陳家偉 桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院

黃 宇 廣西建工集團智慧制造有限公司

潘 陽 桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院

趙佩瑩 桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院

黃振皓 桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院

韋居霖 桂林電子科技大學(xué)建筑與交通工程學(xué)院

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高層建筑的數(shù)量越來越多，對地基深度有著更高的要求，也催生出了大量深基坑工程。通常，深基坑工程主要位于城市交通擁擠地帶，施工環(huán)境較為復(fù)雜，若施工過程發(fā)生問題，必然會嚴重影響城市道路交通，甚至威脅人們的生命安全?；诖?，施工單位必須切實做好深基坑監(jiān)測工作，科學(xué)運用技術(shù)手段來確保支護結(jié)構(gòu)與附近建筑物的安全性和平穩(wěn)性。由于深基坑所處的位置比較特殊，且無法通視，傳統(tǒng)的基坑方法（導(dǎo)線測量法、測小角法、視準線法等）無法獲得精確和穩(wěn)定的監(jiān)測結(jié)果，存在基準不夠穩(wěn)定、精度不夠高等問題，因此，要想克服這些不足和問題，實現(xiàn)高質(zhì)量、高精度的基坑監(jiān)測，就需要充分利用自動化智能監(jiān)測技術(shù)[1]。

1 深基坑的概述

基坑主要指建設(shè)工程施工中結(jié)合勘察設(shè)計圖紙，在工程的基礎(chǔ)設(shè)計位置按基底標高和基礎(chǔ)平面尺寸向下開挖出新的地下空間。而深基坑主要指往下開挖的深度超過5 m，且地下室層數(shù)在3 層以上，或是往下開挖的深度未超過5 m，但基坑周圍的地質(zhì)條件比較復(fù)雜。深基坑工程具有很強的綜合性，不僅包括邊坡支護、土方挖運，還涉及基坑排水。正因為深基坑工程的復(fù)雜性，如要降低深基坑工程施工的危險系數(shù)，就必須借助專業(yè)的技術(shù)作為支撐。

深基坑工程普遍具有很大危險性，其主要原因為：深基坑的支護結(jié)構(gòu)均沒有進行固定，屬于臨時性結(jié)構(gòu)。在深基坑工程建設(shè)前，必須綜合考慮工程施工中支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，針對支護結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的不穩(wěn)定問題，提前制定應(yīng)急預(yù)案，并確保應(yīng)急措施的有效性與可行性。同時，由于深基坑工程的綜合性較強，因此，要求參與施工的人員必須充分掌握施工技術(shù)知識、土力學(xué)知識、測量勘探知識與結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，只有確保施工人員的專業(yè)性，才能夠保證工程的安全有序開展[2]。另外，深基坑工程還具備一定的環(huán)境效益，在基坑開挖過程中極易受到地下水、土體、周圍建筑等因素的影響，因此必須提前制訂行之有效的工程施工方案。

2 深基坑工程監(jiān)測的重要性

2.1 降低對周圍環(huán)境的影響

在深基坑工程開挖中，不僅要保證工程自身的安全，還要注重控制工程附近的地層移動，進而保護施工現(xiàn)場周圍環(huán)境。尤其是部分地層土質(zhì)比較差的區(qū)域，深基坑開挖施工往往會導(dǎo)致周圍土體出現(xiàn)明顯的形變，會在很大程度上影響基坑周圍的城市道路、管線、建筑物等的穩(wěn)定性，嚴重威脅居民的人身安全。而在城市中心地段開展深基坑開挖施工作業(yè)時，由于施工現(xiàn)場非常狹窄，深基坑施工現(xiàn)場周圍又存在很多建筑物、管線等，因此保護施工環(huán)境非常重要。若支護結(jié)構(gòu)被破壞，將會嚴重影響周圍建筑物和城市設(shè)施的安全性，且較大程度的變形會對周圍建筑物的安全性帶來一定的破壞。基于此，相較于對深基坑工程穩(wěn)定性的維護，保護深基坑工程施工現(xiàn)場周圍的管線和建筑物更加重要。另外，深基坑工程開挖時可能由于施工不當而造成施工現(xiàn)場地面下沉，致使道路、建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂問題，甚至?xí)?dǎo)致煤氣主管道發(fā)生折斷問題。為避免出現(xiàn)上述問題，施工單位必須借助有效的監(jiān)測技術(shù)手段，對可能影響施工現(xiàn)場周圍建筑物、管線等方面的因素進行明確，以便提前采取有效防范措施[3]。

