建筑深基坑監(jiān)測(cè)工程分析與探討

張?chǎng)武] 趙云剛 許德鮮

【摘要】深基坑檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于城市工程防御建設(shè)過(guò)程中，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)已有新的研究并且被應(yīng)用于深基坑檢測(cè)中，需進(jìn)行深刻的探究其是否可以準(zhǔn)確應(yīng)用在深基坑檢測(cè)的過(guò)程中。傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)方法不僅時(shí)效性較差而且后期耗費(fèi)大量資源，在實(shí)操的過(guò)程中也存在很大的安全隱患。而采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)且實(shí)時(shí)采集、傳輸、報(bào)警，能夠更好地防范風(fēng)險(xiǎn)、保障安全。使自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在深基坑監(jiān)測(cè)中得到實(shí)施和運(yùn)用，能夠隨時(shí)掌握基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的異常突變發(fā)生預(yù)警時(shí)，能夠使施工單位第一時(shí)間組織專(zhuān)家及時(shí)對(duì)基坑安全情況進(jìn)行分析研判，采取措施，防止事態(tài)擴(kuò)大。

【關(guān)鍵詞】建筑;深基坑;監(jiān)測(cè) 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

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、深基坑工程監(jiān)控流程

1.1布設(shè)基坑監(jiān)測(cè)測(cè)量點(diǎn)

監(jiān)測(cè)的測(cè)量點(diǎn)位置應(yīng)根據(jù)工程確定，并應(yīng)根據(jù)基坑開(kāi)挖引起的應(yīng)力區(qū)域分布變化和施工經(jīng)驗(yàn)確定。放置在合適的位置，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以反映基坑變形和應(yīng)力狀態(tài)的變化，以及對(duì)外部環(huán)境的影響程度。開(kāi)挖前，應(yīng)在不同的開(kāi)挖段建立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)需要了解基坑的強(qiáng)度，及時(shí)反饋基坑的穩(wěn)定性。

1.2工程應(yīng)用

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，在基坑周?chē)惭b了測(cè)斜儀和墻體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。配備鋼筋混凝土應(yīng)變片和鋼筋軸向力，并安裝壓力監(jiān)測(cè)儀。在埋入測(cè)斜管的過(guò)程中，將預(yù)先組裝就位，然后連接并固定到鋼籠上。校正導(dǎo)向槽的方向，以確保導(dǎo)向槽垂直于或平行邊緣，需要導(dǎo)向槽與鋼架一起放置。在澆筑混凝土前，在管道底部涂上一層清水，以防止測(cè)斜管在澆筑過(guò)程中漂浮，并防止水泥砂漿流入管道。鍍鋅鋼管用于覆蓋管的上部?jī)x表，焊接到鋼籠上并封閉，以確保管的口部不被損壞，用水泥砂漿填充測(cè)斜儀管。支撐軸力監(jiān)控的是了解基坑開(kāi)挖中支撐軸力的狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)，并評(píng)估與支撐套管位移有關(guān)的結(jié)構(gòu)的安全性，通過(guò)測(cè)量軸向力來(lái)測(cè)量支撐。通過(guò)頻率測(cè)量來(lái)測(cè)量鋼筋流量計(jì)的頻率，根據(jù)所測(cè)量的頻率來(lái)校準(zhǔn)曲線，測(cè)量數(shù)據(jù)是軸向力值，根據(jù)鋼筋的直徑計(jì)算鋼筋張力。隔板的每個(gè)觀察點(diǎn)都放置在上推力梁上，基準(zhǔn)點(diǎn)需要設(shè)置在基坑深度距離的3倍范圍之外。

1.3報(bào)警值監(jiān)控

報(bào)警值在深基坑監(jiān)測(cè)中非常重要，一般需要根據(jù)深基坑的支護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境確定預(yù)警值?；A(chǔ)軸支撐的位移、應(yīng)力條件和環(huán)境沉降等一般變化。警告值需要考慮建筑安全，還要考慮建筑經(jīng)濟(jì)。如果警告值太嚴(yán)格，將影響施工進(jìn)度，并且較低的警告值也將威脅支撐的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性。警告值的設(shè)置應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)軸支撐的計(jì)算確定警報(bào)值。對(duì)于地下管道和其他特殊保護(hù)的裝置，應(yīng)需要設(shè)置合理范圍內(nèi)的警告值。根據(jù)主管部門(mén)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)建筑物的變形承載力，檢查預(yù)警值的標(biāo)準(zhǔn)范圍，壓根符合當(dāng)前的施工要求。根據(jù)上述原則，應(yīng)根據(jù)施工確定監(jiān)測(cè)頻率，在開(kāi)挖期間應(yīng)每天監(jiān)測(cè)一次，如果監(jiān)控超過(guò)預(yù)警值，則需要進(jìn)行深入監(jiān)控。如果有發(fā)生事故的跡象，則進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，并且及時(shí)采取緊急預(yù)防措施。為確?；邮┕さ陌踩裕瑧?yīng)加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給相關(guān)的施工設(shè)計(jì)人員，根據(jù)施工要求確定預(yù)警值。

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。

2.1.2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。

2.1.3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。

2.1.4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。

2.2.4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。

3、深基坑工程自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用分析

3.1布設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)

由于該深基坑的施工中主要采用的是全站儀等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，因此應(yīng)首先進(jìn)行后視基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置于深基坑邊坡不受變形影響的位置，基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)為3個(gè)。完成基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)后，在深基坑工程的施工過(guò)程中應(yīng)按照每周一次的頻率定期對(duì)其位置的準(zhǔn)確性進(jìn)行復(fù)核，避免基準(zhǔn)點(diǎn)出現(xiàn)位移等問(wèn)題，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2布設(shè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

