建筑深基坑監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用問題分析

◎張雪霞

針對深基坑工程進(jìn)展全方位的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)施工中存在的各類隱患，可以保證施工的順利開展，進(jìn)一步增強工程整體的穩(wěn)定性。在具體深基坑施工過程中，通過對工程開展實時監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評估，對存在的問題及時進(jìn)行處理，可以防止發(fā)生安全事故，進(jìn)一步保證工程的質(zhì)量和安全。

一、建筑深基坑監(jiān)測目的及原則

1.監(jiān)測目的。

深基坑開挖作業(yè)時，施工人員通過密切監(jiān)控，并針對基坑周邊環(huán)境開展實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)工程存在的安全隱患。并通過對施工全過程的有效監(jiān)測，掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)變形問題，對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行判定，并開展實時評估，從而為后續(xù)施工提供必要的參考，針對不合理的部位及時修正。而且通過開展監(jiān)測，還能夠為相類似工程提供有效的借鑒。

2.監(jiān)測原則。

深基坑監(jiān)測應(yīng)貫穿于工程的全過程中，在具體監(jiān)測過程中，通過針對結(jié)構(gòu)變形開展連續(xù)性的監(jiān)測，詳細(xì)記錄工程的具體情況，使工程建設(shè)過程中有持續(xù)的觀測資料。遇到突發(fā)自然災(zāi)害時還要增加監(jiān)測的頻率，防范安全事故。具體要根據(jù)結(jié)構(gòu)變形狀況調(diào)整觀測頻率，當(dāng)結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定時，宜適當(dāng)增加觀測頻率。而且為了保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，還應(yīng)采取相同的監(jiān)測儀器，并由同一工作人員實施具體的測量，以此來保證監(jiān)測結(jié)果的質(zhì)量。

二、深基坑工程監(jiān)測流程

1.布設(shè)基坑監(jiān)測測量點。

在進(jìn)行監(jiān)測測量點布設(shè)時，需要結(jié)合工程的實際情況，同時還要考慮到基坑開挖過程中會引起的應(yīng)力區(qū)域分布變化情況，通過選擇適宜的位置進(jìn)行監(jiān)測測量，可以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠真實反映出基坑變形和應(yīng)力狀態(tài)的變化情況及對外部環(huán)境的影響。具體在開挖作業(yè)前，需要根據(jù)不同開挖段建立具體的監(jiān)測點，并對基坑強度進(jìn)行了解，及時反饋基坑的穩(wěn)定性。

2.工程應(yīng)用。

具體要以工程設(shè)計要求為基礎(chǔ)，將測斜儀安裝在基坑周圍，同時還要布設(shè)墻體位移監(jiān)測點，并通過安裝壓力監(jiān)測儀。在測斜管埋設(shè)施工時，應(yīng)提前進(jìn)行組裝，再做好連接工作，然后再將其固定在鋼筋籠上。通過對導(dǎo)向槽的方向進(jìn)行校正，保證導(dǎo)向槽與邊緣保持垂直或是平行，導(dǎo)向槽宜與鋼架一起設(shè)置。在混凝土澆筑作業(yè)開始之前，宜在管道底部涂一層清水，避免測斜管在混凝土澆筑作業(yè)時出現(xiàn)漂浮問題，同時也能夠防范水泥砂漿流入到管道中。利用鍍鋅鋼管覆蓋管的上部儀表，并焊接在鋼筋籠上并做好封閉處理，保證管的口部不被損壞，利用水泥砂漿對測斜儀管進(jìn)行填充處理。通過對支撐軸力實施監(jiān)測，可以對基坑開挖過程中支撐軸力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)有更好的了解。同時還要通過頻率測量對鋼筋流量計的頻率進(jìn)行測量，根據(jù)測量的頻率完成曲線校準(zhǔn)。將隔板的每個觀察點都放置在上推力梁上，在基坑深度距離3 倍范圍之外設(shè)置基準(zhǔn)點。

