市政基坑監測與數據分析研究

廖云峰

摘 ? ?要：在市政工程中，不論是道路、地鐵還是橋梁，都會涉及到基坑開挖作業，基坑工程的安全監測也受到了社會各方面的關注和重視。在基坑監測中，由于監測內容多、產生數據量大、實效性要求高等特點，給基坑監測實施與數據分析帶來了一定的難度。本文以某地下連續墻支護的市政基坑工程作為研究對象，從監測內容、數據傳輸、數據分析和實際應用入手，對市政基坑監測與數據分析進行研究，為市政基坑監測工作的開展提供參考。

關鍵詞：市政;基坑監測;數據分析

1 ?前言

市政基坑的開挖是一個動態的過程，根據施工區域的地質條件、荷載條件和社會因素的不同，基坑施工的安全性也會出現一定的波動。在進行基坑監測前，需要專業的工程量測單位根據工程特點，編制基坑監測方案，并且經建設、監理和設計單位認可后，進行基坑監測的實施。通過監測方案能夠一定程度上對基坑開挖施工過程中支護結構的變形與基坑受力情況進行描述，確定基坑的動態變形情況。

2 ?市政基坑監測內容及監測數據的采集傳輸

2.1 ?市政基坑監測內容

在市政基坑施工中，由于施工區域的不同，地質環境會出現很大的差異。因為土層環境的復雜多變，周圍建筑物的荷載的影響和地下管線的不確定因素干擾，基坑開挖施工往往沒有固定的施工模板和可靠的經驗進行參考。所以，基坑監測對于基坑開挖及支護的作用非常重要[1]。從現行的基坑施工監測規范來看，基坑施工現場的監測內容主要包括支護結構、施工工況、地下水情況、基底及周圍土體狀況、周圍建筑物及地下管線設施和自然環境等眾多可能影響基坑開挖施工的項目。具體可以細化為水平位移監測、豎直位移監測、體系內力監測、土壓力監測、水壓力監測等眾多內容，通過這些數據信息的監測收集，能夠一定程度上反映出基坑開挖過程中的變化，及時采取相應措施，保障基坑施工的安全性。

2.2 ?基坑監測數據的傳輸

隨著科學技術的進步，基坑監測技術也在快速的發展，從傳統的人工監測記錄數據，向著自動化和信息化發展。當前，基坑監測已經實現了監測數據自動采集、遠程自動化監測以及數據自動分析處理[2]。通過數據評估報告，能夠實現基坑施工的危險值預警。除此之外，通過現代化基坑監測技術，能夠將監測數據成果上傳至云端數據管理中心，將監測成果發布共享。通過移動終端能夠實現便捷的監測情況查詢，圖1即為自動化鋼支撐軸力監測系統工作狀況，夠能夠給基坑施工提供更好的輔助。

在基坑監測數據的傳輸中，自動化監測設備并不能完全實現脫離人工。需要監測人員配合儀器，進行基坑監測數據的傳輸，以確保監測結果的準確。在儀器收集監測點的信息數據后，管理人員需要對數據準確性和監測點位的變化進行復核，以確?；颖O測數據能夠準確的反應出基坑的變形情況[3]。在管理人員對數據核對審查完成后，將其上傳至數據處理中心，完成對數據的分析處理。

3 ?基坑監測數據分析

3.1 ?基坑監測報警值的確定

在基坑的監測過程中，不同監測項目預警值的確定非常關鍵。預警值的確定并非完全依靠設計數據進行，還需要綜合考慮基坑施工過程中周圍的荷載環境，確定項目監測報警值。報警值的確定是為了對支護結構位移情況、受力是否超過允許范圍等確定一個衡量標準，衡量基坑開挖施工的安全性[4]。通過監測數據與報警值的對比，決定是否變更施工方案，提高基坑開挖施工的安全性。在基坑監測報警值確定時，要遵循一下幾個原則。其一，報警值并非是基坑開挖設計值;其二，報警值確定需要綜合考慮基坑施工周圍的情況，不可盲目按照開挖施工情況確定;其三，確保監測對象的安全性;其四，在確保監測安全的前提下，綜合考慮施工難度及成本投入，提高工程效益。

在進行基坑預警判定時，除了基坑的累計變形量外，同時還要參考基坑變形速率，當基坑發生變形，并且這種變形趨勢呈現出不可控狀態，那么就需要結合變形速率進行基坑危險預警。例如，當某一基坑開挖施工時，在二到三天內，基坑變形速率超過了提前設置的預警值，但是卻沒有超過突變值時，應該綜合考慮基坑各方面的監測數據變化情況，對基坑變形速率加快進行科學的分析評估[5]。通常情況下，造成這一情況是由于基坑出于急劇變化期，需要對施工方法進行改變，從而使基坑的變形速率恢復到正常范圍內。

