1 引言

在建筑行業(yè)飛速發(fā)展進(jìn)程中，深基坑工程不斷涌現(xiàn)。 工程監(jiān)測是深基坑工程建設(shè)至關(guān)重要的一環(huán)， 涵蓋監(jiān)控點(diǎn)高程測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移測量、平面位移測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外土壓力測量。 繁多的監(jiān)測項(xiàng)目對工程測量提出了較高的要求，因此，研究工程測量在深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

2 工程測量在深基坑監(jiān)測中應(yīng)用的原則

2.1 高精度

普通工程監(jiān)測中，誤差限值在數(shù)毫米左右，如60 m 以下建筑物測定高程誤差限值為2.5 mm。 而深基坑監(jiān)測環(huán)境變形速率需要低于0.1 mm/d。 基于此， 監(jiān)測人員應(yīng)貫徹高精度原則，利用特殊高精度儀器代替普通測量儀器，適應(yīng)深基坑監(jiān)測環(huán)境變形速度。

2.2 高頻率

普通工程監(jiān)測無顯著時(shí)間效應(yīng)。 而深基坑監(jiān)測需要與開挖、降水相配合，時(shí)間效應(yīng)較為突出。 因此，監(jiān)測人員應(yīng)貫徹高頻率原則，依據(jù)1 次/d 及以上的頻率進(jìn)行檢測，獲得若干測量結(jié)果，并對測量結(jié)果動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行初步評估，滿足全天候作業(yè)要求。

2.3 等精度

普通工程監(jiān)測通常要求測量絕對值， 而深基坑監(jiān)測多要求測量相對變化值， 如基坑邊壁變化中邊壁相對于基準(zhǔn)位置變化。 因此，監(jiān)測人員應(yīng)貫徹等精度原則，在不考慮前后視距偏差的前提下，保證每次測量儀器、位置、人員一致。

3 深基坑監(jiān)測常見的問題分析

3.1 監(jiān)測效率低

傳統(tǒng)深基坑監(jiān)測中，因技術(shù)方面的限制，監(jiān)測效率較低，需要布設(shè)大量監(jiān)測點(diǎn)并埋設(shè)大量傳感器，監(jiān)測點(diǎn)易損壞，無法保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)獲得。 加之傳統(tǒng)檢測技術(shù)為點(diǎn)式數(shù)據(jù)采集，無法精準(zhǔn)獲得復(fù)雜三維空間數(shù)據(jù)，不僅影響了工程監(jiān)測信息的有效應(yīng)用，而且對深基坑建設(shè)帶來了較大誤差風(fēng)險(xiǎn)，埋下了深基坑建設(shè)隱患[1]。

3.2 監(jiān)測方案不合理

在深基坑監(jiān)測時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)位置、監(jiān)測頻次對監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性具有直接影響。 但是， 深基坑監(jiān)測點(diǎn)位置與頻次受施工環(huán)境、施工技術(shù)等多重因素影響。 若無法根據(jù)實(shí)際情況合理確定深基坑監(jiān)測點(diǎn)位置、監(jiān)測頻次，將導(dǎo)致深基坑位移、變形監(jiān)測數(shù)據(jù)與真實(shí)情況出現(xiàn)偏差，影響深基坑工程的順利推進(jìn)。

3.3 數(shù)據(jù)噪聲多

深基坑監(jiān)測環(huán)境高度復(fù)雜。 受多種因素干擾，深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)內(nèi)含有真實(shí)變形信息與噪聲， 特別是深基坑施工過程中的變形監(jiān)測， 在工程施工狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中包含較多的信息誤差。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法無法對深基坑原始信號進(jìn)行有效分頻，也無法滿足尺度不同時(shí)的粗差與噪聲分離要求，且噪聲去除后信號曲線光滑性不佳， 無法反映深基坑周邊土體變形規(guī)律，對深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用造成了較大的不利影響。