2.2 減少土體變形情況

在深基坑工程開挖過程中，很可能會出現(xiàn)周圍地層移動、坑底隆起變形、圍護結(jié)構(gòu)位移等問題。在整體層面上，深基坑周圍地層移動情況主要體現(xiàn)為構(gòu)筑擋土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、基坑開挖不合理引發(fā)變形，深基坑工程開挖在本質(zhì)上屬于卸載負荷的過程，由于受到卸荷的影響，基坑底部土體會產(chǎn)生向上為主的位移，從而導(dǎo)致圍護墻體在兩側(cè)壓力差的作用下出現(xiàn)橫向水平位移。針對這些問題，施工單位必須切實做好深基坑工程監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

3 深基坑工程中自動化智能監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 自動化智能監(jiān)測技術(shù)的原理

自動化智能監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與成果發(fā)布3 個模塊構(gòu)成。由于深基坑工程施工的周期較長、施工難度較高，為確保整個工程的建設(shè)質(zhì)量，必須采用專業(yè)的技術(shù)手段，嚴格按照工程勘察設(shè)計圖紙進行施工?；谶@一情況，開展深基坑工程監(jiān)測顯得至關(guān)重要，不僅可以為施工人員提供正確的指導(dǎo)，還可以在最大程度上減少深基坑工程施工過程中可能發(fā)生的風(fēng)險。而深基坑工程自動化智能監(jiān)測系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與成果發(fā)布等功能相結(jié)合，借助高效能的檢測設(shè)備來實現(xiàn)對整個深基坑工程的動態(tài)監(jiān)測。

3.1.1 數(shù)據(jù)采集

在深基坑工程監(jiān)測工作中，可利用數(shù)據(jù)傳感器來收集各種與工程建設(shè)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，并利用無線電信號來迅速傳遞大量的工程施工信息，從而提高工程施工效率。相較于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測手段，自動化智能監(jiān)測手段的監(jiān)測效率更高，可實現(xiàn)全天候、持續(xù)性的監(jiān)測工作，并能及時反饋獲取的數(shù)據(jù)信息，一旦工程施工中出現(xiàn)問題，相關(guān)人員能夠在第一時間抵達問題發(fā)生現(xiàn)場，采取有效措施進行處理，以此來確保工程施工作業(yè)的順利開展[4]。

3.1.2 數(shù)據(jù)處理

借助自動化智能監(jiān)測技術(shù)不僅可以獲取大量的數(shù)據(jù)信息，還便于后續(xù)開展數(shù)據(jù)處理工作。數(shù)據(jù)處理主要涉及預(yù)處理與處理兩個環(huán)節(jié)，其中預(yù)處理工作能夠直接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進行，即待收集到多樣化的深基坑工程數(shù)據(jù)信息后，系統(tǒng)內(nèi)部能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)信息直接轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，并借助數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)信號進行二次傳輸，從而在數(shù)據(jù)處理中心對這些數(shù)據(jù)信號進行有效處理。深基坑工程處理主要是利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，前者負責(zé)數(shù)據(jù)信息的接收與分析，后者負責(zé)對這些數(shù)據(jù)信息進行更加個性化與針對性的處理。

3.1.3 成果發(fā)布

在完成數(shù)據(jù)處理后，需要對監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息進行綜合分析，將當前數(shù)據(jù)信息與歷史監(jiān)測中獲取的數(shù)據(jù)信息進行對比，然后結(jié)合對比結(jié)果，客觀、綜合地分析建筑結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，最終生成與建筑工程實際情況相符合的結(jié)構(gòu)安全報告，以便相關(guān)人員查看。

