史文博

摘 要：以基坑自動化監(jiān)測的主要對象和內(nèi)容作為切入點(diǎn)，以某深基坑自動化監(jiān)測項(xiàng)目為例，從監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)、數(shù)據(jù)采集傳輸、數(shù)據(jù)分析、有限元模擬以及自動化預(yù)警等角度對基坑自動化監(jiān)測方案的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了分析，并從系統(tǒng)精度、變形尺度以及水平位移等角度，針對自動化系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了比對，力求為有關(guān)項(xiàng)目與工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：基坑工程；自動化監(jiān)測；可靠性研究；比對分析

中圖分類號：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2024）05-0076-03

0引言

基坑工程指的是為確保土建工程地下空間結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定所開展的擋土建設(shè)、降水施工、環(huán)境保護(hù)等一系列系統(tǒng)性工程。由于基坑空間內(nèi)部環(huán)境較為復(fù)雜，安全影響因素眾多，給工程安全與施工質(zhì)量保障帶來了一定的挑戰(zhàn)，亟待采取針對性措施進(jìn)行管控。相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到自動化監(jiān)測技術(shù)在基坑施工當(dāng)中的價值和作用，及時采取措施對自動化監(jiān)測方案進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，對監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用可靠性進(jìn)行比對分析，促進(jìn)土建基坑工程的高質(zhì)量發(fā)展。

1基坑自動化監(jiān)測的主要對象和內(nèi)容

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

隨著土建工程建設(shè)施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，危險性較大的深基坑數(shù)量日增，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形開裂的情況屢見不鮮，給施工安全帶來了嚴(yán)重威脅。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)主要可分為水平變形與豎向變形兩種。運(yùn)用基坑自動化監(jiān)測技術(shù)，能夠讓技術(shù)人員更加及時有效地掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩方向所產(chǎn)生的變形情況，進(jìn)而采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行處理和優(yōu)化，為保障工程建設(shè)安全提供支持。

1.2 地表沉降監(jiān)測

基坑開挖與地下工程建設(shè)施工過程當(dāng)中，其內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生一定的改變，地下結(jié)構(gòu)對地表土體的承載能力也不斷下降，進(jìn)而可能會引發(fā)地表沉降現(xiàn)象，威脅土建工程安全。因此，在進(jìn)行基坑自動化監(jiān)測工作時，應(yīng)針對地表沉降現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確量測，明確不同監(jiān)測點(diǎn)位在不同監(jiān)測周期當(dāng)中所呈現(xiàn)的高差，經(jīng)過比對分析，確定目標(biāo)現(xiàn)場出現(xiàn)的地表沉降狀態(tài)。

1.3 支撐軸力監(jiān)測

支撐軸力主要指的是基坑空間內(nèi)部作用在支護(hù)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的，沿其長度方向的拉伸或壓縮力，是檢測結(jié)構(gòu)變形的另一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)[1]。在針對基坑自動化監(jiān)測方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃時，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化要求做好基坑內(nèi)部支撐軸力的監(jiān)測工作，明確鋼筋上的應(yīng)力變化情況以及溫度因素、結(jié)構(gòu)截面積因素對鋼筋支撐軸力所產(chǎn)生的影響。

1.4 水平位移監(jiān)測

在進(jìn)行基坑自動化監(jiān)測方案的設(shè)計(jì)與規(guī)劃過程當(dāng)中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)依托滑動式或固定式測斜儀，對目標(biāo)對象在水平方向上的位移情況進(jìn)行有效監(jiān)測。將監(jiān)測數(shù)據(jù)向中樞管理計(jì)算機(jī)進(jìn)行回報(bào)與反饋，可讓技術(shù)人員能夠借助自動化監(jiān)測系統(tǒng)更加直觀地掌握不同監(jiān)測點(diǎn)位上傾斜角所發(fā)生的變化情況，提升水平位移監(jiān)測準(zhǔn)確性與可靠性。

