監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利工程基坑監(jiān)測(cè)信息化施工中的應(yīng)用

倪　明

(錦州市水利工程建設(shè)管理局，遼寧 錦州 121000)

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監(jiān)測(cè)技術(shù)在水利工程基坑監(jiān)測(cè)信息化施工中的應(yīng)用

倪明

(錦州市水利工程建設(shè)管理局，遼寧 錦州 121000)

水利工程的發(fā)展趨勢(shì)是全面實(shí)現(xiàn)信息化工程，基坑監(jiān)測(cè)在水利工程中占有重要的地位，進(jìn)行水利工程基坑監(jiān)測(cè)的過程中需要對(duì)基坑監(jiān)測(cè)的任何一個(gè)方面都要進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)量控，故施工監(jiān)測(cè)技術(shù)必須信息化，才能夠?qū)λこ痰拈_展起到指導(dǎo)性的作用，對(duì)此，必須謹(jǐn)慎的對(duì)待監(jiān)測(cè)狀況，切實(shí)的做好計(jì)劃，按部就班的完成監(jiān)督和施工步驟，落實(shí)好每一個(gè)細(xì)節(jié)，力求獲得更加精確地?cái)?shù)值，以防水利工程設(shè)施出現(xiàn)差錯(cuò)。文章從水工工程中基坑監(jiān)測(cè)的重要作用，并給出了進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)的手段，結(jié)合具體的工程案例來闡述信息化施工在水利基坑監(jiān)測(cè)的作用，確保水利工程的正常開展。

水利工程；基坑監(jiān)測(cè)；信息化施工；施工控制

1　水利工程信息化施工中基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維位移測(cè)量

對(duì)高程量的測(cè)定是利用獨(dú)立高程系方式，選用等級(jí)為二級(jí)的水準(zhǔn)儀器進(jìn)行測(cè)定；對(duì)于水平面的位移量測(cè)主要是通過軸線投射的方式或者其他方式。

1.2圍護(hù)墻體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)

在綁扎鋼筋籠和制作孔灌注樁時(shí)，注意要在地下埋設(shè)測(cè)斜管。其高與墻的深度一樣，所需要的額測(cè)斜管的直徑為68 mm。測(cè)斜管是由縱、橫向?qū)Р鄞怪毕嘟粯?gòu)成，導(dǎo)槽可以操作整個(gè)工程的監(jiān)測(cè)方向。進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)斜儀的探頭順著導(dǎo)槽方向慢慢沉入鉆孔的底部，經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的恒定溫度之后，能夠從下面往上開始測(cè)定該位置的位移變化。控制數(shù)值取測(cè)斜管頂部的位移，該位移由光學(xué)儀器測(cè)定。利用平算的方法來確定側(cè)向的位移大小。具體的算法為利用美國(guó)GEOKON-603全自動(dòng)測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)試(圖1)。取令L為探頭長(zhǎng)度，α為傾角，C為探頭標(biāo)定系數(shù)，這里的A所指的是指針在0℃時(shí)的數(shù)據(jù)，B是指指針在180℃時(shí)上的數(shù)據(jù)，則第i深度的坐標(biāo)值為：

(1)

由此算得第i深度的累計(jì)位移為：

△Xi=Xi-Xi0

(2)

式中的Xi0為第i深度的初始坐標(biāo)。

1.3坑外土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)

在監(jiān)測(cè)基坑周圍土體的側(cè)向位移時(shí)，可選取在基坑外側(cè)不遠(yuǎn)的位置需要根據(jù)具體的工況來定進(jìn)行鉆孔埋設(shè)測(cè)斜管，測(cè)斜管的直徑為68 mm，埋置的長(zhǎng)度需要大于4.8m，進(jìn)行測(cè)斜管的埋置的主要用處是為了測(cè)定地面墻體底部的變形量。進(jìn)行測(cè)斜管的埋設(shè)時(shí)需要通過Υ 110進(jìn)行鉆頭成孔，測(cè)斜管材質(zhì)為專用的PVC測(cè)斜管，進(jìn)行埋設(shè)之后需要通過中等砂石進(jìn)行填制，在頂部通過水泥來填充，避免水分滲入。

