某船閘基坑監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)及方案分析

張銀 華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 華設(shè)檢測(cè)科技有限公司

基坑監(jiān)測(cè)可以很好地指導(dǎo)基坑工程的安全施工，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)掌握基坑變形是基坑施工能否順利開(kāi)展的重要前提。水運(yùn)工程中的基坑監(jiān)測(cè)缺少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，現(xiàn)在大部分的船閘基坑監(jiān)測(cè)方案都是參照其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)制定，因此在制定監(jiān)測(cè)方案的過(guò)程中就需要充分了解基坑的水文、地質(zhì)等情況。本文依托某船閘基坑工程，對(duì)其監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)及方案進(jìn)行分析和總結(jié)，提出合理化監(jiān)測(cè)方案及建議，以保證監(jiān)測(cè)方案更為有效地實(shí)施，并指導(dǎo)施工工序。

1.工程概況

某船閘工程在進(jìn)行船閘、節(jié)制閘、泵站主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需采用大開(kāi)挖基坑方式全年進(jìn)行干地施工，根據(jù)船閘、節(jié)制閘與泵站主體結(jié)構(gòu)布置及總體施工組織設(shè)計(jì)，船閘與節(jié)制閘、泵站共用一個(gè)基坑，主體基坑長(zhǎng)度約670m，寬度約300m，土方開(kāi)挖總方量約為98萬(wàn)m3?；悠矫娌贾脠D如圖1所示。

圖1 基坑平面布置圖

2.監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)分析

2.1 上下游圍堰

上下游主圍堰采用重力式土圍堰結(jié)構(gòu)形式，為主體基坑的重要組成部分，采用粘土填筑碾壓而成?；映尚魏螅鲊咧饕糜跀r截基坑外河水，在使用期間，需承受基坑外水頭壓力，并兼具防滲作用。

（1）由于圍堰是填筑而成，圍堰自身沉降固結(jié)需要一定的時(shí)間，在圍堰填筑完成后即需對(duì)圍堰沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)沉降情況確定圍堰內(nèi)抽水時(shí)間。

（2）基坑抽水完成后，圍堰即承擔(dān)擋水作用，承受單向水頭壓力，圍堰自身的安全穩(wěn)定性至關(guān)重要，應(yīng)對(duì)圍堰堰體穩(wěn)定情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（3）上游圍堰處于老節(jié)制閘口門范圍，在運(yùn)行過(guò)程中，受節(jié)制閘引水排澇影響，長(zhǎng)期受水流正面沖刷，受到水流的正面沖擊力，在該段落應(yīng)對(duì)圍堰外側(cè)坡面的沉降位移加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

2.2 基坑?xùn)|側(cè)

本工程主體基坑?xùn)|側(cè)緊鄰地方民房建筑，周邊建筑物較多，其中上閘首、下閘首及下游導(dǎo)航墻位置不具備開(kāi)挖條件，采用單排灌注樁+錨索作為支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)為防止基坑降水對(duì)周邊建筑物產(chǎn)生不利影響，設(shè)置了封閉截滲帷幕。

（1）主體基坑?xùn)|側(cè)排樁支護(hù)屬于安全風(fēng)險(xiǎn)較高結(jié)構(gòu)，尤其距離周邊結(jié)構(gòu)物最近位置，施工過(guò)程中需重點(diǎn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）因基坑降水可能對(duì)周邊建筑物造成影響，在基坑降排水期間，對(duì)基坑?xùn)|側(cè)截滲帷幕外圍的地下水位需進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取補(bǔ)水等措施。

（3）基坑?xùn)|側(cè)民房建筑較多，在基坑開(kāi)挖期間，需對(duì)周邊民房建筑等構(gòu)筑物開(kāi)展監(jiān)測(cè)，以及時(shí)了解周邊建筑物受影響情況。

2.3 基坑西側(cè)

主體基坑西側(cè)全部采用放坡形式開(kāi)挖，且西側(cè)無(wú)外圍建筑，屬于開(kāi)闊地帶，整體來(lái)說(shuō)，基坑西側(cè)邊坡屬于安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低范圍，在基坑開(kāi)挖期間，按照規(guī)范要求，對(duì)基坑邊坡開(kāi)展沉降、位移監(jiān)測(cè)。

