深基坑工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

薛 浩

(甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅)

對(duì)于深基坑工程來(lái)說(shuō)，深基坑施工監(jiān)測(cè)就像是一雙眼睛，時(shí)刻對(duì)深基坑工程的實(shí)施進(jìn)行著必要的指導(dǎo)。過(guò)去，在深基坑施工的過(guò)程中，常常采用人工監(jiān)測(cè)的方式，這種方式除了需要耗費(fèi)較大的人力和時(shí)間成本之外，在信息的反饋上也存在著不及時(shí)的問(wèn)題，并且由于受到人的限制，對(duì)于基坑支護(hù)體系的形變與力變等沒(méi)有辦法保障監(jiān)測(cè)的連續(xù)性。在采用自動(dòng)化的深基坑工程監(jiān)測(cè)手段之后，信息的反饋速度可以實(shí)現(xiàn)大幅度的提升，并且監(jiān)測(cè)過(guò)程中所受到的通視條件制約以及氣象環(huán)境制約等限制也有了明顯的降低。

1 深基坑相關(guān)概述

建設(shè)工程在施工的過(guò)程中，依照工程勘察設(shè)計(jì)圖紙，在工程準(zhǔn)確的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)位置垂直往下開挖出新的地下空間，就叫做基坑。而深基坑則是指向下開挖的深度大于5m，地下室的層數(shù)要大于三，也有一種情況是向下開挖的深度沒(méi)有超過(guò)5m，但是基坑的四周地質(zhì)較為復(fù)雜的工程也可以被稱之為深基坑。深基坑工程是一項(xiàng)綜合性較為強(qiáng)烈的工程，除了涉及土方的挖運(yùn)、邊坡支護(hù)項(xiàng)目之外，還包含了基坑排水。也正是由于深基坑工程的復(fù)雜性，所以深基坑工程需要專業(yè)的技術(shù)來(lái)作為支撐，以降低深基坑工程建設(shè)的危險(xiǎn)系數(shù)。

深基坑工程之所以會(huì)普遍存在較大的危險(xiǎn)系數(shù)，是因?yàn)樯罨拥闹ёo(hù)結(jié)構(gòu)都不是固定的，而是臨時(shí)性的結(jié)構(gòu)。在對(duì)深基坑施工，設(shè)計(jì)施工方案之前，需要將施工過(guò)程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀況的監(jiān)察問(wèn)題進(jìn)行充分的考慮，對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況要做好應(yīng)急預(yù)案，保證應(yīng)急措施的可行性。另外，深基坑工程本身具有極其強(qiáng)烈的綜合性，所以工程建設(shè)人員需要具備土力學(xué)知識(shí)、結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)、測(cè)量勘探知識(shí)和施工技術(shù)知識(shí)，只有在專業(yè)的指導(dǎo)之下，深基坑工程才能夠安全地順利完工。深基坑工程還具有環(huán)境效應(yīng)，在開挖基坑時(shí)，地基周圍的建筑物、土體和地下水刀會(huì)受到影響，所以，在對(duì)深基坑的工程方案進(jìn)行制定時(shí)，也不能忽視這一點(diǎn)。

2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相關(guān)概述

2.1 自動(dòng)化檢測(cè)的原則

2.1.1 及時(shí)反饋原則

通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)，做到對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行24h連續(xù)性監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)到的結(jié)果在第一時(shí)間反饋給施工人員和深基坑項(xiàng)目的管理人員，以便基坑支護(hù)問(wèn)題的盡早發(fā)現(xiàn)與及時(shí)解決，使問(wèn)題應(yīng)對(duì)措施的實(shí)效性得到保障。

2.2.2 測(cè)點(diǎn)相關(guān)性原則

在布置自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候，要避免將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在不同的斷面內(nèi)，最好是將監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部布置在相同的斷面之中。如果實(shí)際施工情況只能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分面布置，那么就需要盡可能將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在較為接近的斷面之中，這樣通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)更高。

2.2.3 技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性原則

自動(dòng)監(jiān)測(cè)需要以滿足日常監(jiān)測(cè)的正常運(yùn)行為基礎(chǔ)，當(dāng)基本的要求能夠被滿足之后，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備的造價(jià)和后期的維護(hù)投入應(yīng)該盡可能被控制，避免成本過(guò)高。所選取的自動(dòng)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)不可以對(duì)附近的環(huán)境產(chǎn)生消極的影響，與此同時(shí)要做到對(duì)水文地質(zhì)和施工要求的滿足。

2.2.4 自動(dòng)化原則

傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式經(jīng)常會(huì)在基坑支護(hù)的監(jiān)測(cè)中暴露出問(wèn)題，基坑支護(hù)的形變情況如果只是依靠肉眼或者是一般的儀器去進(jìn)行監(jiān)控，那么所得到的監(jiān)控結(jié)果將是不準(zhǔn)確的。所以，采用一套完整并且能夠進(jìn)行高速自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的檢測(cè)設(shè)備來(lái)對(duì)深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常有必要的。

2.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)的原理

2.2.1 數(shù)據(jù)收集層級(jí)