3.2 ?基坑監測數據傳輸模型

當前，基坑監測數據通過監測傳感終端，能夠實現無線傳輸。但是由于基坑監測的原始數據占用空間大，所以通常會采用數據壓縮的方式進行上傳。通過對原始數據的壓縮處理，能夠極大的節省數據占用的存儲空間，還能夠節約數據上傳的時間，提高基坑監測的效率。目前數據壓縮傳輸方法很多，可以將其分為無損壓縮和有損壓縮兩種算法。無損壓縮的原理是利用數據統計冗余進行壓縮，在數據復原時不會造成原始數據的丟失和損壞。這種壓縮算法的缺點在于壓縮率較低，主要被應用在文本、程序和重要的圖像數據壓縮中[6]。在無損壓縮中，半字節壓縮算法是應用廣泛的基坑原始數據壓縮方法，理論壓縮比能夠達到50%，實際使用效果非常理想。

3.3 ?基坑監測數據的處理

在進行基坑開挖施工之前，需要按照一定的標準布置基坑變形的監測點。監測點的首次測定通常在基坑開挖一周前，并記錄測量初始值。將收集的基坑初始值整理后建立基坑監測數據庫。進行基坑施工時，按照要求對基坑施工區域兩倍基坑深度范圍內的建（構）筑物進行監測，采集數據信息。由于基坑監測儀器設備精密程度非常高，導致儀器設備受到微小干擾時，監測數據就產生一定程度的誤差。在現代自動化監測設備應用中，人為誤差對于監測結果的影響越來越小，目前主要影響基坑監測準確性的誤差來自于系統誤差[7]。對于此類誤差，只有通過不斷提高設備的精密程度，做好設備的維護保養工作，達到提高監測結果精確度的目的。除此之外，也可以采用多人校核的方式對監測數據進行核對驗證，通過對原始數據的可靠性進行論證，來保障基坑監測數據具有更高的參考價值。

在收集的數據處理中，首先需要對數據中的異常值檢測，利用評判準則對原始數據進行查驗，識別數據是否為異常值。異常值的檢驗通常由編好的程序進行，異常值查驗的結果也會保存在數據庫文件中，通過監測數據的不斷收集和上傳更新，在數據庫原始數據的基礎上逐個進行新數值的檢驗。除了異常值外，在收集的監測數據中，還會存在系統誤差，所以需要進行誤差的檢驗，以確保數據分析結果的精準[8]。系統誤差通常由觀測儀器產生，在復雜的觀測條件下，系統誤差也會呈現出不同的狀態，所以在進行系統誤差的檢查中，需要保持慎重的態度，一旦系統誤差判斷和消除錯誤，不僅不能提高基坑監測結果的準確性，還會誤導基坑施工，造成非常嚴重的后果。

4 ?基坑監測技術在市政基坑監測中的應用

本文以某市政基坑開挖工程為例，探究基坑監測技術在市政基坑監測中的應用。在基坑施工區域2km處存在河流，因此基坑采用地下連續墻形式，共有五道支撐，第一和第四道采用1.0X1.0m混凝土支撐，其余為直徑609mm，管壁厚度16mm的鋼管進行支撐，如圖2所示。采用明挖順作方法進行施工，基坑監測技術的應用過程如下。

4.1 ?地下連續墻位移監測

在進行地下連續墻位移監測中，需要提前在結構或者土體中預埋測斜管，通過測斜儀進行數據采集，獲取地下連續墻的位移數據。作為基坑支護主體的地下連續墻，其深層位移和結構變形與基坑穩定性關系密切。以其中一個位移觀測點的變形量作為研究的對象，該點所在斷面的施工情況為：5月21日在基坑開挖8m后，架設第二道鋼管支撐;7月1日基坑開挖至14m處，架設第三道鋼管支撐;7月24日基坑開挖至18m處，架設第四道混凝土支撐;10月10日基坑開挖至23m處，架設第五道鋼管支撐。在10月24日基坑開挖至坑底，坑底深度為26m。