1.4地墻鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)

因?yàn)榫唧w水利狀況不同，需要施工好的基坑的深度不一樣，如果需要開挖的深度比較大的時(shí)候，就會(huì)對(duì)附近環(huán)境因素有較高的的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地面墻體的厚度需要大于1000 mm，需要在鋼筋籠內(nèi)設(shè)定鋼筋應(yīng)變片來測(cè)定墻體內(nèi)力變化。由于基坑是圓形的而且都是折線形的地墻槽段，所以就需要監(jiān)測(cè)豎向和環(huán)向的內(nèi)力。需要把應(yīng)力計(jì)配置在墻體主筋上，才能夠把鋼筋籠放入基槽，把導(dǎo)線的一側(cè)留到地面，于此同時(shí)，需要地墻混凝土的保護(hù)措施。

算法步驟為首先用ZXY-Ⅱ型頻率計(jì)測(cè)出頻率變化，按照規(guī)定的要求得出頻率-應(yīng)力率定值，從而得出應(yīng)力變化值:

σx=k(Fx2-F02)σ

(3)

式中：K為率定系數(shù)，kN /Hz2；F0為初始頻率，Hz；Fx為測(cè)試頻率，Hz；σx為鋼筋計(jì)的應(yīng)力，MPa；S為m2，這種方法同樣適用于圈梁、圍檁及立柱。

圖1　測(cè)斜原理圖

1.5地墻混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)

對(duì)于受力是否協(xié)調(diào)，監(jiān)控地墻的混凝土和鋼筋的受力狀況就能夠得出結(jié)論。應(yīng)變計(jì)需要在地墻鋼筋籠放到基槽之前裝到設(shè)計(jì)深度的墻體上，且需要把導(dǎo)線引到地面。

用儀器測(cè)出應(yīng)變計(jì)的頻率值變化，然后根據(jù)變化值推算出墻體混凝土應(yīng)力。這種方法同樣適用于測(cè)試圈梁和圍檁的混凝土應(yīng)力。

1.6地墻墻側(cè)土壓力監(jiān)測(cè)

墻體內(nèi)外的土壓力失衡是由于坑內(nèi)土體卸載導(dǎo)致的。為了施工安全，更有效的控制開挖速率，對(duì)于坑面一側(cè)土壓力的大小要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。使用振弦式土壓力計(jì)測(cè)出頻率大小，根據(jù)標(biāo)定的值進(jìn)行定值，求出土壓力值的大小。進(jìn)行安裝工作時(shí)，將帆布掛簾與鋼筋籠吊入槽內(nèi)之前，需要將兩者進(jìn)行綁扎并且平鋪在鋼筋籠表面。由于側(cè)向擠壓力的作用掛簾和土應(yīng)力計(jì)一起壓向土層，并且土應(yīng)力計(jì)應(yīng)與土層的垂直表面緊密相貼[1-2]。

1.7坑外孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

基坑開挖和深井降水的因素會(huì)導(dǎo)致坑外孔隙水壓力下降，為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，在基坑施工的期間，利用現(xiàn)有的技術(shù)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基坑外側(cè)的孔隙水壓力隨工程進(jìn)度的推進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)變化，以達(dá)到施工安全的目的[3]。

1.8基坑底土體回彈和坑外分層沉降

各孔的高程及磁環(huán)深度的值可在基坑開挖之前測(cè)出，兩者之差為各磁環(huán)的初始高程。

測(cè)點(diǎn)高程的累計(jì)變化量可以用在基坑開挖之前用每次測(cè)得的磁環(huán)高程減去初始高程所得到的方法取得的結(jié)果來表示。

1.9鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)支受力較大的斷面可以測(cè)出鋼支撐結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力和設(shè)計(jì)軸力兩者的區(qū)別，鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)可以有效地防止因支護(hù)結(jié)構(gòu)的而造成基坑工程失穩(wěn)破壞現(xiàn)象的發(fā)生。由于應(yīng)變計(jì)埋防與被測(cè)斷面里面，支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變。

使用振弦式頻率計(jì)測(cè)定應(yīng)變量。在測(cè)定過程中，按照鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)所模擬出來的率定曲線，通過應(yīng)變計(jì)頻率方法，推算出支撐結(jié)構(gòu)軸向所受的力的數(shù)值[4-6]。