3.報警值監(jiān)控。

在深基坑監(jiān)測工程實施過程中，報警值監(jiān)控是較為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，具體應(yīng)結(jié)合深基坑支護(hù)和現(xiàn)場環(huán)境來確定預(yù)警值。警告值確定時要綜合考慮到建筑安全和建筑經(jīng)濟。警告值過于嚴(yán)格時，會對施工進(jìn)度帶來不利影響，警告值過低時，也會給支撐的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅。在實際設(shè)置警告值時，宜根據(jù)基礎(chǔ)軸支撐進(jìn)行計算，地下管道及其他特殊保護(hù)裝置的警告值要保證在合理范圍內(nèi)。具體要根據(jù)設(shè)計要求對警告值進(jìn)行調(diào)整，同時還要結(jié)合建筑物變形承載力對預(yù)警值的標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行檢查，使其與當(dāng)前施工要求相符。監(jiān)測頻率則要根據(jù)施工情況來確定，一般在開挖過程中每天監(jiān)測一次，監(jiān)測超過預(yù)警值時，則要開展深入監(jiān)控。一旦有事故發(fā)生跡象，則要開展持續(xù)監(jiān)控并采取有效的預(yù)防措施。另外，為了保證基坑施工的安全性，還要加大基坑監(jiān)測力度，及時向施工設(shè)計人員反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，確保預(yù)警值與施工要求相符。

三、基坑工程監(jiān)測項目及監(jiān)測點的布設(shè)

深基坑開挖過程中會對周圍建筑物及構(gòu)筑物帶來一定的影響，通過對基坑周圍環(huán)境開展監(jiān)測，可以有效保證基坑開挖過程中周圍環(huán)境的安全性和可靠性，因此要合理確定監(jiān)測的內(nèi)容。針對具體的基坑工程，具體監(jiān)測內(nèi)容要根據(jù)工程的實際特點來確定。通常情況下需要考慮到工程規(guī)模、重要程度、施工場地地質(zhì)及業(yè)主經(jīng)濟情況等。并結(jié)合工程的實際情況，考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)自身的薄弱處合理布置監(jiān)測點，并重視基坑開挖和地下室施工過程中對周邊環(huán)境的監(jiān)測。

1.周圍及相鄰環(huán)境的影響程度設(shè)監(jiān)測點的布置。

水平位移監(jiān)測點設(shè)置在周圍建筑處地面和墻上，道路監(jiān)測點則要盡量設(shè)置在管線設(shè)備的管線中和閥門上。由于圍墻對基坑變形十分敏感，因此宜將觀測點設(shè)置在基坑四周及中間的圍墻上。基坑監(jiān)測基準(zhǔn)點則要選擇不受開挖影響的區(qū)域范圍內(nèi)為宜。

2.支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測點的布置。

具體應(yīng)沿支護(hù)樁以15～20m 間隔為宜設(shè)置觀測點，而且監(jiān)測點還要隨著圈梁同時進(jìn)行澆鑄，鋼筋埋入深度宜保持在30～40cm 范圍，外露1～2cm，同時還要在頂中設(shè)置十字絲標(biāo)志，各點與槽邊的距離宜控制在1m 左右。沿基坑周邊布置基坑邊坡頂部的水平位移監(jiān)測點，在基坑周邊中間和陽角處也需要布置監(jiān)測點，監(jiān)測點之間的間距以不超過20m 為宜，每邊監(jiān)測點數(shù)目也要保持在3個以下。沿圍護(hù)墻的周邊布置圍護(hù)墻頂部的水平位移監(jiān)測點，圍護(hù)墻中部和陽角處也應(yīng)布置監(jiān)測點，間距和數(shù)目與基坑邊坡頂部水平位移監(jiān)測點一致。

四、深基坑監(jiān)測新技術(shù)

