王洪志

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，長春 130033）

深基坑工程具有開挖深度大、支護施工要求高等特點，如若沒有做好監(jiān)測工作，則無法準確掌握深基坑工程實際狀況，無法為后續(xù)基坑施工、支護選型、安全管理等提供幫助。采用傳統(tǒng)方式對深基坑工程進行監(jiān)測，不僅工作效率低，且無法保證所得監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果的精準性。應用自動化監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測所獲得的數(shù)據(jù)信息進行綜合分析處理，能幫助施工人員科學制定深基坑工程施工作業(yè)方案，在推動深基坑施工有序開展的同時，也能提高整個項目的穩(wěn)定性和安全性[1]。

1 深基坑的內(nèi)涵及特點

1.1 內(nèi)涵

根據(jù)城建部門發(fā)布的《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》，對深基坑工程的內(nèi)涵進行總結(jié)，主要包括：①基坑槽開挖深度達到5 m 或者超過5 m。②基坑開挖深度雖然沒有達到5 m，但是周圍的地質(zhì)環(huán)境比較復雜，實際開展作業(yè)會對相鄰建筑物土方開挖、支護施工等帶來極大影響。

1.2 特點

深基坑工程的特點：①基坑支護體系是臨時結(jié)構(gòu)，且具有較大風險性，特別是在基坑內(nèi)部排水和基坑外部降水方面，若基坑監(jiān)測工作不到位，會影響后續(xù)施工作業(yè)整體安全性。②基坑工程有很強的區(qū)域性。工程地質(zhì)和水文地質(zhì)不同的地基，基坑工程也存在較大差異性，即便是在同一城市的不同區(qū)域也有一定差異，這就要求開展基坑土方開挖和支護施工時要堅持因地制宜原則，要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行支護體系設計，這樣才能發(fā)揮保障穩(wěn)定安全的作用。③基坑工程是系統(tǒng)工程?；庸こ讨饕ㄖёo體系設計和土方開挖兩部分內(nèi)容，且土方開挖也會對支護體系帶來直接性影響，尤其是土方出現(xiàn)超挖、與支護施工配合不到位、開挖步驟和速度等出現(xiàn)不合理情況時，極有可能引發(fā)支護結(jié)構(gòu)變形、主體結(jié)構(gòu)樁基變位等問題[2]。

2 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

如圖1 所示，自動化監(jiān)測系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果發(fā)布系統(tǒng)所構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)控自動采集、全站儀自動采集等內(nèi)容，實際操作通過全站儀開展自動采集工作，需要依靠測量機器人實現(xiàn)對坡頂水平位移和豎向位移情況的監(jiān)測與分析，施工中可以根據(jù)現(xiàn)場情況和工作要求，建立永久觀測房，通過配置的全站儀、控制電腦、傳輸軟件等，切實滿足監(jiān)測點測量、數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)裙δ芤?。?shù)據(jù)處理系統(tǒng)是自動化監(jiān)測系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，通過該系統(tǒng)可以對監(jiān)測所得數(shù)據(jù)信息進行科學分類和預處理，然后利用自帶的軟件分析系統(tǒng)有效剔除監(jiān)測數(shù)據(jù)存在的粗差，在完成基準點的穩(wěn)定性分析和數(shù)據(jù)平差計算以后，就可以將最終結(jié)果儲存到數(shù)據(jù)庫中[3]。成果發(fā)布系統(tǒng)涉及到的模塊比較多，比如統(tǒng)計分析、視頻管理、發(fā)布預警等，通過這些模塊對監(jiān)測所得數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計、分析、處理后，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的實際變化量判斷其是否超過規(guī)定閾值，若超過就會發(fā)布預警，然后借助視頻管理這一輔助監(jiān)測系統(tǒng)，對現(xiàn)場實際情況進行實時監(jiān)測管控，避免發(fā)生施工安全質(zhì)量問題。