數(shù)據(jù)的采集工作由數(shù)據(jù)傳感器來(lái)負(fù)責(zé)完成，并且在收集與處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將層級(jí)建立起來(lái)。數(shù)據(jù)傳感器除了需要采集數(shù)據(jù)之外，還需要將數(shù)據(jù)利用無(wú)線電信號(hào)傳送到數(shù)據(jù)收集器，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)數(shù)據(jù)收集器之后，再使用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所有的數(shù)據(jù)集中進(jìn)行分析處理。

2.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理和傳輸層級(jí)

對(duì)于所采集到的數(shù)據(jù)首先需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，而預(yù)處理的步驟一般是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中就已經(jīng)完成的。傳感器將數(shù)據(jù)采集到之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的形式，然后再利用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，把處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進(jìn)一步處理。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理層級(jí)

整個(gè)數(shù)據(jù)處理工作的工作量是龐大的，除了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之外，控制系統(tǒng)也會(huì)參與數(shù)據(jù)的處理工作。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在對(duì)各級(jí)傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收與分析之后，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行采取控制，并依據(jù)傳感器所反映出來(lái)的數(shù)據(jù)，有目的的對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)做到更新和管理[2]。

2.2.4 結(jié)構(gòu)安全評(píng)定層級(jí)

關(guān)于整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定，全部是由安全評(píng)定系統(tǒng)來(lái)完成的。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的最終分析結(jié)果自動(dòng)生成。在對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析、對(duì)現(xiàn)下收集到的數(shù)據(jù)與歷史監(jiān)測(cè)過(guò)程中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比之后，綜合性地對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性做到客觀分析，最終生成與建筑實(shí)情相吻合的結(jié)構(gòu)安全報(bào)告。

2.3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的目的

利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)去取代傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式，是為了能夠連續(xù)不間斷的自動(dòng)對(duì)深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)以及建筑物的基礎(chǔ)情況進(jìn)行有效的監(jiān)控。傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式依靠的是肉眼和一般的監(jiān)測(cè)儀器，得到的監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確度難以保證，并且因?yàn)橹饔^的人為因素造成監(jiān)測(cè)紕漏出現(xiàn)的概率也相對(duì)較大[1]。而自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，除了自動(dòng)化之外，另一大優(yōu)勢(shì)就是能夠保證數(shù)據(jù)信息反饋的及時(shí)性，數(shù)據(jù)在可靠度方面也較為有保障，故而能夠最大限度地滿足對(duì)應(yīng)用計(jì)算技術(shù)的高效率施工所提出的要求。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)不到安全標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，引起管理人員和施工人員的注意，提醒管理和施工人員盡快采取有效的措施對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。

3 基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和設(shè)備布設(shè)

3.1 基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

在對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，要做到在深基坑的四周最少要布設(shè)兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，并且是全站儀后視基準(zhǔn)點(diǎn)。此外還需要注意，布設(shè)的區(qū)域不能在深基坑邊坡變形影響的范圍之內(nèi)，否則基坑支護(hù)很可能會(huì)受到護(hù)坡變形或者是位移的影響。布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的四周還需要保證視野的開闊性和土地的牢靠性，要保證基點(diǎn)不會(huì)被隨意移動(dòng)。為了保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與數(shù)據(jù)分析結(jié)果的科學(xué)合理性，基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該做到將位置和穩(wěn)定性每個(gè)月固定測(cè)定一次。

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

關(guān)于地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)該在地面進(jìn)行開孔，并且在開孔處打入大于22mm的螺紋鋼筋，鋼筋需要一直被打到混凝土地面之下，才能起到防止監(jiān)測(cè)點(diǎn)因?yàn)槁访嫦鲁炼艿礁蓴_的作用。在對(duì)周圍的建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)時(shí)，需要保證視野的開闊性，如大轉(zhuǎn)角、高低建筑物、角點(diǎn)等地。

3.3 觀測(cè)儀的布設(shè)

布設(shè)全站儀時(shí)，必須要有穩(wěn)定的基礎(chǔ)，在對(duì)全站儀的基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑前，首先需要將帶螺桿的鋼筋筆制作出來(lái)，一般使用的是長(zhǎng)度在一米的八個(gè)螺桿和鋼筋籠焊接成為一個(gè)整體，立桿的底部和基礎(chǔ)進(jìn)行剛接[3]。全站儀架放置在立桿的頂部位置，并且還需要在全站儀的外部建造一個(gè)保護(hù)箱，保護(hù)全站儀避免遭受水漬或者是灰塵的影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)所能夠提供的支持越來(lái)越多之后，不論是深基坑的開挖工作還是支護(hù)措施都實(shí)施得更為順利，一些傳統(tǒng)的技術(shù)難題也基本得到了解決，但是對(duì)于這些技術(shù)難題，仍然保有較大的優(yōu)化空間。將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用于深基坑工程的開挖和支護(hù)施工之中，能夠?qū)φ麄€(gè)施工工程起到良好的控制效果，保障施工的安全與效率。所以，相關(guān)的工作人員需要對(duì)深基坑工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與運(yùn)用加以重視，切實(shí)保障建設(shè)工程的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益。