4 工程測量在深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用策略

4.1 優(yōu)化自動(dòng)化測量技術(shù)

自動(dòng)化測量技術(shù)是現(xiàn)代工程測量的代表，3D 激光掃描可以非接觸的形式在短時(shí)間內(nèi)獲得深基坑工程的精準(zhǔn)高密度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，覆蓋空間多個(gè)維度，確保深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)采集完整性[2]。3D 激光掃描本質(zhì)上是利用激光測距原理，在記錄被測工程表面海量密集點(diǎn)三維坐標(biāo)、反射率等信息的基礎(chǔ)上，完整采集大實(shí)體（或?qū)嵕埃┤S數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步處理后，在短時(shí)間內(nèi)復(fù)建被測工程三維模型（含線、面、體圖件數(shù)據(jù)）。 三維激光掃描系統(tǒng)的主要構(gòu)件為支架、三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)配套軟件、電源供應(yīng)系統(tǒng)等。 比如，選擇配備高精度電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）攝像機(jī)的FocusS350三維激光掃描儀，在不考慮監(jiān)測環(huán)境光照條件的情況下，借助97 萬像素點(diǎn)/s 的掃描操作，連續(xù)測量，在獲得區(qū)域范圍內(nèi)面數(shù)據(jù)的同時(shí)，整合高精度點(diǎn)云、真實(shí)色彩，為深基坑區(qū)域狀況定義提供依據(jù)。 一般三維激光掃描技術(shù)在每站測量時(shí)間小于5 min，每一斷面測點(diǎn)數(shù)量超過200 個(gè)，每站測量斷面?zhèn)€數(shù)大于10 個(gè)（按15 m/ 站計(jì)算），斷面測量間隔大于1 cm。

在三維激光掃描監(jiān)測深基坑過程中， 監(jiān)測人員首先應(yīng)對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行踏勘，根據(jù)深基坑設(shè)計(jì)平面圖、現(xiàn)場實(shí)際情況，明確監(jiān)測點(diǎn)分布、測站分布以及標(biāo)靶分布具體位置。 其次，根據(jù)深基坑空間尺寸自由架設(shè)站點(diǎn)， 以便最大限度地獲取深基坑工程所在地理環(huán)境的影像數(shù)據(jù)信息。 并將監(jiān)測點(diǎn)強(qiáng)制對中后按規(guī)定放置標(biāo)靶、棱鏡。 同時(shí)，為保證標(biāo)靶測量精度，監(jiān)測人員可以在現(xiàn)場設(shè)置5 個(gè)控制點(diǎn)，借助測角精度達(dá)±0.5″、測距精度達(dá)0.6 mm＋10-6D（D 為全站儀實(shí)際測量的距離，km）的全站儀，進(jìn)行標(biāo)靶中心坐標(biāo)精準(zhǔn)測量，獲取三維點(diǎn)云高程、絕對坐標(biāo)。 一般相鄰測站之間應(yīng)可見3 個(gè)及以上標(biāo)靶，以便在三維激光掃描時(shí)同步掃描標(biāo)靶， 為數(shù)據(jù)后處理拼接2 個(gè)站點(diǎn)提供依據(jù)。 再次，設(shè)定超高分辨度局部掃描標(biāo)靶，經(jīng)中間分辨率掃描深基坑側(cè)壁，每一個(gè)測站掃描時(shí)間在8 min 左右，輸出帶三維坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。 需要注意的是，三維激光掃描應(yīng)從多個(gè)位置著手，確保每一次掃描數(shù)據(jù)均處于局部坐標(biāo)系內(nèi)，且相鄰測站標(biāo)靶數(shù)據(jù)匹配。 最后，輸出數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SCENE 后處理軟件過濾點(diǎn)云。 降低點(diǎn)云密度后， 借助2 個(gè)標(biāo)靶進(jìn)行點(diǎn)云拼接，剩余的1 個(gè)標(biāo)靶則作為多余觀測，為點(diǎn)云拼接精度提高提供依據(jù)。

