黃河兩岸深基坑安全監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

摘? 要：基坑安全監(jiān)測(cè)是地下工程建設(shè)運(yùn)行的重要技術(shù)保障?；颖O(jiān)測(cè)手段有傳統(tǒng)人工配合儀器監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)等方式，文章以黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測(cè)為例，在預(yù)算可控的前提下，通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面，比對(duì)分析兩種監(jiān)測(cè)手段的差異之處，討論基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施操作的最優(yōu)方案，為同類(lèi)型項(xiàng)目提供新思路。

關(guān)鍵詞：黃河兩岸深基坑；基坑監(jiān)測(cè)手段；預(yù)算可控；新思路

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）19-0191-05

Analysis of Safety Monitoring Technology for Deep Foundation Pit on Both Banks of the Yellow River

DONG Xueyuan

（Xuzhou Zhongkuang Geotechnical Technology Co.， Ltd.， Xuzhou? 221000， China）

Abstract： Foundation pit safety monitoring is an important technical guarantee for the operation of underground engineering construction. The monitoring methods for foundation pits include traditional manual cooperation with instrument monitoring and automated monitoring. Taking the monitoring of deep foundation pit projects on both sides of the Yellow River as an example， this paper compares and analyzes the differences between the two monitoring methods from the aspects of monitoring content， monitoring methods， data processing， and information feedback under the premise of controllable budget， and discusses the optimal plan for implementing foundation pit monitoring projects， provide new ideas for similar projects.

Keywords： deep foundation pit on both banks of the Yellow River; foundation pit monitoring means; controllable budget; new idea

0? 引? 言

本文討論的項(xiàng)目位于華東地區(qū)，黃河岸邊的空闊地帶，包括兩處深基坑：其一，基坑深19.5 m。四級(jí)進(jìn)行放坡，四級(jí)自上而下高度分別為4 m、4 m、4 m、3.5 m，坡度1：2.0，臺(tái)階寬度4 m，最下部采用18 m長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，高度為4 m，基坑底部尺寸為22 m×12 m，上口尺寸為116 m×106 m，周?chē)扇」芫c輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合的降水措施?；觾?nèi)輸氣管線和光纜間距8 m；其二，基坑深11.5 m。兩級(jí)進(jìn)行放坡，每級(jí)高度3.5 m，坡度1：2.0，臺(tái)階寬度4 m，最下部采取18 m長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，高度為4.5 m，基坑底部尺寸為30 m×12 m，上口尺寸為74 m×56 m，周?chē)扇」芫c輕型井點(diǎn)降水相結(jié)合的降水措施。由基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件和相關(guān)規(guī)范確定基坑安全監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。對(duì)于一級(jí)基坑，基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容最為復(fù)雜，按照目前的技術(shù)發(fā)展水平，人工監(jiān)測(cè)是主流的監(jiān)測(cè)方式，但該種方式存在諸多問(wèn)題，例如：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、角度換算、方位角計(jì)算、距離推算等數(shù)據(jù)處理工作煩瑣；監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)、監(jiān)測(cè)周報(bào)、監(jiān)測(cè)月報(bào)等報(bào)表的傳遞效率較低；查詢(xún)、應(yīng)急管理、預(yù)警預(yù)報(bào)等信息存在滯后現(xiàn)象。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)解決了人工監(jiān)測(cè)面臨的問(wèn)題，但是成本造價(jià)過(guò)高，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)常用于大型或特大型項(xiàng)目，對(duì)于常規(guī)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少。

1? 方案分析

基坑監(jiān)測(cè)是指基坑建設(shè)施工期間，采用儀器測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)巡查等方式，對(duì)基坑本身和周邊的安全狀況、變化特征及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行定期的量測(cè)監(jiān)視及數(shù)據(jù)采集、分析、反饋活動(dòng)。隨著儀器測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，人工監(jiān)測(cè)方式逐漸被自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方式取代，與此同時(shí)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的代價(jià)卻高于人工監(jiān)測(cè)，在技術(shù)引用和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益之間權(quán)衡得失，是新技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

1.1? 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

由基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件和《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）確定基坑安全監(jiān)測(cè)等級(jí)為一級(jí)。該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括坡（樁）頂部水平和豎向位移、深層水平位移、坑外水位監(jiān)測(cè)及周邊地表豎向位移。

坡（樁）頂部水平監(jiān)測(cè)通過(guò)量測(cè)特定方向上位移量，反饋水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況。人工監(jiān)測(cè)手段需要利用全站儀，配合棱鏡進(jìn)行測(cè)量，人工干預(yù)度高，但成本較低；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)則是利用測(cè)量機(jī)器人，同時(shí)配合棱鏡，人工干預(yù)度低，代價(jià)較高。

坡（樁）頂部豎向位移（周邊地表豎向位移）監(jiān)測(cè)通過(guò)豎直方向的位移量，反饋豎向位移點(diǎn)的變化情況。人工監(jiān)測(cè)采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法，人工參與度高，成本較低；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用靜力水準(zhǔn)測(cè)量，元器件價(jià)格高昂。