圖1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成展示圖

3 自動化監(jiān)測系統(tǒng)在深基坑工程中的應用

自動化監(jiān)測系統(tǒng)運用于深基坑工程，主要工作流程包括：①了解工程實際情況。在利用自動化監(jiān)測系統(tǒng)對深基坑工程進行監(jiān)測分析之前，首先要收集基坑及周邊的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和周邊管線埋設的相關(guān)資料，其次要深入到實地對深基坑工程展開全面細致的勘察工作，要將工作重點放在基坑開挖實際深度、設計支護結(jié)構(gòu)體系、施工步驟和工程施工具體要求等方面，通過前期勘察所得數(shù)據(jù)信息對深基坑工程做出系統(tǒng)綜合性評價，然后科學合理安排后續(xù)自動化監(jiān)測任務。②確定基坑監(jiān)測任務。在準確把握深基坑工程實際狀況后，就可以確定基坑監(jiān)測的任務目標，依托自動化監(jiān)測系統(tǒng)開展深基坑工程監(jiān)測工作來有效把握深基坑地下水位、圍護墻（樁）頂水平和豎向位移、支撐軸力、圍護墻（樁）深層水平位移等情況，并以此為基礎設計預防控制措施，保證整體施工安全、穩(wěn)定和質(zhì)量。施工中可以根據(jù)工程實際狀況和深基坑施工作業(yè)要求，制定基坑自動化監(jiān)測方案，比如監(jiān)測坑外地下水位變化情況、監(jiān)測圍護墻頂水平及豎向位移等[4]。③自動化監(jiān)測網(wǎng)布設。要通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)更好地把握深基坑工程位移、水位變化等狀況，圍繞設定的監(jiān)測目標對自動化監(jiān)測網(wǎng)進行科學規(guī)范布設，如圖2 所示。操作中除了要盡可能多地布設監(jiān)測點位以外，還要注意控制好各監(jiān)測點位之間的距離，以防止后續(xù)作業(yè)出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)缺漏、無法反映實際情況等問題，同時要控制好監(jiān)測點位的布設密度，來提高監(jiān)測結(jié)果的精度。④相關(guān)數(shù)據(jù)采集處理。在完成自動化監(jiān)測網(wǎng)布設工作后就可以開展深基坑監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集工作，利用布設安裝的傳感器設備，實現(xiàn)對各監(jiān)測點采集數(shù)據(jù)信息的快速收集，然后通過自動化網(wǎng)絡傳輸采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，再通過數(shù)據(jù)處理平臺自動剔除采集數(shù)據(jù)存在的粗差，最后進行平差計算與處理，保證最終呈現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果能真實反映深基坑水文地質(zhì)和實際施工狀況。⑤數(shù)據(jù)發(fā)布預警控制。監(jiān)測所得數(shù)據(jù)信息經(jīng)過系統(tǒng)處理后，所得數(shù)據(jù)結(jié)果會儲存到系統(tǒng)監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)庫中，通過開發(fā)的基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行發(fā)布、預警和控制，同時也會直觀動態(tài)地展示出基坑出現(xiàn)的累計沉降量和變形情況，對于超過系統(tǒng)設置閾值的形變情況，系統(tǒng)會及時發(fā)出預警，為后續(xù)選擇適合措施控制解決預警問題提供有力支持，降低安全質(zhì)量事故的發(fā)生概率[5]。

圖2 深基坑自動化監(jiān)測科學布設示意圖

4 實際案例分析

某醫(yī)院綜合樓建筑位于城市較為繁華的地段，不僅車流量、人流量較大，而且各類市政管線分布較密，在開展深基坑工程施工時，為更好把握基坑水平和豎向位移、地下水位變動等情況，決定對其采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)開展監(jiān)測分析。其中，該項建筑基坑開挖深度達到12 m，基坑東西方向長度為92.4 m，南北方向?qū)挾葹?0.3 m，針對基坑側(cè)壁采用的是一級安全標準，而開展基坑支護施工作業(yè)，所采用的形式是上部放坡和下部單排樁+預應力錨索，整個基坑監(jiān)測工作擬采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)完成，針對個別監(jiān)測點被人工鋪道遮擋的問題，采用人工監(jiān)測補充，這一狀況也不會對基坑監(jiān)測工作開展和最終質(zhì)量產(chǎn)生不利影響[6]。

