大慈寺文化商業(yè)綜合體基坑監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

尚金光,涂玉波,陳軍勝,張?jiān)p(成都市勘察測(cè)繪研究院,四川成都 610081)

大慈寺文化商業(yè)綜合體基坑監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

尚金光?,涂玉波,陳軍勝,張?jiān)p
(成都市勘察測(cè)繪研究院,四川成都 610081)

摘 要:隨著城市大型工程的增多,基坑作業(yè)安全問(wèn)題備受關(guān)注。為保證省市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目—大慈寺文化商業(yè)綜合體深基坑的安全,采用了精密工程測(cè)量?jī)x器對(duì)進(jìn)行基坑及其周邊建筑進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)方案、改進(jìn)作業(yè)方法,實(shí)現(xiàn)了測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)觀測(cè)、多樣化數(shù)據(jù)成果管理、建立實(shí)時(shí)預(yù)警反饋機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù),完成了本項(xiàng)目深基坑、古建筑群、地鐵站點(diǎn)及周邊住宅等的監(jiān)測(cè)工作。

關(guān)鍵詞:大慈寺；深基坑；監(jiān)測(cè)；關(guān)鍵技術(shù)；位移

1　引 言

以摩天大樓和城市地鐵為代表的地上空間和地下空間的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用,使得基坑越來(lái)越深、越來(lái)越大。深基坑支護(hù)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的工程,在現(xiàn)有理論及計(jì)算手段條件下,據(jù)統(tǒng)計(jì)還有20%～30%的基坑支護(hù)容易出問(wèn)題[1,2]。基坑工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可以為基坑工程信息化施工、設(shè)計(jì)優(yōu)化等提供依據(jù)。更重要的是通過(guò)監(jiān)測(cè)和預(yù)警,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,保護(hù)基坑及周邊的安全。近年來(lái),基坑監(jiān)測(cè)新技術(shù)不斷朝著系統(tǒng)化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化方面發(fā)展。無(wú)論監(jiān)測(cè)新技術(shù)如何發(fā)展,不斷提升精度與效率的測(cè)繪新技術(shù)仍然是基坑監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)。本文就大慈寺文化商業(yè)綜合體深基坑項(xiàng)目中采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述。該項(xiàng)目位于成都市大慈寺歷史文化保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),是一個(gè)集高端購(gòu)物、時(shí)尚餐飲、娛樂(lè)休閑、文化廣場(chǎng)、精品酒店和國(guó)際甲級(jí)寫(xiě)字樓等業(yè)態(tài)為一體大型城市綜合體。基坑分為寫(xiě)字樓區(qū)域和商業(yè)區(qū)兩部分(如圖1所示),安全等級(jí)為一級(jí)。

圖1　基坑分布示意圖

寫(xiě)字樓基坑為東北、西南走向,呈“凸”字形,基坑縱向最長(zhǎng)距離約138 m,橫向最長(zhǎng)距離約172 m,基坑邊周長(zhǎng)約600 m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為25 m。基坑?xùn)|、西側(cè)緊鄰高層建筑,西南側(cè)位于地鐵50 m控制線以內(nèi)。地下4層,地上辦公塔樓48層,伴隨東、西、北向裙樓。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁形式。

商業(yè)區(qū)基坑為東北、西南走向,基坑縱向最長(zhǎng)距離約330 m,橫向最長(zhǎng)距離約580 m,設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度最深處約15 m,基坑邊周長(zhǎng)約2 400 m。基坑位于大慈寺南側(cè),該基坑將大慈寺寺院東、南、西三邊合抱,南側(cè)為東西糠市街,有鐵獅門(mén)在建工地及居民樓,東側(cè)為東順城南街、筆帖式街,有在建工地“總府花園”,西側(cè)為紗帽街,有九龍倉(cāng)在建工地,其中局部用地廣場(chǎng)項(xiàng)目臨紅星路步行街,與地鐵2號(hào)線及3號(hào)線交匯站春熙路站直接對(duì)接。出于對(duì)古建筑的保護(hù),基坑開(kāi)挖現(xiàn)狀極不規(guī)整,場(chǎng)地內(nèi)分布有6棟歷史文物保護(hù)古建筑(筆貼式15號(hào)院、章華里7、8號(hào)院、廣東會(huì)館、欣廬、馬家巷禪院、古大慈寺院),全部為1、2層磚木結(jié)構(gòu)建筑,其中廣東會(huì)館與欣廬均三邊臨基坑。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用灌注樁形式,在古建筑附近采用地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。

