池瑋波 胡岳嵐 袁國梁 李東旭 夏振勇

(1.北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100022; 2.北京城建華晟交通建設(shè)有限公司，北京 102444)

1 概述

基坑是指為進(jìn)行建(構(gòu))筑物地下部分的施工由地面向下開挖出的空間，其內(nèi)容覆蓋地質(zhì)工程、巖土工程以及結(jié)構(gòu)工程等多個(gè)學(xué)科，也是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)最為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，基坑開挖又是基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其施工過程受地質(zhì)、水文、環(huán)境以及施工工藝等多個(gè)因素的影響，而且基坑開挖回填后屬于隱蔽工程，使用期間的質(zhì)量問題很難被直接觀察到，所以其施工安全性在整個(gè)結(jié)構(gòu)物建設(shè)過程中尤為重要，必須要進(jìn)行施工過程中的質(zhì)量檢測(cè)。

2 基坑檢測(cè)的現(xiàn)狀

基坑坍塌的原因有很多，包括地質(zhì)勘察不嚴(yán)謹(jǐn)，開挖設(shè)計(jì)不合理，支撐圍護(hù)不規(guī)范，防滲水手段欠缺、檢測(cè)手段落后等，坍塌形式可分為基坑整體失穩(wěn)、坑底隆起變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、支錨體系失穩(wěn)、滲水導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞等。具體坍塌的因素包含人為因素和環(huán)境因素兩種，由此可見基坑安全的復(fù)雜性，也突出了基坑檢測(cè)/監(jiān)測(cè)的必要性。

基坑開挖安全是工程界一個(gè)很大的難題，也成為國際工程界最為關(guān)注安全的領(lǐng)域之一。現(xiàn)在的基坑檢測(cè)手段一般是人工參與為主的第三方檢測(cè)，形式多為對(duì)結(jié)構(gòu)位移、結(jié)構(gòu)內(nèi)力等幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人工觀察及測(cè)量，再通過對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷基坑的整體或者局部失穩(wěn)的可能性，以及構(gòu)件的安全儲(chǔ)備度，這種檢測(cè)方法存在如下缺點(diǎn)：

1)受空間限制較大，基坑施工面有限，空間有限，設(shè)備人員聚集，人工測(cè)量很難找到合適的觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行較長時(shí)間的觀測(cè)，往往不停變換觀測(cè)地點(diǎn)，由此帶來測(cè)量誤差，在復(fù)雜環(huán)境檢測(cè)，同時(shí)也會(huì)有較大的安全隱患。2)受時(shí)間因素影響，基坑一般是24 h不間斷施工，觀測(cè)人員很難全天候精力完全集中，特別是夜間觀測(cè)，受光線影響較大，主觀誤差也會(huì)較大。3)檢測(cè)目標(biāo)有限，潛在危險(xiǎn)因素如周邊環(huán)境情況、地下水等因素的人工觀測(cè)，多數(shù)是低頻甚至滯后于實(shí)時(shí)的施工進(jìn)程，導(dǎo)致不能第一時(shí)間做出應(yīng)急反應(yīng)。4)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析不同步，檢測(cè)一般是分工檢測(cè)，檢測(cè)完成后再匯總各方數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析，這樣就會(huì)產(chǎn)生分析的嚴(yán)重的滯后性，不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)源并且迅速做出響應(yīng)。

3 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)概述

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過安裝在構(gòu)筑物上的傳感設(shè)備實(shí)時(shí)不間斷的采集并且展現(xiàn)數(shù)據(jù)，讓技術(shù)人員對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)受力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)破壞趨勢(shì)做出判斷的一種新興監(jiān)測(cè)手段。其實(shí)施流程圖如圖1所示。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)有效降低了人員的參與度，特別是在基坑開挖這種施工空間局促導(dǎo)致人員觀測(cè)不方便的環(huán)境下，優(yōu)勢(shì)會(huì)更加突出，另外自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是長期不間斷的數(shù)據(jù)采集過程，數(shù)據(jù)同步且連續(xù)，有助于對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的趨勢(shì)做出較早的判斷，及時(shí)采取補(bǔ)救手段。相對(duì)于人工檢測(cè)，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)主要如表1所示。