3.監(jiān)測(cè)內(nèi)容

基坑內(nèi)的邊坡、支護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑外部的環(huán)境，共同組成了基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容?？紤]到監(jiān)測(cè)目的和支護(hù)設(shè)計(jì)要求，確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有：支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平和豎向位移；圍堰及基坑?xùn)|側(cè)深層水平位移；基坑?xùn)|側(cè)內(nèi)外土體地下水位變化；周邊建筑物的沉降、位移。施工期間的基坑監(jiān)測(cè)貫穿于主體工程施工全過(guò)程。

4.測(cè)點(diǎn)布設(shè)

4.1 基坑頂部（支護(hù)頂部）沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

基坑邊坡、支護(hù)頂部沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在主體基坑、填土圍堰頂部，采用沉降位移監(jiān)測(cè)墩，監(jiān)測(cè)墩間距不大于20m。監(jiān)測(cè)墩中心距離基坑邊坡頂、填土圍堰頂部分別為2m、1m，除圍堰兩側(cè)布置外其余均布置在基坑側(cè)。有支護(hù)的部位沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在支護(hù)頂部，使用監(jiān)測(cè)釘，間距不大于20m，根據(jù)主體基坑平面布置情況，共計(jì)布置61個(gè)點(diǎn)，編號(hào)WY01～WY61。

4.2 深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在基坑?xùn)|側(cè)鉆孔灌注樁支護(hù)上設(shè)置深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 個(gè)，編號(hào)SCWY1～SCWY 3；上游圍堰上設(shè)置深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)4 個(gè)，編號(hào)SCWY4～SCWY 7；下游圍堰上設(shè)置深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)2 個(gè)，編號(hào)SCWY8～SCWY9。共計(jì)設(shè)置9個(gè)深層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

4.3 基坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在基坑?xùn)|側(cè)民房建筑物周邊，以及基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)位置分別設(shè)置地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，地下水位采用井點(diǎn)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行。共計(jì)布置16口監(jiān)測(cè)井，井深15米，編號(hào)為GCK01～GCK16。

4.4 周邊建筑物沉降、位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)

本工程基坑周邊建筑物主要布置在東側(cè)，多民房建筑，在基坑?xùn)|側(cè)靠近基坑民房設(shè)置沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布置55個(gè)點(diǎn)，編號(hào)為SSY01～SSY55。

5.監(jiān)測(cè)方案

5.1 人工監(jiān)測(cè)方案及方法

（1）位移監(jiān)測(cè)。主體基坑位移監(jiān)測(cè)使用全站儀，按照一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量的技術(shù)要求，采用極坐標(biāo)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。位移監(jiān)測(cè)時(shí)監(jiān)測(cè)人員首先將全站儀置于位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)上，后視另一基點(diǎn)或校核基點(diǎn)，監(jiān)測(cè)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。監(jiān)測(cè)時(shí)必須輸入溫度及氣壓改正值，以盡量減小天氣情況所引起的測(cè)量誤差。坐標(biāo)監(jiān)測(cè)完成后需再次對(duì)后視進(jìn)行監(jiān)測(cè)，后視角度或坐標(biāo)偏差較大時(shí)應(yīng)重新后視、監(jiān)測(cè)。每次位移監(jiān)測(cè)應(yīng)在較短的時(shí)間內(nèi)完成，測(cè)過(guò)程中及時(shí)做好測(cè)量記錄，并且記錄每次測(cè)量時(shí)的氣象條件、施工進(jìn)度和現(xiàn)場(chǎng)工況，以供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析時(shí)使用。

（2）沉降監(jiān)測(cè)。主體基坑沉降監(jiān)測(cè)使用水準(zhǔn)儀，按照三等水準(zhǔn)技術(shù)要求進(jìn)行水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)時(shí)首先儀器架于事先確定的置儀點(diǎn)，后視相應(yīng)的沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，前視第一個(gè)沉降位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以后依次搬站向前監(jiān)測(cè)。進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)過(guò)程中，每次監(jiān)測(cè)時(shí)遵守“四固定”原則，即：監(jiān)測(cè)所用儀器及水準(zhǔn)尺固定；監(jiān)測(cè)人員固定；采用相同的監(jiān)測(cè)路線和監(jiān)測(cè)方法；監(jiān)測(cè)的環(huán)境條件基本相同。此外，每次監(jiān)測(cè)應(yīng)保證在較短的時(shí)間內(nèi)完成，減小各種因素對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