2　監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,在基坑工程主體及附屬結(jié)構(gòu)施工期間,為了解其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況,對(duì)工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地面及周邊建筑物沉降(包括基坑周圍地面超載狀況)、古建及大慈寺沉降、基坑支護(hù)水平及豎向位移、立柱豎向位移、周邊地表沉降、地下水位等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)[3]。基坑工程監(jiān)測(cè)是一個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容之間有著必然的、內(nèi)在的聯(lián)系,配套監(jiān)測(cè)可以幫助判斷數(shù)據(jù)真?zhèn)?達(dá)到去偽存真的效果。此外,巡視檢查作為一個(gè)以目測(cè)為主,配以簡(jiǎn)單工器具的簡(jiǎn)易方法,可以有效彌補(bǔ)儀器監(jiān)測(cè)的不足。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)盡可能反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)際受力、變形狀態(tài)。點(diǎn)位宜布設(shè)在對(duì)象內(nèi)力和變形變化大的代表性部位及周邊環(huán)境重點(diǎn)監(jiān)護(hù)部位,監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)加密,但不宜過(guò)多。如圖1所示,該項(xiàng)目基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿圍護(hù)墻中部、陽(yáng)角處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距不宜大于20 m,每邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目不應(yīng)少于3個(gè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜設(shè)置在冠梁上,水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜共樁。

3　儀器設(shè)備

本工程按照變形監(jiān)測(cè)二級(jí)精度要求施測(cè)。配備了國(guó)內(nèi)外高精度的儀器設(shè)備。清單如表1所示:

儀器配備清單(部分) 表1

如圖2所示為投入使用的關(guān)鍵精密儀器:

圖2　投入儀器設(shè)備示意圖

4　關(guān)鍵技術(shù)研究

4．1自由設(shè)站邊角測(cè)量技術(shù)

自由設(shè)站邊角測(cè)量技術(shù)以其精度可靠、靈活方便、高效的特點(diǎn),非常適合大型深基坑的水平位移監(jiān)測(cè)[4]。如圖3、圖4所示,在測(cè)量手簿上開(kāi)發(fā)自由設(shè)站邊角采集軟件,控制測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,不僅可以提高工作效率,還可以避免人工瞄準(zhǔn)誤差。此外,本項(xiàng)目還創(chuàng)新性地提出了利用近似三維坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)搜索目標(biāo)的新方法[5]。該方法巧妙地避開(kāi)了各期學(xué)習(xí)點(diǎn)位的繁冗環(huán)節(jié),極大地提高了工作效率。

圖3　數(shù)據(jù)采集軟件質(zhì)量控制

圖4　數(shù)據(jù)采集軟件點(diǎn)位測(cè)量

數(shù)據(jù)采集完成后,采用嚴(yán)密的平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算。平差迭代收斂后,計(jì)算本期各點(diǎn)精確坐標(biāo)(xi, yi)。則監(jiān)測(cè)點(diǎn)每期坐標(biāo)縱橫軸的變化量(△xi,△yi),通過(guò)兩期坐標(biāo)相減可得:

對(duì)于方方正正的基坑,合理定義坐標(biāo)系,則坐標(biāo)方向上的變化量即為基坑位移量。但對(duì)于不規(guī)則形狀基坑,坐標(biāo)軸方向上的位移量無(wú)法完整反映冠梁的位移情況。考慮到基坑監(jiān)測(cè)往往關(guān)心的是朝向基坑的位移量。本工程最終需要計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直于基坑邊方向的位移,因此需要尋找各點(diǎn)位移方向與坐標(biāo)軸之間的幾何關(guān)系,歸算幾何關(guān)系如圖5所示:

圖5　基坑位移與坐標(biāo)軸幾何關(guān)系

圖5的幾何關(guān)系在方案設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)給出,設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直基坑方向W與坐標(biāo)X方向的夾角為α(0°≤α ≤360°),則歸算水平位移量為:

△Wi=△xicosα+△yisinα

將各期水平位移量相加,即可得到當(dāng)前期次的累計(jì)位移量:

Wi=∑△Wi

計(jì)算結(jié)果中,“+”號(hào)代表位移朝向基坑內(nèi)側(cè)、“-”代表位移朝向基坑外側(cè)。

4．2精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)階段,幾何水準(zhǔn)測(cè)量仍然是大型基坑豎向位移監(jiān)測(cè)的主要手段。由于水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)網(wǎng)可以分解為相互銜接的水準(zhǔn)路線,那么大型復(fù)雜的基坑區(qū)域即可分解為相互銜接的小區(qū)域。這樣利于靈活布網(wǎng),并且各條水準(zhǔn)路線可以結(jié)成大網(wǎng)統(tǒng)一解算。沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的最重要精度控制指標(biāo)為“監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差”。當(dāng)平差計(jì)算按測(cè)站數(shù)定權(quán)時(shí),平差后得到的驗(yàn)后單位權(quán)中誤差即為相應(yīng)值,并以此求出每個(gè)點(diǎn)位的高程精度。精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量按照表2的技術(shù)要求[6]執(zhí)行。

豎向位移監(jiān)測(cè)精度指標(biāo) 表2

4．3水位計(jì)感應(yīng)量測(cè)技術(shù)

地下水位監(jiān)測(cè)宜通過(guò)孔內(nèi)設(shè)置水位管井,采用水位計(jì)(型號(hào)SWJ-80)進(jìn)行量測(cè)。地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的作用一是檢驗(yàn)降水井的降水效果,二是觀測(cè)降水對(duì)周邊環(huán)境的影響。根據(jù)工程特點(diǎn),沿著基坑、周邊重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象附近各布設(shè)水位觀測(cè)管,井位盡量埋設(shè)在一個(gè)剖面上,其深度低于擬降水位深度0．5 m以上。測(cè)量時(shí)將探頭沿孔套管緩慢放入水位井中,當(dāng)測(cè)頭接觸水面時(shí),蜂鳴器響,讀取測(cè)尺讀數(shù)ai。將每期測(cè)得的水位計(jì)讀數(shù)ai記錄到《地下水位監(jiān)測(cè)記錄手簿》中,用于后續(xù)分析處理。由于水位標(biāo)高數(shù)據(jù)采用施工高程系,因此在首期監(jiān)測(cè)前,應(yīng)聯(lián)測(cè)周邊已知施工標(biāo)高點(diǎn)位,獲得各水位孔孔口標(biāo)高;然后從表中查找水位計(jì)讀數(shù),則本次地下水位標(biāo)高:

HWi=H0-ai

水位的升降數(shù)值,通過(guò)兩期觀測(cè)地下水位標(biāo)高之差計(jì)算:

△HWi=HWi-HWi-1

每次測(cè)得水位標(biāo)高與初始水位標(biāo)高的差即為水位累計(jì)變化量:

△HWi=HWi-HWi-1∑△HWi=HW0-HW1

4．4分級(jí)預(yù)警報(bào)警技術(shù)

基坑工程監(jiān)測(cè)必須確定監(jiān)測(cè)報(bào)警值,報(bào)警值應(yīng)滿足工程設(shè)計(jì)、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及周邊環(huán)境控制要求。報(bào)警值應(yīng)由監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化量和變化速率共同控制。監(jiān)控的最終報(bào)警值一般由設(shè)計(jì)方確定。但是考慮到這樣定義報(bào)警值過(guò)于單一、缺乏過(guò)程描述,即在施工過(guò)程中不具有階段預(yù)警功能。因而本項(xiàng)目提出了“分級(jí)預(yù)警方法”,即定義監(jiān)控報(bào)警值的1/3為藍(lán)色預(yù)警值、2/3為橙色預(yù)警值,強(qiáng)化了監(jiān)控密度與預(yù)警進(jìn)程。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

本工程施工監(jiān)控量測(cè)報(bào)警及預(yù)警值 表3

此外,分級(jí)預(yù)警機(jī)制將定性語(yǔ)氣轉(zhuǎn)化為定量值,有利于進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)分析[7],為基坑的安全綜合評(píng)估,提供可靠的定量數(shù)據(jù)。