在基坑開挖過程中，以測斜管深度為x軸，側向位移距離為y軸，發現圖形近似拋物線。側向位移最大為埋深17m處，位移距離達到了32mm，在埋深0米和26m處，幾乎不產生位移。通過數據分析可以發現，最大位移深度隨著基坑的開挖逐漸向下延伸，直至開挖深度達到23m后，最大側向位移距離不再發生變化。這說明在開挖過程中，隨著開挖深度的增加，地下連續墻一直在發生變形，而且這一變形隨著開挖深度的增加在逐漸增長，直至第四道支撐施工完成后，由于混凝土支撐剛度大，提高了支撐體系的整體穩定性能，導致在開挖至26米時，側向位移距離不再增長。由此可見，在基坑施工中，基坑變形情況與支護結構的形式和支護體系材料選擇有著一定的關系，能夠通過性能較高的支護材料使用，提高基坑的穩定性。通過對施工過程側向位移情況的分析可以發現，變形增長“時空效應”明顯，在開挖過程中，側向位移一直呈現增長，這說明施工過程采用“隨挖隨撐”對于基坑穩定性有著非常大的幫助。

4.2 ?圍護墻頂部豎向位移監測

基坑頂部的監測中，在圍護墻頂部選取某一點作為觀測對象，隨著開挖施工推進，圍護墻頂部豎向位移呈出波動狀態。根據豎向累計沉降量，可以將其分為三個階段。在第一階段，第一道支撐施工完成后，由于混凝土自重導致土體受到壓縮，出現一定程度的沉降。在第二階段，隨著開挖作業的展開，維護強頂部的監測點呈現上升趨勢，產生這一情況的主要原因是有開挖作業導致連續墻一側土體側限解除，基坑頂部土方開挖卸荷后，土體自身發生回彈，帶動連續墻出現上升情況。第三階段，隨著開挖施工繼續進行，連續墻開始出現下沉，并且最后趨于穩定。這是由于隨著開完施工完成后，基地圍護結構施工完成，在基礎底板和支撐的約束下，連續墻沉降逐漸趨于穩定。

4.3 ?地表沉降監測

地表沉降數據的觀測對于基坑穩定性的評估非常重要。根據地表某一觀測點收集的數據分析可以發現，基坑開挖作業施工過程中，地表沉降量逐漸增加，呈現出波動不同的曲線。在7月24日架設第四道混凝土支撐之前，地表的沉降量隨著基坑開挖深度的增加，呈現出非常明顯的沉降趨勢，而且這種趨勢有增長的表現。直至第四道混凝土支撐施工完成后，這種沉降趨勢才減緩，但是依然緩慢增長。直到基坑開挖完成，并且在基底完成部分結構后，這種地表沉降趨勢才穩定下來。這說明地表沉降量受到時空效應的影響同樣顯著，在施工過程中，需要加快施工速度，降低基坑開挖對于地表沉降量的影響。

除此之外，地表沉降量觀測中，沉降量最大的區域并非是基坑邊緣地區。沉降區域呈現出“凹”字形，在距離基坑一定距離的區域，沉降量更加嚴重。這種基坑地表沉降規律完全符合“沉降槽”理論。這是由于基坑周圍區域的土體受到基坑頂部維護圈梁的約束，不會發生較大的沉降，而遠離圈梁的土體，這種約束作用逐漸降低，出現較大的沉降量，當距離足夠遠時，受到土壓力的限制，這種沉降影響減小，沉降量越來越低，形成了“凹”字形的沉降規律。

4.4 ?支撐軸力監測

支撐軸力是決定基坑支護穩定的重要指標。該基坑第一道和第四道支撐為混凝土，其余為鋼管。隨著開挖深度的增減，每一道支撐施工完成后，對于上一道支撐都會產生較大的影響。尤其是在第四道混凝土支撐施工完成后，由于混凝土支撐具有較大的剛度和強度，會對第二道和第三道鋼管支撐的軸力產生較大的影響。這說明第四道支撐具有非常好的支撐效果，而第五道支撐軸力明顯較小，說明該基坑基底較為穩固，對支撐作用力較小，基坑側向的土壓力主要存在于基坑上部[9]。而隨著支撐數量的增加，第一道支撐受到軸力逐漸降低，尤其是在第四道支撐設置完成后，第二、第三和第五道支撐受到的軸力明顯小于設計值，這說明基坑穩定性良好，支撐體系具有較大的安全儲備，有較大優化空間，可以通過優化支撐體系方案降低施工成本。

5 ?結束語

綜上所述，在市政基坑監測中，由于影響基坑穩定性的條件復雜，需要保證數據采集的精確性，傳輸的穩定性和分析的準確性。通過對基坑圍護結構側向位移、頂部沉降、軸力監測和地表沉降數據的分析，能夠科學的評估基坑的穩定性，為基坑施工提供參考。

參考文獻：

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