（3）深層位移變形監(jiān)測(cè)。深層位移變形監(jiān)測(cè)需要先安裝測(cè)斜管，再采用測(cè)斜儀對(duì)土體深層位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)量放線定位后，支護(hù)上的測(cè)斜管按如下要求安裝：首先將測(cè)斜管逐節(jié)進(jìn)行預(yù)接，打好釧孔，并要對(duì)接處對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記及編號(hào)，底部測(cè)斜管下端應(yīng)密封端蓋。對(duì)接導(dǎo)槽應(yīng)對(duì)準(zhǔn)，釧釘孔應(yīng)避開(kāi)導(dǎo)槽；按測(cè)斜管的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記和編號(hào)逐節(jié)對(duì)接、固定和密封后，將測(cè)斜管固定在灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋籠內(nèi)側(cè)；測(cè)斜管隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋籠下入樁孔，注意將一對(duì)導(dǎo)槽對(duì)準(zhǔn)基坑方向；在測(cè)斜管的上端加管蓋保護(hù)；澆筑前在測(cè)斜管內(nèi)注滿清水。

測(cè)斜管應(yīng)在基坑開(kāi)挖1 周前埋設(shè)，埋設(shè)時(shí)應(yīng)符合下列要求：埋設(shè)前應(yīng)檢查測(cè)斜管質(zhì)量，測(cè)斜管連接時(shí)應(yīng)保證上、下管段的導(dǎo)槽相互對(duì)準(zhǔn)、順暢，接頭處應(yīng)密封處理，并注意保證管口的封蓋；測(cè)斜管長(zhǎng)度應(yīng)不小于所監(jiān)測(cè)土層的深度；當(dāng)以下部管端作為位移基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)保證測(cè)斜管進(jìn)入穩(wěn)定土層2～3m；測(cè)斜管與鉆孔之間孔隙應(yīng)填充密實(shí)；埋設(shè)時(shí)測(cè)斜管應(yīng)保持豎直無(wú)扭轉(zhuǎn)，其中一組導(dǎo)槽方向應(yīng)與所需測(cè)量的方向一致。

（4）地下水位監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處打水位觀測(cè)井，每個(gè)觀測(cè)井頂面設(shè)置高程點(diǎn)，采用測(cè)繩測(cè)量井口往下到井內(nèi)水面的深度，結(jié)合井口高程算出地下水位。

（5）巡視監(jiān)測(cè)?；庸こ陶麄€(gè)施工期內(nèi)，每天均有專人進(jìn)行巡視檢查。

5.2 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案

（1）自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)儀器（傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、無(wú)線傳輸設(shè)備）和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理云平臺(tái)組成。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、預(yù)測(cè)以及分級(jí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)管理。自動(dòng)化的實(shí)施節(jié)省了人工成本，長(zhǎng)期效益顯著，同時(shí)對(duì)保障監(jiān)測(cè)人員安全，保證更及時(shí)地反映施工信息，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施者更快做出決策和判斷具有重大意義。

①監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理云平臺(tái)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理云平臺(tái)是針對(duì)監(jiān)測(cè)單位人員、設(shè)備等信息以及撓度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)智能化管理以及分析預(yù)測(cè)的平臺(tái)系統(tǒng)。使用者面向監(jiān)管部門、監(jiān)測(cè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位等，為公司平臺(tái)管理員、監(jiān)測(cè)單位負(fù)責(zé)人、技術(shù)主管和監(jiān)管員等用戶建立工作賬號(hào)后，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入與上報(bào)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、短信告警、系統(tǒng)維護(hù)等功能。

②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳。通過(guò)自動(dòng)化采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)自動(dòng)化上傳至智能數(shù)據(jù)云平臺(tái)，智能數(shù)據(jù)云平臺(tái)可以將收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，分析，以及展示，并且平臺(tái)有自動(dòng)上傳和手動(dòng)上傳兩種方式，可以兼容上傳人工觀測(cè)的數(shù)據(jù)。同時(shí)可在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生超限變化時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)人員以及業(yè)主進(jìn)行預(yù)警。不僅如此，業(yè)主也可在需要的時(shí)候登陸平臺(tái)自行查閱本項(xiàng)目的相關(guān)資料，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（2）監(jiān)測(cè)方法。

①樁身傾斜監(jiān)測(cè)。采用傾角計(jì)對(duì)樁身傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，傳感器安裝時(shí)應(yīng)盡量保持傳感器安裝面與被測(cè)目標(biāo)面平行，并用螺釘將傳感器固定緊，防止晃動(dòng)。安裝完成后可以通過(guò)命令設(shè)置相對(duì)零點(diǎn)，則以這個(gè)安裝面為零點(diǎn)開(kāi)始計(jì)數(shù)。保證傳感器安裝面與被測(cè)物體的安裝面要完全緊靠，不能有夾角產(chǎn)生；傳感器軸線與被測(cè)面軸線平行，兩軸線之間盡量不能有夾角產(chǎn)生。傾角計(jì)測(cè)量范圍為±30°，分辨率為0.001°，精度為0.01°。