4.1 自動化監(jiān)測系統(tǒng)應用

4.1.1 明確監(jiān)測內(nèi)容

該基坑監(jiān)測項目，運用自動化監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的內(nèi)容主要有坡頂水平及豎向位移、周邊建筑物和道路位移情況、錨索內(nèi)力監(jiān)測、基坑地下水位變化情況等。細致把握這些監(jiān)測內(nèi)容后，制定了自動化監(jiān)測工作方案，然后將重點放在布設監(jiān)測點、安裝自動化設備和梳理作業(yè)流程上，方便后續(xù)監(jiān)測工作順利開展，提高實際監(jiān)測質(zhì)量，進而保證基坑安全。

4.1.2 布設監(jiān)測點

考慮到該醫(yī)院綜合樓的基坑周邊都有許多建筑物，實際開展監(jiān)測作業(yè)的空間比較狹窄，為了保證監(jiān)測工作順利進行以及所得監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠反映真實情況，在綜合考慮各類因素以后，對自動化監(jiān)測網(wǎng)進行了科學布設。主要是將觀測站設置在基坑南側(cè)醫(yī)院門診樓的樓頂處，為了方便后期更好的觀測，對觀測敦進行了壘筑，針對基坑監(jiān)測平面和水準控制點，采用的是共用點方式，將之設置在道路交叉口、醫(yī)院家屬樓和南北兩側(cè)居民樓上，同時在整個監(jiān)測網(wǎng)中還設置了3 個固定棱鏡作為基準點[7]。對于坡頂水平位移及豎向位移監(jiān)測點的設置，兩者是共用一個監(jiān)測點，設置在基坑邊坡頂部位置；針對四周建筑物位移監(jiān)測點，采用的是植筋方式，在建筑外墻每隔20 m 處設置一個監(jiān)測點，總共布設了16 個監(jiān)測點；針對周邊道路位移監(jiān)測點設置，主要采用的是擊入界址釘?shù)姆绞剑偣苍诘缆穬蓚?cè)設置了6 個監(jiān)測點；針對錨索內(nèi)力監(jiān)測，主要是將監(jiān)測點布設在基坑的四周，并且對于不同監(jiān)測斷面和不同深度處，需要設置和安裝不同的錨索傳感器，總體數(shù)量為35 個；針對地下水位變化監(jiān)測，依然是將監(jiān)測點設置在基坑的四周，將每個監(jiān)測點的位置距離控制在25 m以內(nèi)，每個監(jiān)測點還會安放滲壓計，總共有10 個監(jiān)測點[8]。

4.1.3 安裝相應設備

在完成自動監(jiān)測網(wǎng)布設工作以后，就可以設置和安裝相應設備，實現(xiàn)對水位變化、位移發(fā)生等情況的有效監(jiān)測，來自動完成監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的有效采集。實際操作中對相應監(jiān)測采集設備進行安裝，主要有測斜傳感器、錨索傳感器、滲壓計等，安裝之前要仔細檢查這些設備，避免出現(xiàn)設備損壞情況，在現(xiàn)場安裝作業(yè)過程中嚴格按照設計要求進行埋設，待完成這項工作后還要使用數(shù)據(jù)連接線來連接數(shù)據(jù)采集箱，實現(xiàn)對不同深度、不同位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的有效采集。

4.1.4 數(shù)據(jù)采集處理

結(jié)合項目地實際情況，決定利用Trimble 4D 監(jiān)測平臺傳感器開展基坑監(jiān)測工作，該設備支持監(jiān)測數(shù)據(jù)信息實時采集，監(jiān)測所得數(shù)據(jù)信息會通過無線網(wǎng)橋通信技術(shù)，傳送至機房數(shù)據(jù)處理中心，然后依托具有數(shù)據(jù)處理功能的Trimble 4D 軟件，對采集數(shù)據(jù)粗差進行自動化剔除，在完成數(shù)據(jù)復測工作后，開展基準網(wǎng)穩(wěn)定性分析和測量數(shù)據(jù)平差處理，對于出現(xiàn)的數(shù)據(jù)誤差情況，也能依托自主研發(fā)的基坑在線監(jiān)測系統(tǒng)進行有效修正，使監(jiān)測處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠真實地反映各監(jiān)測點的實際狀況[9]。