4.2 合理策劃測量方案

深基坑工程測量期間，需要覆蓋水平位移、內(nèi)外孔隙水壓力、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等。

在深基坑水平位移監(jiān)測時(shí)， 測量人員應(yīng)在深基坑內(nèi)挖設(shè)并固定水平基準(zhǔn)點(diǎn)位置，其深度超出深基坑深度的3 倍，避開凍脹、低洼積水、濕陷、漲縮等地質(zhì)，提高水平位移監(jiān)測精準(zhǔn)度。 水平位移本質(zhì)上是深基坑土體壓力對側(cè)壁造成壓力作用結(jié)果， 隨著深基坑土方的開挖、 時(shí)間推移而持續(xù)增長。 根據(jù)GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對于一級基坑，當(dāng)前開挖深度小于15 m 但大于10 m 時(shí)，每天監(jiān)測1 次；在當(dāng)前開挖深度大于15 m 時(shí)，每天監(jiān)測2 次。 對于二級基坑或三級基坑，適當(dāng)調(diào)低監(jiān)測頻率。

在深基坑內(nèi)外孔隙水壓力監(jiān)測時(shí)， 測量人員應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)環(huán)境、作業(yè)條件，在水壓力變化范圍內(nèi)分土層布置孔隙水壓力監(jiān)測點(diǎn)， 控制豎向相鄰監(jiān)測點(diǎn)之間距離在4 m 以上5 m以內(nèi)。 平面上，則沿著應(yīng)力變化最大方向，結(jié)合周邊環(huán)境特點(diǎn)布設(shè)， 監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量超過3 個(gè)， 埋設(shè)同一高程測點(diǎn)高度差距在0.5 m 以內(nèi)。 對于傳感器埋深淺、土層松軟且單孔對應(yīng)單一傳感器的工程，利用壓入法，人工開挖（0.75±0.25）m 深探坑，在配套預(yù)壓架內(nèi)裝填孔隙水壓力傳感器，連接預(yù)壓架、鉆桿最底端，鐵絲綁扎傳感器上端，將第一節(jié)鉆桿、預(yù)壓架放入探坑護(hù)筒并從槽口引出數(shù)據(jù)傳輸線，利用鉆機(jī)緩慢、均勻下壓鉆桿并下放鐵絲、 數(shù)據(jù)傳輸線， 以便隨時(shí)測度深基坑內(nèi)外孔隙水壓力。 進(jìn)而接長鉆桿至設(shè)計(jì)深度；對于傳感器埋深大、單孔對應(yīng)若干傳感器的深基坑工程，利用鉆孔法機(jī)械鉆探監(jiān)測孔，下放前期傳感器，下放深度與設(shè)計(jì)埋深相同。 進(jìn)入孔底后，將透水材料（粒徑小于10 mm 的潔凈碎石）回填（0.8 m±0.2 m），進(jìn)而將封堵材料回填（0.75 m±0.25 m）到設(shè)計(jì)深度，按照同樣的方法下放第二個(gè)傳感器并回填透水料、 封堵料。 進(jìn)而讀取傳感器，按照廠家提供的傳感器受力公式、標(biāo)定系數(shù)求解深基坑內(nèi)外孔隙水壓力值。

在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測時(shí)， 測量人員應(yīng)同步設(shè)置深基坑圍護(hù)欄監(jiān)測點(diǎn)、灌梁澆筑振搗工序。 在深基坑混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)澆筑振搗3 h 后放置金屬標(biāo)理器并促使其超出混凝土面5cm 及以上，確保結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測目標(biāo)順利達(dá)成。根據(jù)GB50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，對于一級基坑，在開挖深度大于10 m 時(shí)，底板澆筑后7 d，每天監(jiān)測2 次；底板澆筑后7～14 d，每天監(jiān)測1 次；底板澆筑后14～28 d，每2 d 監(jiān)測1 次；底板澆筑后28 d 以上，每3 d 監(jiān)測1 次。 若深基坑工程等級下降，監(jiān)測頻率則根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)低。