深層水平位移人工監(jiān)測(cè)采用測(cè)斜管和測(cè)斜儀，操作復(fù)雜，成本較低；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所用元器件價(jià)格昂貴，但效率較高。

坑外水位人工監(jiān)測(cè)采用水位管和水位計(jì)，操作簡(jiǎn)單，成本較低；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)所用元器件價(jià)格昂貴，但效率較高。

1.2? 監(jiān)測(cè)方法

基坑監(jiān)測(cè)有儀器監(jiān)測(cè)和巡視檢查兩種方式。

儀器監(jiān)測(cè)內(nèi)容包含坡（樁）頂部水平和豎向位移、深層水平位移、坑外水位及周邊地表豎向位移；人工監(jiān)測(cè)手段和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段各有利弊，當(dāng)人工成本大于物質(zhì)成本時(shí)，優(yōu)先選擇自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，反之優(yōu)選人工監(jiān)測(cè)。

巡視檢查類(lèi)型分為支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工工況、周邊環(huán)境和監(jiān)測(cè)設(shè)施，具體情況如表1所示。

從表1中可以看出，巡視檢查工作內(nèi)容繁多，多數(shù)需要關(guān)注監(jiān)測(cè)項(xiàng)目細(xì)節(jié)，人工監(jiān)測(cè)相比自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，在細(xì)微處判別上有先天優(yōu)勢(shì)，若要使自動(dòng)化監(jiān)測(cè)達(dá)到人的觀察力，需要依靠更尖端的三維影像技術(shù)，在工程造價(jià)上會(huì)有較大幅度的提高。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

人工監(jiān)測(cè)中的數(shù)據(jù)處理依靠專(zhuān)業(yè)軟件，采用人機(jī)交互方式，通過(guò)特定監(jiān)測(cè)方法統(tǒng)計(jì)分析監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變化趨勢(shì)，達(dá)到安全監(jiān)測(cè)的目的。

坡（樁）頂部水平數(shù)據(jù)處理以施工坐標(biāo)系為基準(zhǔn)系統(tǒng)（以極坐標(biāo)監(jiān)測(cè)方法為例），平行于施工軸線為X軸方向，施工軸線前進(jìn)方向?yàn)檎较?；垂直于施工軸線為Y軸方向，指向基坑內(nèi)部為正方向；通過(guò)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位相對(duì)坐標(biāo)信息，計(jì)算基坑安全監(jiān)測(cè)期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)點(diǎn)位差變化值，根據(jù)監(jiān)測(cè)周期換算水平位移點(diǎn)位變形速率和累積變形量等信息。

坡（樁）頂部豎向位移（周邊地表豎向位移）數(shù)據(jù)處理以整平后的施工面為基準(zhǔn)面，垂直于基準(zhǔn)面為方向線，基準(zhǔn)面上方為正方向，通過(guò)豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程，計(jì)算基坑安全監(jiān)測(cè)期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測(cè)周期換算豎向位移點(diǎn)位變形速率和累積變形量等信息。

深層水平位移數(shù)據(jù)處理以基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)軸線為Y軸，豎直向下為正方向；垂直于圍護(hù)結(jié)構(gòu)軸線為X軸，指向基坑內(nèi)側(cè)為正方向；以圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部為基準(zhǔn)面，圍護(hù)結(jié)構(gòu)體0.5 m間距為觀測(cè)單元，利用測(cè)斜儀采集的測(cè)斜管變化傾角α0.5，利用公式Δ0.5 = 0.5×sinα0.5分段統(tǒng)計(jì)不同深度水平位移狀態(tài)：

其中，n是0.5 m的整倍數(shù)；n = L圍護(hù)結(jié)構(gòu) / 0.5 =

2L圍護(hù)結(jié)構(gòu)，L表示圍護(hù)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，單位是m。計(jì)算基坑安全監(jiān)測(cè)期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測(cè)周期換算深層水平位移點(diǎn)位變形速率和累積變形量等信息。

坑外水位數(shù)據(jù)處理以水位觀測(cè)孔位管口為基準(zhǔn)面，垂直于基準(zhǔn)面為方向線，基準(zhǔn)面上方為正方向，利用水位計(jì)觀測(cè)地下水位相對(duì)于基準(zhǔn)面高差，通過(guò)地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)高程，計(jì)算基坑安全監(jiān)測(cè)期間內(nèi)各期數(shù)據(jù)變化值，根據(jù)監(jiān)測(cè)周期換算地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位高差變形速率和水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累積變形量等信息。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理功能集成于數(shù)據(jù)云平臺(tái)，如圖1、圖2所示，平臺(tái)內(nèi)預(yù)先寫(xiě)入專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)處理代碼，當(dāng)云平臺(tái)外接元件開(kāi)始采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)同步處理后轉(zhuǎn)存至云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，無(wú)須人工干預(yù)。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示，核心功能在于云平臺(tái)的引用，綜合地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、施工進(jìn)度數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)以及地理信息數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，其中地質(zhì)資料提供設(shè)計(jì)依據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、施工進(jìn)度數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)體現(xiàn)基坑施工過(guò)程荷載變化情況以及周邊環(huán)境受影響情況，在系統(tǒng)集成軟件多種預(yù)設(shè)算法的加持下，實(shí)現(xiàn)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案和實(shí)際施工狀態(tài)比對(duì)分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案科學(xué)性；獲取實(shí)時(shí)日常報(bào)表，解決信息滯后問(wèn)題；系統(tǒng)分析各種動(dòng)態(tài)因素發(fā)展趨勢(shì)，做到事前控制；利用可視化平臺(tái)和多種媒介，做到項(xiàng)目進(jìn)展可視化、監(jiān)測(cè)過(guò)程實(shí)時(shí)化、數(shù)據(jù)傳遞零延遲、預(yù)警快報(bào)高效化和解決方案同步化，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目信息化管理起到關(guān)鍵作用。