4．5數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)

由于基坑工程的監(jiān)測(cè)內(nèi)容及項(xiàng)目眾多,采用傳統(tǒng)的手工方法整理資料,既繁瑣又容易出錯(cuò)。為了能及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的狀態(tài)、穩(wěn)定程度和進(jìn)行變形分析,以指導(dǎo)施工和修改設(shè)計(jì)方案,避免或盡可能地減少損失,有必要建立基坑工程數(shù)據(jù)庫(kù)的管理系統(tǒng)[8]。

該項(xiàng)目共計(jì)布設(shè)459個(gè)點(diǎn)位,累計(jì)觀測(cè)73期。每期除了要記錄各個(gè)點(diǎn)位坐標(biāo)、高程、水位,還要記錄精度信息、觀測(cè)日期、觀測(cè)期次、工程狀態(tài)等。此外,每期測(cè)完后,還將產(chǎn)生各式各樣的文件信息,諸如原始數(shù)據(jù)、觀測(cè)手簿、平差報(bào)告、閉合差報(bào)告、巡查表、監(jiān)測(cè)報(bào)告等。這樣大的數(shù)據(jù)量,宜設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套數(shù)據(jù)庫(kù)管理。本項(xiàng)目采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)Firbird作為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái),設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、傳感器(水位計(jì))管理及文檔管理等分項(xiàng)管理內(nèi)容;點(diǎn)位管理又細(xì)分為點(diǎn)位屬性表、點(diǎn)位成果表、點(diǎn)位曲線圖、點(diǎn)位統(tǒng)計(jì)表等(如圖6所示為某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間—位移曲線)。

圖6　數(shù)據(jù)庫(kù)管理示意圖

5　結(jié) 語(yǔ)

本工程基坑范圍大、形狀不規(guī)則,基坑周長(zhǎng)約3 km,共計(jì)布設(shè)459個(gè)點(diǎn)位,最快時(shí)監(jiān)測(cè)頻率達(dá)到1 天1期。基坑觀測(cè)從2012年9月開(kāi)始～2014年4月全部回填終止,累計(jì)觀測(cè)73期,合計(jì)24750點(diǎn)次。按照常規(guī)作業(yè)方法難以達(dá)到精度要求且效率不高。因此,本項(xiàng)目深入研究了基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)、預(yù)警技術(shù)與管理技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),創(chuàng)新性地提出利用近似三維坐標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)搜索目標(biāo)的新方法,科學(xué)合理布網(wǎng),動(dòng)態(tài)預(yù)警,全面且高效地完成了監(jiān)測(cè)任務(wù)。本工程各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形速率比較小,且變形速率比較穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)工作方法適當(dāng),較準(zhǔn)確地反映了基坑和周邊環(huán)境變形情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)工作,及時(shí)捕捉到在施工中發(fā)生的細(xì)小變化,達(dá)到了指導(dǎo)信息化施工的目的。

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The Key Technique Research of Dacisi Cultural and Commercial Complex Excavation Monitoring

Shang Jinguang,Tu Yubo,Chen Junsheng,Zhang Yuanshuang
(Chengdu Institute of Surveying and Mapping Survey,Chengdu 610081,China)

Abstract:With the increasing of city’s large scale engineering,the building foundation’s safety has got deep concern．In order to ensure the provincial and municipal key construction projects—the Dacisi cultural and commercial complex’s deep excavation's safety,we adopted the precise engineering survey instruments to make the quasi-real-time dynamic deformation monitoring．By optimizing the technical design,improve the method of operation,achieved the key technique such as automatic observation by measuring robot,diversified management data results,established the realtime warning mechanism．successfully completed the project of deep excavation,subway stations,surrounding buildings and the residential houses’s deformation monitoring work．

Key words:dacisi;deep excavation;monitoring;key technique;deformation

文章編號(hào):1672-8262(2015)05-128-04中圖分類號(hào):P258

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

收稿日期:?2015—05—17

作者簡(jiǎn)介:尚金光(1987—),男,工程師,主要從事規(guī)劃工程測(cè)繪、精密工程測(cè)量與信息化測(cè)繪的應(yīng)用。