②沉降監(jiān)測(cè)。采用靜力水準(zhǔn)儀對(duì)土體進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)一般安裝在被測(cè)物體等高的測(cè)墩上或被測(cè)物體墻壁等高線上，通常采用一體化模塊化自動(dòng)測(cè)量單元采集數(shù)據(jù)，通過(guò)有線或無(wú)線銅須與計(jì)算機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)。該傳感器采用防水防震設(shè)計(jì)，使用年限達(dá)5年，可在特種條件下使用。靜力水準(zhǔn)儀量程為0.2～2000mm，分辨率為0.001mm，精度是±0.2mm。

③深層水平位移監(jiān)測(cè)。深層水平位移通過(guò)微型測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，埋設(shè)模式為一次性埋入測(cè)量單元，通過(guò)X,Y,Z三軸±180°同時(shí)測(cè)量，將無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，位移變化數(shù)值自動(dòng)累加計(jì)算。配套太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。微型測(cè)斜儀測(cè)量范圍為±30°，分辨率為0.001°，精度為0.015°。

④地下水位監(jiān)測(cè)。采用水位計(jì)監(jiān)測(cè)地下水位。配套太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。水壓計(jì)的感應(yīng)部件由透水石、感應(yīng)板組成。感應(yīng)板上接振弦傳感部件，振弦感應(yīng)組件由振動(dòng)鋼弦和電磁線圈構(gòu)成。止水密封部分由接座套筒、橡皮圈及壓緊圈等組成，內(nèi)部填充環(huán)氧樹(shù)脂防水膠，電纜由其中引出。水位計(jì)測(cè)量范圍0.2～6MPa，分辨率≤0.08%F.S，綜合誤差≤1.5%F.S。

⑤周邊建筑物沉降。周邊建筑物沉降采用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)量機(jī)器人又稱自動(dòng)全站儀，是一種集自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)角與測(cè)距、自動(dòng)目標(biāo)跟蹤、自動(dòng)記錄于一體的測(cè)量平臺(tái)。測(cè)量機(jī)器人在高溫、高濕、低溫、多塵等各種復(fù)雜場(chǎng)景均可穩(wěn)定運(yùn)行，可進(jìn)行全天候巡檢監(jiān)測(cè)。多傳感器集成實(shí)時(shí)融合感知全場(chǎng)景多維度監(jiān)測(cè)感知。

6.結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

（1）該船閘基坑施工規(guī)模較大，涉及的監(jiān)測(cè)內(nèi)容較多，采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)的方法可以全方位了解基坑結(jié)構(gòu)變化情況，但是實(shí)際操作起來(lái)耗時(shí)耗力，而且監(jiān)測(cè)出的數(shù)據(jù)存在較大主觀因素。

（2）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)具有自動(dòng)采集設(shè)備，平臺(tái)連續(xù)不間斷自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)記錄，還可以繪制出各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目單點(diǎn)或多點(diǎn)趨勢(shì)過(guò)程線，對(duì)數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行分析。具有遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程訪問(wèn)、遠(yuǎn)程管理、運(yùn)行軟件遠(yuǎn)程維護(hù)功能。大面積監(jiān)測(cè)的話成本較高。另外，施工現(xiàn)場(chǎng)大型施工機(jī)械較多，因此線纜鋪設(shè)范圍較多的話容易造成損壞。

6.2 建議

（1）監(jiān)測(cè)方案可以以人工監(jiān)測(cè)為主，對(duì)于上下游圍堰、東側(cè)居民區(qū)等重點(diǎn)位置可以實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。這樣既可以對(duì)比人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，又可以降低監(jiān)測(cè)成本。

（2）自動(dòng)化監(jiān)測(cè)傳感器配套使用太陽(yáng)能電池板供電，需要考慮現(xiàn)場(chǎng)陰天或梅雨季節(jié)時(shí)的供電能力問(wèn)題，建議準(zhǔn)備充電器，必要時(shí)對(duì)電瓶進(jìn)行人工充電；由于部分傳感器會(huì)處于水中，考慮到傳感器質(zhì)量問(wèn)題，建議備用多個(gè)傳感器；現(xiàn)場(chǎng)盡量鋪設(shè)較少的傳感器線纜，避免被大型機(jī)械壓斷。