1.4? 信息反饋

人工監(jiān)測(cè)信息以各種報(bào)表（包含監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)、預(yù)警快報(bào)和監(jiān)測(cè)周報(bào)、監(jiān)測(cè)月報(bào)等）形式展現(xiàn)，具體內(nèi)容要求為：

1）監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)。統(tǒng)計(jì)分析當(dāng)天監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巡查記錄及預(yù)警建議信息。

2）預(yù)警快報(bào)。在判斷基坑監(jiān)測(cè)工程達(dá)到綜合預(yù)警狀態(tài)或可能發(fā)生重大突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件時(shí)進(jìn)行預(yù)警快報(bào)，內(nèi)容主要包括風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間、風(fēng)險(xiǎn)地點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)概況、風(fēng)險(xiǎn)成因初步分析、風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)處理對(duì)策。預(yù)警快報(bào)是在充分結(jié)合施工、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及勘察單位等預(yù)警建議信息基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合預(yù)警快報(bào)。

3）監(jiān)測(cè)周報(bào)、監(jiān)測(cè)月報(bào)。包括一周或多周、月度周期內(nèi)，儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)巡查信息及異常信息存在和解決的匯總報(bào)表，包含各責(zé)任主體在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、施工進(jìn)程和安全評(píng)價(jià)進(jìn)行的信息匯總。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息反饋采用監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)，如圖4、圖5、圖6所示。云平臺(tái)是基于最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，服務(wù)于監(jiān)測(cè)行業(yè)的開(kāi)放云平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心。在用戶與各種監(jiān)測(cè)設(shè)備之間架起一座便捷通暢的橋梁。為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠(yuǎn)程采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理及預(yù)警信息發(fā)送等多種服務(wù)。實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、可視化管理、數(shù)據(jù)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)控制等第三方公共服務(wù)。該平臺(tái)的功能主要包括傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠(yuǎn)程采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理；報(bào)表、報(bào)告生成，實(shí)時(shí)推送；可視化管理、數(shù)據(jù)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)控制等第三方公共服務(wù)。

2? 方案選型

在預(yù)算可控的前提下，根據(jù)甲方及設(shè)計(jì)要求，從監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面，對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行拆分，對(duì)部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，該部分包括坡（樁）頂水平和豎直位移、周邊地表及地下水位；其余部分人工配合儀器監(jiān)測(cè)，包括深層水平位移和現(xiàn)場(chǎng)巡視。

通過(guò)黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測(cè)方案選型分析發(fā)現(xiàn)，人工監(jiān)測(cè)手段和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段分別具有以下特點(diǎn)，如表2所示。

從表2中可以看出，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在預(yù)算充足的情況下，所有方面均優(yōu)于人工監(jiān)測(cè)；但是從平衡經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，可以拆分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，實(shí)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量雙優(yōu)目標(biāo)。

3? 結(jié)? 論

本文以黃河兩岸深基坑工程監(jiān)測(cè)為例，在預(yù)算可控的前提下，從監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和信息反饋等方面討論項(xiàng)目實(shí)施的最優(yōu)方案。根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)缺點(diǎn)，做出如下總結(jié)：對(duì)于常規(guī)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，人工監(jiān)測(cè)在保證質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)手段的通用性，經(jīng)濟(jì)效益最大化，但卻存在監(jiān)測(cè)信息涵蓋單一和數(shù)據(jù)傳遞滯后等不足；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)更適用于特殊項(xiàng)目，憑借物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)服務(wù)于監(jiān)測(cè)行業(yè)的開(kāi)放云平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)展可視化、監(jiān)測(cè)過(guò)程實(shí)時(shí)化、數(shù)據(jù)傳遞零延遲、預(yù)警快報(bào)高效化和解決方案同步化。在用戶與各種監(jiān)測(cè)設(shè)備之間架起一座便捷通暢的橋梁，為用戶提供傳感器數(shù)據(jù)、視頻圖像、圖片遠(yuǎn)程采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理及預(yù)警信息發(fā)送等多種服務(wù)，是未來(lái)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)。

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作者簡(jiǎn)介：董雪園（1988—），男，漢族，江蘇徐州人，工程師，碩士，研究方向：大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程。

收稿日期：2023-04-14