基于某地塊基坑工程自動化監(jiān)測的應用研究

陳邦孟

（浙江城鄉(xiāng)工程研究有限公司，浙江 杭州）

1 工程概況

某地塊位于浙江省杭州市臨平區(qū)南苑街道，寶幢路以北，華清山莊（南華苑）以西，安平路以南，規(guī)劃道路以東。本項目總用地面積16 821.00 m2，總建筑面積41 287.00 m2，其中地上建筑面積21 867.30 m2，地下建筑面積19 420.00 m2。主要由9 幢多層層住宅組成，下設1 層地下室。

2 基坑監(jiān)測的內(nèi)容

檢測監(jiān)測內(nèi)容，見表1，在此基礎上，在整個施工期間，將對該基坑進行巡查。

表1

（1） 巡視檢查的內(nèi)容。①支護結(jié)構(gòu)：成形后的支護結(jié)構(gòu)；有沒有發(fā)生冠梁、圍檁、支撐的裂縫；支撐有無大的變形；防水帷幕是否有裂縫、滲漏；護坡后的土壤是否有裂縫、塌陷和滑動；有無涌土、流砂、管涌的基坑。②施工條件：開挖后裸露的土壤和土體調(diào)查報告是否存在差別；開挖分層高度、開挖分段長度與設計條件是否一致，有無超挖、超長開挖；基坑施工現(xiàn)場地表水和地下水排放情況及基坑排水設施的運行情況；基坑周邊的地面堆積物有無超載現(xiàn)象。③周邊：管道是否有滲漏，電纜是否損壞；相鄰的基坑和建筑結(jié)構(gòu)的施工條件；基坑周圍的建筑、設施、道路和地面是否存在裂縫。④監(jiān)控設備：基準點、測點是否有損壞；是否存在妨礙觀察作業(yè)的障礙；監(jiān)控單元的防護狀況。

（2） 巡視檢查方法、記錄和頻率。以目測為主，輔以錘、釬、尺、放大鏡等工具，配合攝影機進行。每一次視察都要面對自然環(huán)境（雨水、溫度、水位等）、基坑施工進行詳細的檢查記錄。如果出現(xiàn)任何不正常的情況，要立即向有關的人員通知，包括施工、監(jiān)理。對施工現(xiàn)場的巡查記錄進行及時的整理，并對當天的觀測資料進行綜合分析，從而對基坑施工狀況進行了全面的評估。

3 自動化監(jiān)測部分系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 自動監(jiān)測深層水平位移自動監(jiān)測

3.1.1 量測儀器

監(jiān)測儀器采用GZ603005 型全自動測斜機器人以及配套PVC 測斜管。

3.1.2 埋設測斜管

測斜管應在開挖1 個星期之前進行，其埋設應滿足以下規(guī)定：①埋設前應檢查測斜管的質(zhì)量，測斜管埋設時保證上下管段的導向槽彼此對齊，并進行密封處理，并保證管嘴的封堵；在采用較低的管端作位移參考時，應確保測斜管在2～3 m 的范圍內(nèi)；測斜管道與井眼的孔隙必須進行充分的充填；②在埋設過程中，測斜管道必須垂直且不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，一套導向槽的方向必須與要求的測量方向相符合。本監(jiān)控項目中測斜管道的埋設采用了捆綁埋法。

綁扎埋設要領：采用直接綁扎或抱箍等方式將測斜鋼管緊固于錨桿的鋼筋籠內(nèi)，然后進入孔洞后，再進行水下混凝土澆筑，并與施工現(xiàn)場的工作人員配合，做好防護工作。為克服地下水的浮力和液體混凝土的沖擊，測斜管道的綁扎和固定應非常牢固，否則很容易從鋼筋籠中脫落，見圖1。