1.信息化監(jiān)測技術(shù)。

信息化監(jiān)測技術(shù)是以基坑工程為基礎(chǔ)，通過將監(jiān)測到的結(jié)構(gòu)變化信息、巖土結(jié)構(gòu)變形信息與設(shè)計和勘察相結(jié)合，通過對工程設(shè)計和施工進(jìn)行合理性分析，并進(jìn)一步分析巖土力學(xué)參數(shù)，從而對工程開展有效的預(yù)測，為施工組織和施工方案優(yōu)化打下良了的基礎(chǔ)。并以此為基礎(chǔ)，利用信息化技術(shù)指導(dǎo)后續(xù)開挖作業(yè)，全面提升基坑的有效性和安全性。在信息化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用過程中，其涉及的學(xué)科較廣，內(nèi)容十分復(fù)雜，這也導(dǎo)致在當(dāng)前深基坑工程中信息化監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用仍不完善。但隨著時間的推移，通過積累大量的經(jīng)驗和資料，再加之信息化監(jiān)測技術(shù)在應(yīng)用過程中不斷優(yōu)化和改進(jìn)，深基坑信息化監(jiān)測工作必然會取得良好的成效。

2.自動化監(jiān)測技術(shù)。

在基坑工程中應(yīng)用自動化監(jiān)測技術(shù)，可以實現(xiàn)人力、物力及財務(wù)的節(jié)約，進(jìn)一步提高工程的質(zhì)量和安全。但我國自動化監(jiān)控技術(shù)發(fā)展相對緩慢，近年來計算機控制技術(shù)、GPRS 技術(shù)、無線傳感技術(shù)和微波通信等技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，構(gòu)建起基于GPS和多天線邊坡的遠(yuǎn)程自動變形監(jiān)測系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高基坑施工監(jiān)測的整體水平，保證基坑施工的安全。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動化監(jiān)控技術(shù)也加快了智能化和集成化的發(fā)展。

3.光纖傳感器監(jiān)測技術(shù)。

在基坑施工中應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，不僅能夠防范電磁干擾，還能夠構(gòu)建起完善的監(jiān)控系統(tǒng)，全面提高監(jiān)控工作的整體質(zhì)量。在光纖傳感器監(jiān)測技術(shù)實際應(yīng)用過程中，可以將光纖傳感器嵌入到鋼筋混凝土中，開展動態(tài)和實時的監(jiān)控，能夠全面提高監(jiān)控的整體效果。但在實際應(yīng)用過程中仍存在一些不足之處，特別是鋼筋混凝土?xí)Ω袘?yīng)器造成損壞，導(dǎo)致其無法正確使用。因此需要加大光纖傳感器監(jiān)測技術(shù)的研究力度，推動其快速發(fā)展和大范圍的應(yīng)用。

五、深坑基監(jiān)測技術(shù)在工程實施中的具體應(yīng)用

1.深基坑位移監(jiān)測。

在深基坑開挖施工過程中，深基坑位移監(jiān)測是較為關(guān)鍵的一項技術(shù)，針對開挖過程中的水平位移實施測量，以此來提高施工效率。但在實際深基坑開挖作業(yè)過程中，由于受場地和施工人員素質(zhì)等因素的影響，則要結(jié)合實際情況采取有效的措施。具體要提前勘察現(xiàn)場環(huán)境，利用全站儀對施工中存在的隱患進(jìn)行監(jiān)測，并針對存在的問題采取有針對性的方法進(jìn)行處理。監(jiān)測人員需要在施工過程中觀測基坑開挖后土層位移變化及穩(wěn)定性，并對深部結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境進(jìn)行有效了解。在針對特定方向上的水平位移測定時，可以采用視準(zhǔn)線法、小角度法和投點法等，針對監(jiān)測點任意方向的水平位移測定時，宜結(jié)合可視監(jiān)測點的分布情況選擇前方交會法、自由設(shè)站法和極坐標(biāo)法等。對于基準(zhǔn)點與基坑之間距離較遠(yuǎn)的情況，可以采用GPS 測量法或是三角、三邊、邊角測量與基準(zhǔn)線相結(jié)合等方法。利用幾何水準(zhǔn)或是液體靜力水準(zhǔn)等方法監(jiān)測豎向位移，坑底隆起則可以設(shè)置回彈監(jiān)測標(biāo)，利用幾何水準(zhǔn)與傳遞高程的輔助設(shè)備相配合完成監(jiān)測工作。監(jiān)測圍護(hù)墻體或是坑周土體的深層水平位移時，可以通過將測斜管預(yù)埋在墻體或是土體中，利用測斜儀對各深層處的水平位移進(jìn)行觀測。基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化的監(jiān)測，可以將應(yīng)變計或是應(yīng)力計安裝在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面，土壓力則要使用土壓力計進(jìn)行量測，具可以在采用埋入式或是邊界式埋設(shè)土壓力計。監(jiān)測地下水位時則要將水位管設(shè)置在孔內(nèi)，利用水位計完成測量工作。利用專用錨桿測力計進(jìn)行錨桿拉力量測。

