建筑深基坑監(jiān)測工程分析與探討

張鑫鋆 趙云剛 許德鮮

【摘要】深基坑檢測被廣泛應用于城市工程防御建設過程中，自動化監(jiān)測技術已有新的研究并且被應用于深基坑檢測中，需進行深刻的探究其是否可以準確應用在深基坑檢測的過程中。傳統(tǒng)人工監(jiān)測方法不僅時效性較差而且后期耗費大量資源，在實操的過程中也存在很大的安全隱患。而采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動且實時采集、傳輸、報警，能夠更好地防范風險、保障安全。使自動化監(jiān)測系統(tǒng)能夠在深基坑監(jiān)測中得到實施和運用，能夠隨時掌握基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的異常突變發(fā)生預警時，能夠使施工單位第一時間組織專家及時對基坑安全情況進行分析研判，采取措施，防止事態(tài)擴大。

【關鍵詞】建筑;深基坑;監(jiān)測 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

對于深基坑工程來說，深基坑施工監(jiān)測就像是一雙眼睛，時刻對深基坑工程的實施進行著必要的指導。過去，在深基坑施工的過程中，常常采用人工監(jiān)測的方式，這種方式除了需要耗費較大的人力和時間成本之外，在信息的反饋上也存在著不及時的問題，并且由于受到人的限制，對于基坑支護體系的形變與力變等沒有辦法保障監(jiān)測的連續(xù)性。在采用自動化的深基坑工程監(jiān)測手段之后，信息的反饋速度可以實現(xiàn)大幅度的提升，并且監(jiān)測過程中所受到的通視條件制約以及氣象環(huán)境制約等限制也有了明顯的降低。

1、深基坑工程監(jiān)控流程

1.1布設基坑監(jiān)測測量點

監(jiān)測的測量點位置應根據(jù)工程確定，并應根據(jù)基坑開挖引起的應力區(qū)域分布變化和施工經(jīng)驗確定。放置在合適的位置，以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)可以反映基坑變形和應力狀態(tài)的變化，以及對外部環(huán)境的影響程度。開挖前，應在不同的開挖段建立監(jiān)測點，同時需要了解基坑的強度，及時反饋基坑的穩(wěn)定性。

1.2工程應用

根據(jù)工程設計要求，在基坑周圍安裝了測斜儀和墻體位移監(jiān)測點。配備鋼筋混凝土應變片和鋼筋軸向力，并安裝壓力監(jiān)測儀。在埋入測斜管的過程中，將預先組裝就位，然后連接并固定到鋼籠上。校正導向槽的方向，以確保導向槽垂直于或平行邊緣，需要導向槽與鋼架一起放置。在澆筑混凝土前，在管道底部涂上一層清水，以防止測斜管在澆筑過程中漂浮，并防止水泥砂漿流入管道。鍍鋅鋼管用于覆蓋管的上部儀表，焊接到鋼籠上并封閉，以確保管的口部不被損壞，用水泥砂漿填充測斜儀管。支撐軸力監(jiān)控的是了解基坑開挖中支撐軸力的狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)，并評估與支撐套管位移有關的結(jié)構(gòu)的安全性，通過測量軸向力來測量支撐。通過頻率測量來測量鋼筋流量計的頻率，根據(jù)所測量的頻率來校準曲線，測量數(shù)據(jù)是軸向力值，根據(jù)鋼筋的直徑計算鋼筋張力。隔板的每個觀察點都放置在上推力梁上，基準點需要設置在基坑深度距離的3倍范圍之外。

1.3報警值監(jiān)控

報警值在深基坑監(jiān)測中非常重要，一般需要根據(jù)深基坑的支護和現(xiàn)場的環(huán)境確定預警值。基礎軸支撐的位移、應力條件和環(huán)境沉降等一般變化。警告值需要考慮建筑安全，還要考慮建筑經(jīng)濟。如果警告值太嚴格，將影響施工進度，并且較低的警告值也將威脅支撐的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的安全性。警告值的設置應根據(jù)基礎軸支撐的計算確定警報值。對于地下管道和其他特殊保護的裝置，應需要設置合理范圍內(nèi)的警告值。根據(jù)主管部門的設計要求進行調(diào)整，并根據(jù)建筑物的變形承載力，檢查預警值的標準范圍，壓根符合當前的施工要求。根據(jù)上述原則，應根據(jù)施工確定監(jiān)測頻率，在開挖期間應每天監(jiān)測一次，如果監(jiān)控超過預警值，則需要進行深入監(jiān)控。如果有發(fā)生事故的跡象，則進行持續(xù)監(jiān)控，并且及時采取緊急預防措施。為確保基坑施工的安全性，應加強基坑監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給相關的施工設計人員，根據(jù)施工要求確定預警值。