3.2.1布設(shè)土體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)要點(diǎn)

在布設(shè)土體位移情況監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選擇強(qiáng)度較高的PVC管作為測(cè)斜管，并將其打入土體內(nèi)，測(cè)斜管上都應(yīng)比測(cè)斜孔略長(zhǎng)，且應(yīng)將測(cè)斜管端口密封，以避免有雜物進(jìn)入管內(nèi)。在測(cè)斜孔內(nèi)安裝傳感設(shè)備時(shí)應(yīng)用鋼管連接傳感設(shè)備，且其一端應(yīng)采用剛性連接方式，而在另一端則應(yīng)設(shè)置萬(wàn)向節(jié)。完成測(cè)斜管的布設(shè)后，還應(yīng)黃沙等將其覆蓋，以避免其被移動(dòng)。

3.2.2布設(shè)支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)要點(diǎn)

在布設(shè)軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同采用相應(yīng)的布設(shè)方法。在鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)在鋼筋構(gòu)架四角主筋分別設(shè)置鋼筋應(yīng)力計(jì)，且其方向應(yīng)平行于支撐方向。安裝時(shí)應(yīng)采用焊接方式。在焊接時(shí)應(yīng)用濕毛巾等對(duì)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行包裹，以防止傳感設(shè)備受損。在布設(shè)監(jiān)測(cè)鋼管支撐軸力的相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，可以在鋼支撐中設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在鋼支撐結(jié)構(gòu)的截面兩側(cè)分別安裝表面應(yīng)變計(jì)等測(cè)量?jī)x器。安裝時(shí)應(yīng)采用焊接工藝將其固定牢固，且應(yīng)平行于支撐方向，應(yīng)變計(jì)和鋼支撐結(jié)構(gòu)間應(yīng)無(wú)間隙存在。

3.3布設(shè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備要點(diǎn)

在安裝全站儀時(shí)應(yīng)確保其基礎(chǔ)穩(wěn)定，并要進(jìn)行鋼筋籠的制作，且在鋼筋籠上應(yīng)焊接螺桿。在安裝立桿時(shí)應(yīng)將底部法蘭盤(pán)緊密連接在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，并在立桿頂部設(shè)置全站儀。同時(shí)應(yīng)為全站儀設(shè)置保護(hù)箱等防護(hù)設(shè)施，以避免全站儀受到降水以及灰塵等因素的影響。在該深基坑工程的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中還采用了自動(dòng)化測(cè)斜技術(shù)。在安裝測(cè)斜儀時(shí)應(yīng)通過(guò)桿件箱測(cè)斜孔內(nèi)下入自動(dòng)測(cè)斜儀，并在測(cè)斜孔附件設(shè)置設(shè)備箱，以便于施測(cè)。

3.4自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)備應(yīng)用方法分析

3.4.1監(jiān)測(cè)深基坑位移方法

在該深基坑的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)中利用全站儀以及自動(dòng)化應(yīng)變計(jì)、測(cè)斜儀以及鋼筋計(jì)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量。在對(duì)深基坑工程垂直以及水平方向上的位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況采用三角高程法或者極坐標(biāo)法。以后視基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)測(cè)站坐標(biāo)進(jìn)行后交會(huì)修正測(cè)量，并采用溫度補(bǔ)償方式對(duì)測(cè)距精度進(jìn)行修正，并通過(guò)雙盤(pán)位方法對(duì)軸系誤差進(jìn)行消除處理，以確保測(cè)量精度符合監(jiān)測(cè)要求。

3.4.2深基坑土體測(cè)斜方法

在對(duì)深基坑工程土體進(jìn)行測(cè)斜時(shí)，應(yīng)按照從下到上的順序安裝傳感設(shè)備，以準(zhǔn)確測(cè)定被測(cè)目標(biāo)偏角值。各測(cè)斜管首次測(cè)量中所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)為該測(cè)點(diǎn)初始值，將其與深基坑施工過(guò)程中所采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，其差值即為水平位移累計(jì)值。

3.4.3監(jiān)測(cè)深基坑支撐軸力方法

在監(jiān)測(cè)深基坑工程支撐軸力時(shí)，應(yīng)首先復(fù)核傳感設(shè)備在無(wú)受力狀態(tài)下的頻率值，并與標(biāo)定頻率進(jìn)行對(duì)比，以確保其測(cè)量精度符合測(cè)量要求。監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)對(duì)初始值進(jìn)行2次測(cè)回測(cè)定，且初始值應(yīng)取2次測(cè)回讀數(shù)的平均值。在后續(xù)深基坑工程的施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行日常動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并以初始值為基礎(chǔ)進(jìn)行差值計(jì)算，以準(zhǔn)確掌握深基坑工程支撐軸力變化情況，保證深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

結(jié)語(yǔ)：

深基坑工程是很多工程項(xiàng)目建設(shè)中的重要施工內(nèi)容，為保證深基坑工程施工質(zhì)量以及施工安全，施工單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，并積極應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，對(duì)深基坑施工的全過(guò)程進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以準(zhǔn)確掌握深基坑狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，并為深基坑施工管理以及質(zhì)量控制提供可靠的參考依據(jù)，從而為深基坑工程施工的順利實(shí)施提供技術(shù)支撐，并推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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