4.1.5 數(shù)據(jù)發(fā)布預警

對于平臺處理以后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會將之存入到SQL Server 數(shù)據(jù)庫中，采用SOA 的架構(gòu)建立在線發(fā)布與預警系統(tǒng)，由于該項系統(tǒng)有數(shù)據(jù)查詢分析、視頻管理報警等模塊，操作中只需要點擊鏡頭圖標就能夠看到監(jiān)測點的累計沉降量、本次沉降量等情況，支持對時間序列曲線進行自動化的繪制與展示，以幫助監(jiān)測人員更好地分析和把握基坑變形狀況，如圖3 所示。另外，在這一過程中還可以對各監(jiān)測點設置形變報警閾值，當監(jiān)測點累計變化量超過這一閾值，系統(tǒng)會自動發(fā)布監(jiān)測結(jié)果并報警，為后續(xù)控制與解決奠定良好的基礎。

圖3 累計監(jiān)測基坑水平位移沉降情況

4.1.6 加強分析應對

通過該項目基坑監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)基坑開挖和支護體系施工過程中，坡頂出現(xiàn)了水平位移的情況，基坑開挖過半地下水位出現(xiàn)上升情況，在通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)對這些變化情況進行細致分析后，決定采用必要措施進行防護，避免施工過程出現(xiàn)安全問題。在坡頂出現(xiàn)水平位移情況方面，結(jié)合監(jiān)測所得數(shù)據(jù)信息和分析結(jié)果，決定對基坑邊坡采用地下連續(xù)墻措施進行加固處理，完成施工后對水平位移情況進行持續(xù)監(jiān)測得到明顯改善，且基坑邊坡整體穩(wěn)定性也有所提升；在地下水位出現(xiàn)上升情況時，則在深基坑施工過程中對排水系統(tǒng)進行了設置，避免因為地下水位頻繁發(fā)生變化對整個基坑施工安全性和質(zhì)量帶來不利影響。

4.2 需要注意事項

在該項目基坑監(jiān)測項目中，要確保自動化監(jiān)測系統(tǒng)應用取得良好工作效果，就要在實際操作中注意以下工作內(nèi)容：①掌握現(xiàn)場狀況。最好可以在開展監(jiān)測工作之前，安排專門的人員深入到工程實地進行勘查作業(yè)，為后續(xù)開展的明確監(jiān)測內(nèi)容、布設監(jiān)測網(wǎng)絡、設計工作方案等工作奠定良好基礎，要將工作重心放在勘查工程項目實際地質(zhì)水文條件、熟悉分析工程設計圖紙、搜尋掌握周邊道路建筑資料等方面，以實現(xiàn)對建設項目全面系統(tǒng)的了解，為布設自動化基坑監(jiān)測網(wǎng)絡提供便捷。②明確監(jiān)測流程。由于本項目涉及到的監(jiān)測內(nèi)容比較多，為了避免出現(xiàn)混淆和疏漏情況，圍繞確定的監(jiān)測內(nèi)容對各自執(zhí)行計劃和工作流程進行制定和梳理，然后嚴格按照設計計劃和規(guī)定流程進行標準化、規(guī)范化作業(yè)，這樣既能夠提高監(jiān)測工作效率，又能夠保證監(jiān)測結(jié)果準確性[10]。③保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。要保證所得監(jiān)測數(shù)據(jù)信息能夠反映真實情況，就要在監(jiān)測工作開展時結(jié)合實際對監(jiān)測點數(shù)量、間距等進行合理設置，同時重視監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理和平差分析工作，及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)的誤差較大情況，在加強修正處理中提高數(shù)據(jù)精準度。④加強結(jié)果利用。在完成監(jiān)測數(shù)據(jù)信息分析處理工作后，要將監(jiān)測結(jié)果運用到實際深基坑施工指導優(yōu)化中，以充分發(fā)揮出自動化監(jiān)測系統(tǒng)的應用價值，推動深基坑工程施工安全、順利的完成。

5 結(jié)束語

依托自動化監(jiān)測系統(tǒng)開展深基坑工程監(jiān)測工作，可以有效彌補傳統(tǒng)監(jiān)測方式存在的效率低下、質(zhì)量得不到保證等缺點，為深基坑工程安全可靠施工提供強有力的支持。實際監(jiān)測過程中，要先對自動化監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成及應用流程進行全面細致的掌握，然后嚴格遵照相應流程進行規(guī)范操作，根據(jù)所得監(jiān)測數(shù)據(jù)掌握深基坑施工存在安全隱患以后，及時采用有效措施進行控制與處理，以保證整體施工安全和質(zhì)量。