2、自動化監(jiān)測相關概述

2.1自動化檢測的原則

2.1.1及時反饋原則

通過自動檢測，做到對基坑支護進行24h連續(xù)性監(jiān)測，并將監(jiān)測到的結(jié)果在第一時間反饋給施工人員和深基坑項目的管理人員，以便基坑支護問題的盡早發(fā)現(xiàn)與及時解決，使問題應對措施的實效性得到保障。

2.1.2測點相關性原則

在布置自動監(jiān)測點的時候，要避免將監(jiān)測點布置在不同的斷面內(nèi)，最好是將監(jiān)測點全部布置在相同的斷面之中。如果實際施工情況只能夠?qū)⒈O(jiān)測點進行分面布置，那么就需要盡可能將監(jiān)測點布置在較為接近的斷面之中，這樣通過監(jiān)測點采集到的數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準確性會更高。

2.1.3技術性與經(jīng)濟性原則

自動監(jiān)測需要以滿足日常監(jiān)測的正常運行為基礎，當基本的要求能夠被滿足之后，自動化監(jiān)測設備的造價和后期的維護投入應該盡可能被控制，避免成本過高。所選取的自動監(jiān)測的監(jiān)測點不可以對附近的環(huán)境產(chǎn)生消極的影響，與此同時要做到對水文地質(zhì)和施工要求的滿足。

2.1.4自動化原則

傳統(tǒng)的人工監(jiān)測方式經(jīng)常會在基坑支護的監(jiān)測中暴露出問題，基坑支護的形變情況如果只是依靠肉眼或者是一般的儀器去進行監(jiān)控，那么所得到的監(jiān)控結(jié)果將是不準確的。所以，采用一套完整并且能夠進行高速自動化運轉(zhuǎn)的檢測設備來對深基坑的支護結(jié)構(gòu)情況進行實時監(jiān)控是非常有必要的。

2.2自動監(jiān)測的原理

2.2.1數(shù)據(jù)收集層級

數(shù)據(jù)的采集工作由數(shù)據(jù)傳感器來負責完成，并且在收集與處理數(shù)據(jù)的過程中，將層級建立起來。數(shù)據(jù)傳感器除了需要采集數(shù)據(jù)之外，還需要將數(shù)據(jù)利用無線電信號傳送到數(shù)據(jù)收集器，當數(shù)據(jù)到達數(shù)據(jù)收集器之后，再使用計算機技術對所有的數(shù)據(jù)集中進行分析處理。

2.2.2數(shù)據(jù)預處理和傳輸層級

對于所采集到的數(shù)據(jù)首先需要經(jīng)過預處理，而預處理的步驟一般是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中就已經(jīng)完成的。傳感器將數(shù)據(jù)采集到之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的形式，然后再利用數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，把處理過的數(shù)字信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進一步處理。

2.2.3數(shù)據(jù)處理層級

整個數(shù)據(jù)處理工作的工作量是龐大的，除了數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之外，控制系統(tǒng)也會參與數(shù)據(jù)的處理工作。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在對各級傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進行接收與分析之后，會對整個系統(tǒng)的運行采取控制，并依據(jù)傳感器所反映出來的數(shù)據(jù)，有目的的對整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)做到更新和管理。

2.2.4結(jié)構(gòu)安全評定層級

關于整個結(jié)構(gòu)的安全評定，全部是由安全評定系統(tǒng)來完成的。系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的最終分析結(jié)果自動生成。在對監(jiān)測的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)進行全面分析、對現(xiàn)下收集到的數(shù)據(jù)與歷史監(jiān)測過程中收集到的數(shù)據(jù)進行對比之后，綜合性地對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性做到客觀分析，最終生成與建筑實情相吻合的結(jié)構(gòu)安全報告。

3、深基坑工程自動化監(jiān)測技術應用分析

3.1布設自動化監(jiān)測基準點

由于該深基坑的施工中主要采用的是全站儀等自動化監(jiān)測技術，因此應首先進行后視基準點的布設。基準點應設置于深基坑邊坡不受變形影響的位置，基準點的數(shù)量應為3個。完成基準點的布設后，在深基坑工程的施工過程中應按照每周一次的頻率定期對其位置的準確性進行復核，避免基準點出現(xiàn)位移等問題，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