2.沉降監(jiān)測。

基坑施工時塑性形變和斷裂現(xiàn)象較為常見，一旦沉降或是塌陷問題較為嚴(yán)重時，易引發(fā)安全事故。這就需要在施工前做好各項準(zhǔn)備工作。通過在施工現(xiàn)場設(shè)置圍護(hù)結(jié)構(gòu)、安全出入口及排水系統(tǒng)等。地下水位監(jiān)測時當(dāng)出現(xiàn)一定程度塑性形變或是斷裂現(xiàn)象時，則要采取有效的措施進(jìn)行防護(hù)，并根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)開展分析，保證工程建設(shè)進(jìn)度和施工的穩(wěn)定開展。

3.坑外坑內(nèi)水位監(jiān)測。

通過監(jiān)測樁頂土體整體位移，可以有效控制基坑周圍的環(huán)境，保持基坑外地表面的穩(wěn)定性。由于深基坑開挖作業(yè)過程中鉆孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用較為普遍，但受制于地質(zhì)條件和地下水影響，該技術(shù)在應(yīng)用過程中對質(zhì)量具有較高的要求。而且為了保證地下水位的穩(wěn)定性，宜針對地下水開展有效的監(jiān)測。具體要通過對孔埋設(shè)深度、樁底標(biāo)高和土體高度的測量確定水位情況，并與現(xiàn)場實際情況及地下管涌觀測點的位置相結(jié)合，有效對滲流現(xiàn)象進(jìn)行觀測，并采取有效措施來防止基坑周邊建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降或是坍塌等問題，因此在深基坑施工過程中，宜針對坑外坑內(nèi)水位實施定期監(jiān)測。

4.土體深層水平位移監(jiān)測。

深基坑開挖作業(yè)過程中避免不了會出現(xiàn)變形問題，這也會對施工安全及地下建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來較大的影響，因此應(yīng)重視開挖深度監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)地下水位存在異常情況，則要及時查明原因并采取有效措施加以解決。對于地下水較淺且深度較大及場地條件變化大的情況，則要采取有效措施消除隱患?；娱_挖至設(shè)計荷載后，則應(yīng)利用抗變形材料添加至土體中，提高土體的穩(wěn)定性，避免沉降問題引發(fā)的安全事故。

5.支撐軸力監(jiān)測。

深基坑工程實施過程中，支護(hù)穩(wěn)定性對工程的順利開展至關(guān)重要，這其中支撐軸力是直接關(guān)系到支護(hù)穩(wěn)定性的重要因素，因此要針對支撐軸力進(jìn)行分析，從而為施工提供必要的參考。具體要通過合理布設(shè)位移觀測點，并與工程實際情況相結(jié)合，選擇適宜的位置布置沉降監(jiān)測點、水位位移測量儀器和水準(zhǔn)儀等設(shè)施，并利用全站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時完成數(shù)據(jù)上傳，以此來對現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行判斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，則要針對具體情況制定切實可行的方案進(jìn)行處理。對于支護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況，需要采取相應(yīng)的措施保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮其實際作用。