3.2 應(yīng)用要點

3.2.1 科學(xué)布設(shè)基準點

在深基坑工程監(jiān)測工作中，可在工程施工現(xiàn)場周圍區(qū)域合理布設(shè)基準點，通常需要設(shè)置5 個以上的全站儀，且基準點最好布設(shè)在對基坑邊坡變形影響較小的位置，以此更加全面地了解深基坑工程施工狀況，在最大限度上減少工程施工對周圍環(huán)境的影響，有效保障深基坑建設(shè)的安全性與可靠性。同時，針對基準點的布設(shè)，相關(guān)人員必須對工程施工現(xiàn)場進行全面勘察，尤其是對土體位移變化情況的勘察，還需實時監(jiān)測深基坑工程整個土體開挖中的土體位移變動狀況，精準地掌握基坑動態(tài)變化情況，從而更加科學(xué)、有效地設(shè)置基準點。

3.2.2 合理布設(shè)監(jiān)測點

深基坑工程中的支撐結(jié)構(gòu)和圍護墻承擔(dān)著一定的荷載，若在具體施工中發(fā)生具體支撐軸力和設(shè)計圖紙規(guī)范不一致的情況，必然會造成支護體系逐漸喪失穩(wěn)定性與安全性，給整個工程造成嚴重的危害。所以要想確保深基坑工程的安全有序開展，必須合理布設(shè)檢測點，且對軸力大小加以動態(tài)監(jiān)測，在支撐構(gòu)件處設(shè)置軸力監(jiān)測點。為減少深基坑開挖對周圍建筑物的影響，需要對這些建筑物進行監(jiān)測點布設(shè)工作，盡量選擇在視野開闊、清晰的區(qū)域進行布設(shè)，為達到全方位監(jiān)測的目的，可充分利用高低建筑物與角點等位置的優(yōu)勢[5]。同時，為提高基坑支護體系的安全性與可靠性，需要在圍護墻土體中施加一定大小的縱向荷載力，還要安裝應(yīng)力器，實現(xiàn)對軸力大小的實時監(jiān)測，通?？蛇x擇在混凝土支撐處安裝應(yīng)力器，確保焊接緊密，無任何縫隙。另外，為確保監(jiān)測點布設(shè)的有效性，須綜合考慮深基坑工程中基坑的監(jiān)測等級、設(shè)計參數(shù)特性、施工參數(shù)特點，尤其是基坑維護側(cè)邊中部、受力較大等位置，務(wù)必合理布置監(jiān)測點，并加強監(jiān)測工作。