4.3 科學(xué)處理測量數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理就是將工程測量數(shù)據(jù)中涵蓋的真實(shí)信息、 誤差數(shù)據(jù)分離，促使最終輸出結(jié)論與歷史規(guī)律相符，提高深基坑動(dòng)態(tài)發(fā)展預(yù)測精準(zhǔn)度。 根據(jù)深基坑工程大深度、大跨度特點(diǎn)，利小波分析法， 依據(jù)粗→細(xì)的順序進(jìn)行深基坑工程變形信號觀察，分別讀取信號大體情況、細(xì)節(jié)信息，完成粗差辨別與噪聲抑制[3]。 特別是對于周期性監(jiān)測的深基坑變形數(shù)據(jù)，可以有效分離噪聲、其他不必要信息與真實(shí)數(shù)據(jù)，順利揭示深基坑開挖施工期間土體變形規(guī)律，為施工作業(yè)提供科學(xué)的指導(dǎo)。

作為一種信號處理的新方法， 小波分析強(qiáng)調(diào)借助變換突出問題局部特征。 在函數(shù)f（t）∈L2（R）（R 為實(shí)數(shù)集；L2為平方可積函數(shù)）的情況下，先對小波基函數(shù)f（t）進(jìn)行Fourier 變換，再對小波基函數(shù)f（t）進(jìn)行伸縮、平移變換，得到：

式中，a 為尺度因子，a∈R 且＞0；b 為Fourier 變換因子；t 為自變量；r 為平移因子。對于大跨度深基坑監(jiān)測獲得的多期數(shù)據(jù)，可以借助含緊支集正交小波基的Daubechiees 小波，抑制信號中的無價(jià)值部分（高頻信號）并恢復(fù)信號中的有價(jià)值部分（低頻、平穩(wěn)信號）。 一般含噪聲的一維信號為真實(shí)信號、高斯白噪聲的和。 為了恢復(fù)真實(shí)信號、抑制高斯白噪聲，可以先將深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)歸整為小波信號，完成若干層小波分解，再選擇一個(gè)閾值對閾值內(nèi)細(xì)節(jié)系數(shù)進(jìn)行去噪處理， 最后借助小波重建處理后的系數(shù)。 整個(gè)過程中，小波分析的層次受數(shù)據(jù)采集率、信號變化情況的雙重作用， 若數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)稀疏、 信號波動(dòng)性大，應(yīng)降低小波分解層次，避免過濾信號確定性波動(dòng)引發(fā)原始信號失真問題。 比如，在水準(zhǔn)儀采集14 期深基坑工程高程數(shù)據(jù)時(shí)，利用Daubechiees 小波對數(shù)據(jù)進(jìn)行4 層分解，獲得近似信號、細(xì)節(jié)信號。 根據(jù)信號波動(dòng)性，選擇適宜的高頻系數(shù)閾值、低頻系數(shù)閾值，完成原始數(shù)據(jù)中噪聲的剝離處理。 需要注意的是，因深基坑工程施工變形監(jiān)測不確定性較為突出，短時(shí)間內(nèi)去噪前后差距不顯著，表現(xiàn)為弱信號，而去噪前后差距較之深基坑施工變形表現(xiàn)為強(qiáng)信號， 極易在深基坑工程監(jiān)測初期出現(xiàn)上下波動(dòng)的變形。 加之深基坑開挖階段擾動(dòng)周邊土體，致使土體朝著深基坑內(nèi)壁移動(dòng)， 地表沉降隨著開挖深度的增加而增加， 應(yīng)及時(shí)利用小波分析辨別數(shù)據(jù)孤立態(tài)粗差進(jìn)行跟進(jìn)處理，沿著突變點(diǎn)定位、粗差定位、突變點(diǎn)判斷并處理的順序，獲得更加真實(shí)的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語