2　監(jiān)測(cè)與分析

2.1地下水位監(jiān)測(cè)

對(duì)地下水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以得準(zhǔn)確、及時(shí)的信息反饋，制定有效措施，以防止在基坑施工時(shí)，因地下水的滲入而導(dǎo)致基坑坍塌。

監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝方法：利用鉆機(jī)，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處鉆出直徑約90 mm的探孔，在PVC管道的外側(cè)可以包裹上尼龍網(wǎng)，避免安裝PVC管道時(shí)破壞管道，延長(zhǎng)使用年限。安裝PVC管道時(shí)，地面應(yīng)該露出約200 mm的PVC管道，在探孔內(nèi)的PVC和孔壁的縫隙應(yīng)用黃沙填實(shí)，避免管道晃動(dòng)。

2.2地下管線變形監(jiān)測(cè)

地下管線變形監(jiān)測(cè)也是監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一，因此要對(duì)基坑附近的電力電纜、煤氣管、上水管的沉降變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這些管道應(yīng)離基坑最近的10m范圍內(nèi)。根基現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，共設(shè)立了40個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。對(duì)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以分6個(gè)工序進(jìn)行檢測(cè)，即：①開挖3m；②開挖6m；③開挖9m；④開挖12m；⑤開挖15m，塔樓區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理繪出每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移曲線圖。

圖2為其中一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移曲線圖。

圖2　側(cè)向位移曲線圖

由圖2可以得出；基坑開挖完畢，地下管線隨之下降，與此同時(shí)，基坑外深井的水位也隨之下降，基坑初始開挖時(shí)，其周圍承壓水位下降量不大，對(duì)周邊管線不會(huì)產(chǎn)生顯著的沉降影響，伴隨著基坑的開挖，承壓水位持續(xù)降低，察覺到周邊管線受到的影響在不斷提高。隨著基坑的開挖，當(dāng)達(dá)到5～6m的承壓水位降時(shí)，基坑附近地下管線的沉降量將達(dá)到4～5 mm。對(duì)基坑底邊澆筑，承壓水位會(huì)慢慢回升，且管線的下沉將出現(xiàn)回彈的現(xiàn)象，然而沉降的速率將大于管線的回彈速率。

2.3注漿施工控制

按照設(shè)計(jì)方案，對(duì)裙房的基坑實(shí)行深度開挖時(shí)，需用注漿法加固道側(cè)，且需管線沉降開挖，其監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3所示。

圖3　注漿期間管線沉降圖

根據(jù)3圖可以得出，觀測(cè)255次后，在進(jìn)行注漿時(shí)，技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)了注漿速率及管線沉降位移，并發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)注漿速率和注漿孔的數(shù)量不合理。工作部門及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了修改，并在以后的工作中，通過不斷的監(jiān)測(cè)，對(duì)方案的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。265次以后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)接近緩和，沒有出現(xiàn)較大的變化，說明修改方案合理。該工序結(jié)束后，監(jiān)測(cè)人員仍需要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)，直到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不在變化，說明沉降不在增加，監(jiān)測(cè)工作結(jié)束[7-8]。

3　結(jié)　語

總而言之，進(jìn)行水利工程基坑監(jiān)測(cè)的過程中需要對(duì)基坑監(jiān)測(cè)的任何一個(gè)方面都要進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)量控，故施工監(jiān)測(cè)技術(shù)必須信息化，才能夠?qū)λこ痰拈_展起到指導(dǎo)性的作用，對(duì)此，必須謹(jǐn)慎的對(duì)待監(jiān)測(cè)狀況，切實(shí)的做好計(jì)劃，按部就班的完成監(jiān)督和施工步驟，落實(shí)好每一個(gè)細(xì)節(jié)，力求獲得更加精確地?cái)?shù)值，以防水利工程設(shè)施出現(xiàn)差錯(cuò)。

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1007-7596(2016)06-0146-03

2016-04-26

倪明(1982-)，男，遼寧錦州人，工程師，研究方向?yàn)樗こ探ㄔO(shè)管理、水利工程施工等。

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