3.2.3 布設(shè)監(jiān)測元器件

針對深基坑工程中監(jiān)測元器件的布設(shè)，具體包括以下幾點。一是嚴格監(jiān)測圍護體頂部水平位移情況。在基坑開挖過程中，可借助拉線式位移計對圍護體頂部的水平位移情況進行全面監(jiān)測。安裝該儀器時，應(yīng)注意在監(jiān)測位置砌兩個與基坑支護結(jié)構(gòu)頂部表面相平行的水泥墩，一端固定鋼絲端，另一端固定位移計本體，通過調(diào)節(jié)鋼絲長度來讀取相關(guān)數(shù)值，通常需將儀器拉伸到滿量程的1/2 左右。二是嚴格監(jiān)測深層水平位移情況。在深基坑工程的土體開挖過程中，往往由于圍護體兩側(cè)受力不均勻而產(chǎn)生壓力差，進而發(fā)生圍護體變形問題，對于這一問題的處理，可采用滑輪式固定測斜儀探頭對預(yù)先埋在圍護體內(nèi)部的測斜管變化情況進行測量。從而獲得圍護體不同深度上的水平位移情況。三是有效監(jiān)測支撐軸力。需在基坑維護結(jié)構(gòu)受力比較大的位置布設(shè)支撐軸力監(jiān)測點，將鋼筋計焊接到斷面位置，從而明確基坑維護結(jié)構(gòu)的支撐軸力。四是嚴格監(jiān)測四周建筑物的沉降與傾斜情況。在基坑土體開挖過程中，可能會影響基坑外一定范圍內(nèi)的建筑物，一旦這些建筑物出現(xiàn)較大的變形問題，必然會影響建筑物的正常、安全使用，因此，需在這些建筑物上安裝傾角儀、靜力水準儀，從而實現(xiàn)對建筑物傾斜與沉降的實時監(jiān)測。五是科學(xué)監(jiān)測裂縫問題。在基坑土體開挖前，需要對深基坑工程四周的建筑物、道路、管線等對象已存在的裂縫數(shù)量、分布位置進行詳細記錄，并利用裂縫計來測定這些裂縫的寬度、長度及走向，監(jiān)測標志必須具備可供量測的中心或是明晰斷面。六是無線網(wǎng)絡(luò)的合理運用?；谏罨幼詣踊悄鼙O(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測元器件進行有效聯(lián)通，可劃分成3 個層級，一級是由現(xiàn)場工作站內(nèi)的收發(fā)器與服務(wù)器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，二級是由分布在工作站與基坑之間的多個中繼器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，三級是由分布在基坑內(nèi)部每一個監(jiān)測點的采集器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。3 個層級之間分工明確，相輔相成，實現(xiàn)對監(jiān)測信息及時有效的收集、傳遞及處理。

3.2.4 自動化智能監(jiān)測平臺的運用

在深基坑工程監(jiān)測工作中，自動化智能監(jiān)測平臺可以對工程現(xiàn)場所有監(jiān)測元器件收集到的數(shù)據(jù)信息進行收集和匯總，然后借助相關(guān)軟件對這些數(shù)據(jù)信息進行處理、分析及預(yù)測，即利用該平臺所具備的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)篩選和變形數(shù)據(jù)計算等功能，實現(xiàn)對深基坑變形數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析與短時預(yù)測，能夠很好地滿足深基坑工程現(xiàn)場施工監(jiān)測的要求。針對變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析而言，可基于各個監(jiān)測點所獲得的數(shù)據(jù)變化趨勢情況生成測點數(shù)據(jù)趨勢圖，結(jié)合其規(guī)律走向，明確工程施工中是否存在施工風(fēng)險；可基于各個斷面監(jiān)測點所獲得的數(shù)據(jù)變化趨勢情況，生成對應(yīng)測點數(shù)據(jù)趨勢圖，根據(jù)其規(guī)律走向，明確不同測點趨勢走向的潛在的聯(lián)系，從而為后續(xù)工程監(jiān)管工作提供科學(xué)、有效地支撐。針對變形趨勢短期預(yù)測分析而言，需結(jié)合水文學(xué)、力學(xué)、地質(zhì)學(xué)等專業(yè)內(nèi)容，依托非線性科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、數(shù)學(xué)等理論知識，借助數(shù)字模型來模擬、展現(xiàn)深基坑變形體的動態(tài)特征和變形特征，并借助多元線性回歸方法等對深基坑變形數(shù)據(jù)進行短期預(yù)測，然后在此基礎(chǔ)上明確下一監(jiān)測時刻的預(yù)測值。

4 結(jié)語

深基坑變形監(jiān)測直接關(guān)系到深基坑工程施工的質(zhì)量，還會影響深基坑支護結(jié)構(gòu)及其四周建筑物的安全性、平穩(wěn)性。因而在深基坑工程施工過程中，施工單位必須高度重視深基坑變形監(jiān)測工作，積極運用自動化智能監(jiān)測技術(shù)來實現(xiàn)對整個工程施工的自動監(jiān)測、實時監(jiān)測，切實提高監(jiān)測結(jié)果的精準度和實效性，從而盡可能減少深基坑施工中發(fā)生變形的風(fēng)險，確保整個工程施工工作的安全、順利開展。