1.5 地下水位監(jiān)測

在土建基坑工程的建設(shè)與施工過程中，地下水一方面會導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性不斷下降，使基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形的風(fēng)險不斷擴(kuò)大，另一方面還可能會受土層滲透因素的影響導(dǎo)致土層強(qiáng)度發(fā)生變化，給建筑工程基坑施工帶來一定風(fēng)險。

2基坑自動化監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

2.1 工程概況

本文以我國東南沿海地區(qū)某文體中心深基坑監(jiān)測項(xiàng)目為例進(jìn)行分析和研究。案例項(xiàng)目用地面積為5 460 m2，建筑總面積為23 100 m2，在施工規(guī)劃與建設(shè)過程當(dāng)中，將基坑面積設(shè)定為3 600 m2，基坑開挖深度設(shè)定為9.65～13.25 m。

通過對施工現(xiàn)場進(jìn)行勘查后發(fā)現(xiàn)，案例項(xiàng)目地下水形態(tài)主要涵蓋了孔隙潛水與孔隙承壓水兩種主要類型，受季節(jié)性影響較為顯著，夏季水位明顯低于冬季水位。此外，從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)來看，選用了水泥攪拌樁聯(lián)合鋼筋混凝土相結(jié)合的雙層支護(hù)系統(tǒng)，力求保障基坑內(nèi)部施工安全與施工穩(wěn)定性。

2.2 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)與頻次設(shè)定

2.2.1 土體深層位移監(jiān)控

在針對基坑土層位移進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)位布置的過程當(dāng)中，基于圖紙要求以及土層結(jié)構(gòu)情況在土層內(nèi)部預(yù)埋土體深層位移監(jiān)測孔。同時采用專用PVC測斜管針對土層內(nèi)部發(fā)生的側(cè)向位移以及水平位移現(xiàn)象進(jìn)行及時監(jiān)控[2]。在測斜管埋設(shè)過程當(dāng)中，技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)關(guān)注到孔位周邊空隙對最終監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生的影響，并采用砂石材料對測斜管空隙進(jìn)行回填，使測斜管在監(jiān)測孔位內(nèi)部的狀態(tài)更加穩(wěn)定，提升自動化監(jiān)測效果。

2.2.2 地下水位變化監(jiān)控

在針對地下水位監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)的過程中，技術(shù)人員結(jié)合案例工程現(xiàn)場實(shí)際情況針對水位深度層次進(jìn)行了劃分，并結(jié)合圖紙要求對水位自動化測點(diǎn)進(jìn)行了布設(shè)，并采用相應(yīng)記號進(jìn)行了標(biāo)記，使水位數(shù)據(jù)能夠基于水位管及時進(jìn)行回傳，以反映出基坑工程施工過程中不同層次地下水位的變化情況。

2.2.3 支撐軸力自動監(jiān)測

在針對支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)時，由于其監(jiān)測對象往往具備一定的剛性，因此最終獲取到的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及監(jiān)測結(jié)果往往會產(chǎn)生相互影響，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對自動化監(jiān)測點(diǎn)位的溫度情況以及受力情況進(jìn)行更加細(xì)致的分析，減少關(guān)聯(lián)性數(shù)據(jù)對自動化監(jiān)測精度造成的沖擊。

2.2.4監(jiān)測周期與頻率設(shè)定

基坑工程流程較為復(fù)雜，影響工程進(jìn)程和安全性的要素較為眾多，因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在開挖流程、底板澆筑流程、支撐拆除流程以及回填流程時，設(shè)定差異化的監(jiān)測周期以及監(jiān)測頻率，保障基坑自動化監(jiān)測活動的順利進(jìn)行，避免對施工進(jìn)程造成負(fù)面影響。

2.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸

相較于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測模式而言，基坑工程自動化監(jiān)測技術(shù)有效加快了監(jiān)測工作效率，提升了監(jiān)測活動的準(zhǔn)確性與可靠性，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)充分加強(qiáng)對數(shù)據(jù)采集與傳輸工作的關(guān)注程度，使基坑相關(guān)數(shù)據(jù)信息的反饋更加全面完善[3]。