六、深基坑監(jiān)測的注意事項

1.保證監(jiān)測設(shè)備的性能。

深基坑監(jiān)測不同于其他工作，需要在不同時間實時開展監(jiān)測，而且監(jiān)測結(jié)果也呈現(xiàn)出動態(tài)性和變化性的特點，因此要保證監(jiān)測結(jié)果的及時性，這樣才能滿足項目的具體要求。在實際深基坑變形監(jiān)測工作開展過程中，要求監(jiān)測設(shè)備要具備快速和及時性。但由于大部分建筑工程都是在室外進(jìn)行施工，不同地區(qū)氣候特點各異，這也要求深基坑監(jiān)測設(shè)備要能夠應(yīng)對各種惡劣環(huán)境，從而保證監(jiān)測工作的有序開展。相較于普通測量工作而言，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測對精度和穩(wěn)定性具有更高的要求，需要嚴(yán)格控制誤差，這也對測量儀器的精度提出了更高的要求。在針對深基坑變形監(jiān)測過程中，則要選擇高精度的測量設(shè)備，而且在測量過程中要將誤差控制在最小范圍內(nèi)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.變形值精度。

深基坑變形監(jiān)測過程中，由于得到的值并不是給定時間對奕的變形值，具體要通過量測相對的變形差值。而且為了達(dá)到相同的精度，需要保證兩次測量監(jiān)測結(jié)果誤差值一致，這樣監(jiān)測數(shù)據(jù)才更為有效。因此要提高監(jiān)測設(shè)備精度的基礎(chǔ)上，還要重視監(jiān)測人員專業(yè)技能和實際操作能力的提升，這樣才能確保深基坑變形監(jiān)測值的可信度，從而為工程施工提供重要的依據(jù)。

3.深基坑變形監(jiān)測。

在傳統(tǒng)深基坑變形監(jiān)測工作中，通常會使用全站儀并采取極坐標(biāo)法、視準(zhǔn)線法、小角度法和三解高程等實施監(jiān)測，而且以人工監(jiān)測為主，一些工程受制于監(jiān)測頻率或是空間限制，也會使用測量機器人實施自動測量。近年來物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，傾角儀、激光測距儀和二維面陣位移計等在不同基坑監(jiān)測中開始使用，有效的彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測方法的不足，保證了監(jiān)測結(jié)果的及時性。

4.監(jiān)測誤差。

監(jiān)測誤差是深基坑監(jiān)測過程中較為常見的問題，導(dǎo)致誤差的原因較多，但多與特定條件和不同類型監(jiān)測方法有關(guān)。當(dāng)前深基坑監(jiān)測方法多為靜態(tài)形式，通過在短時間內(nèi)量測監(jiān)測對象，只與深基坑的現(xiàn)狀相匹配。但由于深基坑處于各種壓力作用下，壓力隨時變化，這也存在數(shù)據(jù)突變的情況，從而導(dǎo)致誤差識別難度增加。隨著自動化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)會更加豐富，通過識別數(shù)據(jù)誤差，挖掘出有用的信息，使監(jiān)測數(shù)據(jù)與工況變形趨勢相匹配，實現(xiàn)對監(jiān)測誤差的有效控制。

5.改進(jìn)的數(shù)據(jù)跟蹤方法。

在深基坑監(jiān)測工作過程中，要求動態(tài)匹配具體情況和開展監(jiān)測，并保證監(jiān)測的實時性。應(yīng)用新型自動化監(jiān)測技術(shù)可以有效的解決動態(tài)監(jiān)測和靜態(tài)監(jiān)測不協(xié)調(diào)的問題。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，針對于深基坑的監(jiān)測圖像和結(jié)果能夠動態(tài)模擬，可以實時對深基坑變形的各個階段及變形情況進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)測，并對后續(xù)水平位移、水土壓力和沉降變形等變化趨勢進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。在深基坑監(jiān)測發(fā)展方面，動態(tài)方法必然成為必然發(fā)展趨勢。

七、結(jié)束語

深基坑監(jiān)測技術(shù)具有較強的綜合性，而且涉及到較多的學(xué)科。在深基坑監(jiān)測工作開展過程中，需要確保針對整個項目的全過程開展整體監(jiān)測。在實際深基坑監(jiān)測工作中，應(yīng)提前做好各項準(zhǔn)備工作，并與工程實際情況相結(jié)合，制定具體的方案和措施，及時對數(shù)據(jù)開展分析和反饋，通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)來及時改進(jìn)深基坑監(jiān)測工作中存在的不足，確保深基坑監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用能夠與工程項目預(yù)期的目標(biāo)要求相符，進(jìn)一步保證深基坑工程的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。