表1 人工檢測(cè)與自動(dòng)化健康監(jiān)測(cè)對(duì)比表

4 基坑自動(dòng)化監(jiān)測(cè)實(shí)例

贛江新區(qū)鴻信大廈建成后為南昌又一地標(biāo)建筑，工程總投資約72 634.62萬元，項(xiàng)目總面積134 500 m2，主樓高164.7 m。本項(xiàng)目基坑開挖長度163 m，寬度141 m，開挖深度平均12 m。

本項(xiàng)目需開挖基坑地理位置重要、基坑深而大、地下水量大、施工通道條件限制、施工工藝較多、施工難度及強(qiáng)度大、施工要求質(zhì)量高、施工周期長，所以安全防范及施工檢測(cè)在本項(xiàng)目施工過程中尤其重要。綜合各方面因素，最終決定本項(xiàng)目的檢測(cè)采用自動(dòng)化健康監(jiān)測(cè)的方式進(jìn)行，監(jiān)測(cè)因素主要包含土體水平位移及豎向位移、支撐軸力、錨桿內(nèi)力、擋墻應(yīng)力、雨量計(jì)、地下水位及空隙水壓力等監(jiān)測(cè)。

本文重點(diǎn)對(duì)土體位移和支撐軸力做重點(diǎn)分析，土體位移監(jiān)測(cè)是按照開挖深度分層安裝位移計(jì)，長度方向兩個(gè)邊等間距布置12支，寬度方向等間距布置10支，深度方向按照開挖進(jìn)度布置4層，合計(jì)88支。軸力計(jì)按照設(shè)計(jì)文件給出的最不利支撐位置安裝，本項(xiàng)目合計(jì)38支。

為方便數(shù)據(jù)分析及處理，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用知物云系統(tǒng)，本系統(tǒng)有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)異常告警、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)分析對(duì)比、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)等功能，可對(duì)本項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過程提供安全支撐。

通過知物云在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，部分監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2，圖3所示。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，同一平面內(nèi)的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)隨著開挖深度的加大，平面方向位移在不斷加大，結(jié)果和實(shí)際施工進(jìn)程高度吻合，且兩個(gè)變化趨勢(shì)一致，同時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)果滿足規(guī)范要求，如圖4所示。

另外通過同一高度兩個(gè)錨桿軸力數(shù)據(jù)結(jié)果可知，軸力隨著施工開挖過程而變化，變化在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，且變化趨勢(shì)也相同，也說明監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可信。

通過以上采集結(jié)果，還可以看出自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)連續(xù)，數(shù)據(jù)采集貫穿整個(gè)基坑開挖的全過程，除了極值，更可以通過在線監(jiān)測(cè)結(jié)果看出變化趨勢(shì)，從而推斷結(jié)構(gòu)指標(biāo)發(fā)展的趨勢(shì)，做到病害早發(fā)現(xiàn)，早預(yù)防，這是人工檢測(cè)很難實(shí)現(xiàn)的一個(gè)點(diǎn)。

5 結(jié)論及建議

通過對(duì)背景工程實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程可知，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)在基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中可以更便捷的加以實(shí)施，特別是本背景項(xiàng)目，有施工環(huán)境復(fù)雜，施工空間受限，施工周期較長等特點(diǎn)，此類情況下自動(dòng)化監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯，不但有效的解決了人工檢測(cè)面臨的作業(yè)面局促的問題，也有效的保障了復(fù)雜環(huán)境下作業(yè)人員的安全問題，整個(gè)監(jiān)測(cè)過程不受作業(yè)空間和時(shí)間的影響，另外由于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)具有連續(xù)不間斷的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集貫穿整個(gè)施工過程，龐大的數(shù)據(jù)量可以充分用來分析結(jié)構(gòu)物的變化趨勢(shì)，從而做到早預(yù)防，早干預(yù)，有效減小安全事故的發(fā)生，所采集的數(shù)據(jù)和施工工藝同步，也可以用來與設(shè)計(jì)對(duì)比，為以后此類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供借鑒。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)盡管在很多方面優(yōu)勢(shì)突出，但弊端是系統(tǒng)受傳感設(shè)備掣肘，設(shè)備必須要滿足精度和穩(wěn)定兩方面的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝也有很高要求。另外自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量巨大，但是當(dāng)前主流分析方法依然是極值法，導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)的浪費(fèi)，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的大數(shù)據(jù)分析方法對(duì)破壞趨勢(shì)的研究，相信將是接下來自動(dòng)化監(jiān)測(cè)發(fā)展中的一個(gè)重點(diǎn)方向。