2.3.1 傳感器選型與布置

為適應(yīng)自動化監(jiān)測模式的特性與要求，選用傳感器網(wǎng)絡(luò)針對基坑空間內(nèi)部信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在選擇傳感設(shè)備的過程當(dāng)中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)關(guān)注設(shè)備的量程、靈敏度等性能要求，進(jìn)而使鋼筋軸力、基坑斜度等指標(biāo)數(shù)據(jù)得到直觀測量和展現(xiàn)。

2.3.2 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在本次基坑工程自動化監(jiān)測項(xiàng)目的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程當(dāng)中，通過無線組網(wǎng)架構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中某一模塊故障給其他功能模塊產(chǎn)生的影響，使監(jiān)測設(shè)備能夠及時按照閾值設(shè)定發(fā)送報(bào)警信號，使技術(shù)人員能夠直觀感知到基坑空間內(nèi)部所產(chǎn)生的突發(fā)事件并能夠及時采取措施進(jìn)行處理，減少基坑安全風(fēng)險帶來的損失和威脅。

2.3.3 監(jiān)測噪聲處理

設(shè)計(jì)人員在針對采集與傳輸模塊進(jìn)行開發(fā)的過程中，應(yīng)當(dāng)做好數(shù)據(jù)信息噪聲的辨識和處理，針對自動化監(jiān)測系統(tǒng)反饋回傳的數(shù)據(jù)信息地址、頻率等關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行比對和辨認(rèn)，從而及時掌握數(shù)據(jù)信息可靠性狀態(tài)，為數(shù)據(jù)噪聲處理提供支持。

2.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2.4.1 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

受基坑自動化監(jiān)測項(xiàng)目、傳感設(shè)備基準(zhǔn)值設(shè)定等相關(guān)因素的影響，導(dǎo)致最終反饋回的基坑數(shù)據(jù)信息可能與基坑內(nèi)部空間實(shí)際情況之間產(chǎn)生一定脫節(jié)[4]。因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合基坑土層位移、地表沉降、地下水位變化等相關(guān)項(xiàng)目參數(shù)特點(diǎn)以及傳感器設(shè)備基準(zhǔn)值設(shè)定情況進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，使相關(guān)數(shù)據(jù)信息能夠較為準(zhǔn)確地反映基坑自動化監(jiān)測工作的目標(biāo)和對象，從而掌握基坑建設(shè)與施工過程中上述指標(biāo)數(shù)據(jù)的變化走向以及變化趨勢，滿足監(jiān)測分析要求。

2.4.2 遺漏數(shù)據(jù)插補(bǔ)

在數(shù)據(jù)處理與分析的過程當(dāng)中，需要結(jié)合實(shí)際對遺漏數(shù)據(jù)進(jìn)行及時插補(bǔ)，進(jìn)而提升基坑自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的參考價值。一般來說，在自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的插補(bǔ)過程當(dāng)中，常用的插補(bǔ)方法主要包括線性內(nèi)插法、拉格朗日插值法、均值替換法等，在本次研究過程當(dāng)中采用了線性內(nèi)插法開展相關(guān)處理工作。

2.4.3 異常數(shù)據(jù)捕捉

在開展自動化監(jiān)測工作的過程當(dāng)中，可能會產(chǎn)生一定的異常數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)處理結(jié)果造成影響。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合基坑工程開展實(shí)際情況針對傳感器網(wǎng)絡(luò)反饋的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析，明確異常數(shù)據(jù)的特征與類別，并深入現(xiàn)場掌握異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生原因，使基坑施工過程中的安全系數(shù)得到更加充分的保障。