3.2布設自動化監(jiān)測監(jiān)測點

3.2.1布設土體位移監(jiān)測點要點

在布設土體位移情況監(jiān)測點時，應選擇強度較高的PVC管作為測斜管，并將其打入土體內(nèi)，測斜管上都應比測斜孔略長，且應將測斜管端口密封，以避免有雜物進入管內(nèi)。在測斜孔內(nèi)安裝傳感設備時應用鋼管連接傳感設備，且其一端應采用剛性連接方式，而在另一端則應設置萬向節(jié)。完成測斜管的布設后，還應黃沙等將其覆蓋，以避免其被移動。

3.2.2布設支撐軸力監(jiān)測點要點

在布設軸力監(jiān)測點時應根據(jù)監(jiān)測對象的不同采用相應的布設方法。在鋼筋混凝土支撐結(jié)構(gòu)上布設監(jiān)測點時應在鋼筋構(gòu)架四角主筋分別設置鋼筋應力計，且其方向應平行于支撐方向。安裝時應采用焊接方式。在焊接時應用濕毛巾等對應力計進行包裹，以防止傳感設備受損。在布設監(jiān)測鋼管支撐軸力的相關監(jiān)測點時，可以在鋼支撐中設置監(jiān)測點，并在鋼支撐結(jié)構(gòu)的截面兩側(cè)分別安裝表面應變計等測量儀器。安裝時應采用焊接工藝將其固定牢固，且應平行于支撐方向，應變計和鋼支撐結(jié)構(gòu)間應無間隙存在。

3.3布設自動監(jiān)測儀器設備要點

在安裝全站儀時應確保其基礎穩(wěn)定，并要進行鋼筋籠的制作，且在鋼筋籠上應焊接螺桿。在安裝立桿時應將底部法蘭盤緊密連接在基礎結(jié)構(gòu)上，并在立桿頂部設置全站儀。同時應為全站儀設置保護箱等防護設施，以避免全站儀受到降水以及灰塵等因素的影響。在該深基坑工程的自動化監(jiān)測中還采用了自動化測斜技術。在安裝測斜儀時應通過桿件箱測斜孔內(nèi)下入自動測斜儀，并在測斜孔附件設置設備箱，以便于施測。

3.4自動監(jiān)測技術設備應用方法分析

3.4.1監(jiān)測深基坑位移方法

在該深基坑的自動化監(jiān)測中利用全站儀以及自動化應變計、測斜儀以及鋼筋計等設備進行監(jiān)控測量。在對深基坑工程垂直以及水平方向上的位移情況進行監(jiān)測時可以根據(jù)實際情況采用三角高程法或者極坐標法。以后視基準點為基礎，對測站坐標進行后交會修正測量，并采用溫度補償方式對測距精度進行修正，并通過雙盤位方法對軸系誤差進行消除處理，以確保測量精度符合監(jiān)測要求。

3.4.2深基坑土體測斜方法

在對深基坑工程土體進行測斜時，應按照從下到上的順序安裝傳感設備，以準確測定被測目標偏角值。各測斜管首次測量中所采集的測量數(shù)據(jù)為該測點初始值，將其與深基坑施工過程中所采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比，其差值即為水平位移累計值。

3.4.3監(jiān)測深基坑支撐軸力方法

在監(jiān)測深基坑工程支撐軸力時，應首先復核傳感設備在無受力狀態(tài)下的頻率值，并與標定頻率進行對比，以確保其測量精度符合測量要求。監(jiān)測時應對初始值進行2次測回測定，且初始值應取2次測回讀數(shù)的平均值。在后續(xù)深基坑工程的施工過程中應進行日常動態(tài)監(jiān)測，并以初始值為基礎進行差值計算，以準確掌握深基坑工程支撐軸力變化情況，保證深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

結(jié)語：

深基坑工程是很多工程項目建設中的重要施工內(nèi)容，為保證深基坑工程施工質(zhì)量以及施工安全，施工單位應加強對自動化監(jiān)測技術的研究，并積極應用先進的自動化監(jiān)測儀器設備，對深基坑施工的全過程進行全方位的動態(tài)監(jiān)測，以準確掌握深基坑狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，并為深基坑施工管理以及質(zhì)量控制提供可靠的參考依據(jù)，從而為深基坑工程施工的順利實施提供技術支撐，并推動我國建筑行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

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