圖1 測斜管綁扎埋設示意圖

3.1.3 量測方法

將探測器的信號插頭按插槽對齊插入儀表面板，開啟電源，使探測器豎直時，即可顯示出初始數(shù)值。本裝置的初值為0，探針沿著滑輪的方向左右搖擺，則顯示的數(shù)值在初始值左右上下起伏，而探針站在原地不動時，則表示儀表工作正常。將探針裝置的高導向輪朝向基坑的方向為正，將此方向與基坑的位移方向一致，然后沿溝槽管道下行，每隔0.5 m 讀出一個數(shù)值。每根線都標有0.5 m（根據(jù)客戶要求或設計數(shù)據(jù)的要求）。

3.1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

首先，應設置參考點，通常在測斜管道的底部設置圍護樁和樁身的變形。在受試樁發(fā)生變形時，測斜管軸會發(fā)生偏移，采用測斜儀對測斜管軸上各節(jié)段的傾斜角度進行測量，從而得出其水平位移。參考點0，（X0、Y0）作為坐標，用以下兩個公式來確定測斜管軸上的各個測點的平面坐標：

3.2 自動監(jiān)測支撐內(nèi)力

在支撐鋼筋籠的綁扎過程中，將鋼筋應力儀與預設的受力主筋串聯(lián)焊在一起，經(jīng)編號后將其捆綁在鋼筋籠上，由傳感器引出的測量線應有一定的長度，不得在其間留有接頭。當使用特殊場合時，必須采取有效的防滲措施。在鋼筋籠的焊接過程中，應用防水麻袋覆蓋測量電纜。混凝土澆筑完成后，應及時對鋼筋應力進行重新測量，并進行編號檢查。

3.3 自動監(jiān)測地下水位

（1） 地下水位觀測儀器使用水位計進行觀測。

（2） 地下水位觀測孔的布設充分利用設計方案的地下水位監(jiān)測井做地下水位監(jiān)測點，共計9 眼觀測井。

（3） 地下水位觀測。地下水位觀測設備采用水位計，觀測精度為1 cm，當測量的壓力載荷作用于滲透計時，會使彈性膜片發(fā)生變形，使其發(fā)生變形，使之變?yōu)橄蚁驊Φ淖兓?，使之發(fā)生變化。利用電磁線圈對弦線進行振蕩，并對其進行了頻率測量，通過電纜將頻率信號傳送到讀數(shù)器上，就可以得到水壓的數(shù)值。并能實現(xiàn)對埋設點溫度的同步測量。

（4） 地下水位計算。在工程開始之前，先用水位計測量初始水位H0，然后在施工期間測量高程為Hn，那么，高差△H=Hn-H0就是地下水位的變化。

a.在外部溫度不變的情況下，滲壓計只經(jīng)受滲透（孔隙）的水壓，它的壓力值P 和輸出的頻率模數(shù)△F呈現(xiàn)以下的線性關系：

式中，k－滲壓計的測量靈敏度，單位為KPa/F；△F－滲壓計參考值與實時測定值的變化，以F 為單位；F－滲壓計的實時測定值，用F 為單位表示；F0－滲壓計的基準值，單位為F。

b.作為滲壓計（孔隙）水壓力不變時，當溫度升高△T 時，滲壓計具有僅由溫度變化引起的輸出量△F′，因此計算時應予以扣除。

并將所有傳感器按照一定次序接入MCU 自動采集單元，最后通過GPRS 或有線方式將數(shù)據(jù)傳回服務器。

4 監(jiān)測方法

4.1 地表水平位移監(jiān)測

本基坑工程項目的水平位移監(jiān)測擬采用坐標法，直接利用全站儀測量出坐標。通過每次觀測的坐標變化量來反映監(jiān)測點的平面位移量。由于現(xiàn)場條件限制，工作基點位置均選擇在基坑圍擋內(nèi)，注意避開障礙物遮擋，少數(shù)通視方向遇圍擋遮擋時，臨時拆除圍擋遮擋部分進行觀測，觀測后恢復圍擋拆除部分。

