儀器常見問題

采用液壓式沉降儀檢測是為了減少氣泡帶來的誤差，通常在聯(lián)通水管內(nèi)部采用蒸餾水，但蒸餾水極易在冬季溫度較低時發(fā)生結冰。通過在蒸餾水中加入硅油或防凍液降低凝固點，會有效降低對測量精確度的影響。使用固定式測斜的成本過高，難以在更深的位置全部實現(xiàn)自動化，且考慮到監(jiān)測元件正常工作對環(huán)境的基本要求和安裝難度，自動化監(jiān)測系統(tǒng)也不并能使用在所有的監(jiān)測項目，還需要人工監(jiān)測的幫助[4]。

3.4 支護結構監(jiān)測需要注意的內(nèi)容

除上述安全措施外，還需要對基坑支護結構監(jiān)測方面作進一步加強。因為在支護結構監(jiān)測工程中可能會受到施工地區(qū)地質(zhì)因素的不良影響，致使監(jiān)測結果不夠準確;再加上會發(fā)生對工程基坑自身結構質(zhì)量穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的偶遇位移現(xiàn)象，所以工作人員一方面需要加強施工現(xiàn)場的有關防護措施，避免現(xiàn)場施工影響監(jiān)測工作，另一方面也需確保施工現(xiàn)場和施工人員的自身安全。

4 結語

自動監(jiān)測技術在基坑工程中的應用，真正意義上實現(xiàn)全天候的自動數(shù)據(jù)監(jiān)測，極大地彌補了傳統(tǒng)人工監(jiān)測的諸多缺點，并能夠收集完整、一致的監(jiān)測數(shù)據(jù)，使得項目工程的安全性得到保障。在監(jiān)測過程中應該注意收集自動化監(jiān)測技術在應用到基坑現(xiàn)場后的反饋信息，及時調(diào)整系統(tǒng)的不足與問題。

參考文獻

[1] 付平.深基坑監(jiān)測技術在工程實施中的應用分析[J].居業(yè)，2020（3）：44-45.

[2] 魏長壽.自動化監(jiān)測技術在基坑監(jiān)測中的應用[J].礦山測量，2018（6）：117-121+126

[3] 梅文勝，劉濤.TS30/TM30測量機器人變形監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].測繪地理信息，2014（2）：45-48

[4] 孫元帝，孟凡明，孫志鋮，等.自動化監(jiān)測系統(tǒng)在深基坑監(jiān)測中的應用[J].工程技術研究，2020（5）：59-60.

收稿日期：2020-10-09

作者簡介：武艷軍（1984—），男，河南輝縣人，碩士，工程師，研究方向：地鐵測量及監(jiān)測。