2.5 有限元數(shù)值模擬

土建工程當(dāng)中的基坑施工規(guī)模較大，影響要素較為眾多，因此常規(guī)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)方法難以有效施展，技術(shù)人員可采用有限元數(shù)值模擬的方式，針對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。目前，土建工程基坑施工有限元模擬領(lǐng)域常用的工具包括MIDAS GTS模型等。通過有限元模擬，能夠?qū)⒒油翆赢?dāng)中不同巖土類別的性能指標(biāo)錄入三維模型當(dāng)中，使模型能夠形成位移云圖、結(jié)構(gòu)彎矩圖等直觀圖像，讓技術(shù)人員以及施工團(tuán)隊(duì)能夠從不同的周期角度，對基坑內(nèi)部相關(guān)數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行分析和驗(yàn)證，從而掌握自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及基坑工程的安全性[5]。

2.6 自動化預(yù)警管理

項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)在針對基坑自動化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用的同時，還應(yīng)當(dāng)引進(jìn)智能預(yù)警相關(guān)功能，在展開現(xiàn)場監(jiān)測工作之前，針對自動化監(jiān)測系統(tǒng)中樞計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)定。需結(jié)合基坑環(huán)境實(shí)際情況以及土建工程相關(guān)建設(shè)要求，對基坑位移、結(jié)構(gòu)變形、地下水水位變化等關(guān)鍵性指標(biāo)的閾值進(jìn)行設(shè)定，待自動化監(jiān)測以及數(shù)據(jù)處理完成后，將預(yù)設(shè)閾值與實(shí)際監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行相互比對，使技術(shù)人員能夠明確掌握基坑內(nèi)部空間的相關(guān)狀態(tài)，直觀了解到基坑工程當(dāng)中風(fēng)險產(chǎn)生概率，進(jìn)而做出更加準(zhǔn)確有效的判斷。基坑自動化監(jiān)測參數(shù)預(yù)警值見表1所示。

3自動化監(jiān)測系統(tǒng)可靠性分析和驗(yàn)證

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)精度分析

在針對監(jiān)測系統(tǒng)精度進(jìn)行分析的過程當(dāng)中，技術(shù)人員可分別基于監(jiān)測設(shè)備位置、監(jiān)測目標(biāo)位置以及監(jiān)測角度等相關(guān)參數(shù)建立三維坐標(biāo)系，并依托坐標(biāo)系針對監(jiān)測點(diǎn)位的測量精度進(jìn)行計(jì)算和分析，同時將其與自動化監(jiān)測系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，從而掌握系統(tǒng)精度狀況，明確基坑自動化監(jiān)測體系可靠性。

3.2 變形尺度可靠性分析

在開展土建工程基坑施工自動化監(jiān)測過程當(dāng)中，其周邊環(huán)境要素的變化幅度往往較小，因此可選取自動監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中的代表性點(diǎn)位與人工監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行比對研究，從而明確二者之間的差異情況，并針對監(jiān)測系統(tǒng)可靠性做出相對應(yīng)分析。如圖1所示，在本次研究過程當(dāng)中能夠發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)人工監(jiān)測方法而言，基坑自動化監(jiān)測技術(shù)精度更高，誤差更小，反饋數(shù)據(jù)具備較強(qiáng)的可靠性，能夠作為基坑施工的依據(jù)與參考。

3.3 水平位移可靠性分析

在水平位移可靠性分析的過程中，同樣也可選取代表性點(diǎn)位針對人工監(jiān)測結(jié)果與自動監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比對，并針對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行離散分析，其中，人工監(jiān)測所得數(shù)據(jù)離散性較大，相關(guān)曲線波動幅度較為明顯，自動化監(jiān)測技術(shù)所得數(shù)據(jù)離散性較小，分布較為密集，測量穩(wěn)定性更高，整體可靠性較好。

4結(jié)束語

在現(xiàn)階段的基坑施工建設(shè)過程當(dāng)中，加強(qiáng)基坑施工參數(shù)監(jiān)測對保障施工質(zhì)量與施工安全具有重要意義。有關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)與施工單位應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對自動化監(jiān)測技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用，使基坑工程的建設(shè)發(fā)展更加安全穩(wěn)定。

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