4.2 地表豎向位移監(jiān)測

水準線路附合或閉合于最近的高程基準點或工作基點。觀測時選取穩(wěn)定性較好的沉降點作為線路基點，其余監(jiān)測點采用中絲法直接測定。水準觀測使用電子水準儀和配套銦鋼條碼尺。

4.3 周邊建（構(gòu)）筑物監(jiān)測點位布設

建筑物的沉降監(jiān)測觀測方法、采用的儀器、觀測精度及計算方式與支護結(jié)構(gòu)頂部的沉降監(jiān)測相同。

5 基準點的檢測及復測

5.1 監(jiān)測點的設置和防護

在施工過程中，應按照交通導改、管線遷移、圍護結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖和回填等不同的施工階段進行布點布置，并對布點圖進行實時更新，使之與實際相符。監(jiān)測過程中須每期檢測，定期復測，并符合下列要求。參考點的復測周期要根據(jù)其所處位置的穩(wěn)定性來決定，而在建筑項目中，一月份進行一次復測。在某一測試中，如果出現(xiàn)了參考點的變化，則要及時進行重新測試。在某一時期的變形測量中，大部分的觀測結(jié)果都是不正常的，必須馬上進行重新測試。

5.2 基準點穩(wěn)定性分析

在第一階段的基準測量和每次重復測試之后，都要對各個階段的基準點進行數(shù)據(jù)處理，得到各個階段的平面坐標和高程。對于兩個階段或更高階段的變形，必須在實測數(shù)據(jù)的基礎上，對其進行穩(wěn)定性檢查和分析。在基準點網(wǎng)重新測量后，對各參考點進行兩組合并，并計算本期調(diào)整后的高差與上一次調(diào)整后的高差數(shù)據(jù)之間的差值。如果所有的高差值都不超過以下公式的極限，則所有的參考點都是穩(wěn)定的：

式中，δ－高差限差值（mm）；-相應精度水平下的高差中的誤差（mm），二等高程為0.5mm，平面為3.0mm；n-兩個基準點之間的觀測測站數(shù)。當有差值超過限差時，應通過分析判斷找出不穩(wěn)定的點。

不穩(wěn)定參考點的處理應遵循以下的規(guī)定：對其進行實地測量和分析，如果認為它不適合作為參考，則必須放棄，并適時地補充新的參考。對不穩(wěn)定基準點所涉及的各個階段的變形觀測結(jié)果進行檢驗，排除了不穩(wěn)定參考值的影響，對其進行再處理。對處理的結(jié)果與工程委托人進行及時的交流，并將其詳細的記錄在變形測量的技術報告中。

6 監(jiān)測結(jié)果的分析及信息反饋

現(xiàn)場測量所取得的原始數(shù)據(jù)，不可避免地會具有一定的離散性，在現(xiàn)場取得原始數(shù)據(jù)后，必須對其進行分析和處理[1-2]。通過分析對比各種量測數(shù)據(jù)，可以確定量測數(shù)據(jù)的可靠性[3]；此外，運用比較法、繪圖法、數(shù)學和物理模型等方法，對各個監(jiān)測物理量值的大小、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢進行了分析，從而為工程的安全狀況和對策提供科學依據(jù)。在收集到充分數(shù)據(jù)后，還要依據(jù)散點圖數(shù)據(jù)的分布情況，選取適當?shù)膮?shù)，對觀測數(shù)據(jù)進行回歸分析，從而預測最大位移值，并對結(jié)構(gòu)、建筑物的安全進行預報，從而達到預防事故發(fā)生的目的。常用的回歸函數(shù)有：對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和雙曲函數(shù)。此外，還可以利用內(nèi)插法，根據(jù)實際觀測資料，利用函數(shù)逼近法，得到與測量定律相符但未經(jīng)實際觀測的資料。監(jiān)測資料整理與成果分析，采用軟件分析，對沉降、水平位移、地下水位、深層土體、軸力等進行資料整理與分析，直接制圖打印。