張銀 華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司 華設(shè)檢測科技有限公司

基坑監(jiān)測可以很好地指導(dǎo)基坑工程的安全施工，在基坑開挖過程中及時掌握基坑變形是基坑施工能否順利開展的重要前提。水運工程中的基坑監(jiān)測缺少行業(yè)標準作為依據(jù)，現(xiàn)在大部分的船閘基坑監(jiān)測方案都是參照其他行業(yè)標準和經(jīng)驗制定，因此在制定監(jiān)測方案的過程中就需要充分了解基坑的水文、地質(zhì)等情況。本文依托某船閘基坑工程，對其監(jiān)測重難點及方案進行分析和總結(jié)，提出合理化監(jiān)測方案及建議，以保證監(jiān)測方案更為有效地實施，并指導(dǎo)施工工序。

1.工程概況

某船閘工程在進行船閘、節(jié)制閘、泵站主體結(jié)構(gòu)施工時，需采用大開挖基坑方式全年進行干地施工，根據(jù)船閘、節(jié)制閘與泵站主體結(jié)構(gòu)布置及總體施工組織設(shè)計，船閘與節(jié)制閘、泵站共用一個基坑，主體基坑長度約670m，寬度約300m，土方開挖總方量約為98萬m3?；悠矫娌贾脠D如圖1所示。

圖1 基坑平面布置圖

2.監(jiān)測重難點分析

2.1 上下游圍堰

上下游主圍堰采用重力式土圍堰結(jié)構(gòu)形式，為主體基坑的重要組成部分，采用粘土填筑碾壓而成。基坑成形后，主圍堰主要用于攔截基坑外河水，在使用期間，需承受基坑外水頭壓力，并兼具防滲作用。

（1）由于圍堰是填筑而成，圍堰自身沉降固結(jié)需要一定的時間，在圍堰填筑完成后即需對圍堰沉降進行監(jiān)測，并根據(jù)沉降情況確定圍堰內(nèi)抽水時間。

（2）基坑抽水完成后，圍堰即承擔(dān)擋水作用，承受單向水頭壓力，圍堰自身的安全穩(wěn)定性至關(guān)重要，應(yīng)對圍堰堰體穩(wěn)定情況進行監(jiān)測。

（3）上游圍堰處于老節(jié)制閘口門范圍，在運行過程中，受節(jié)制閘引水排澇影響，長期受水流正面沖刷，受到水流的正面沖擊力，在該段落應(yīng)對圍堰外側(cè)坡面的沉降位移加強監(jiān)測。

2.2 基坑?xùn)|側(cè)

本工程主體基坑?xùn)|側(cè)緊鄰地方民房建筑，周邊建筑物較多，其中上閘首、下閘首及下游導(dǎo)航墻位置不具備開挖條件，采用單排灌注樁+錨索作為支護結(jié)構(gòu)，同時為防止基坑降水對周邊建筑物產(chǎn)生不利影響，設(shè)置了封閉截滲帷幕。

（1）主體基坑?xùn)|側(cè)排樁支護屬于安全風(fēng)險較高結(jié)構(gòu)，尤其距離周邊結(jié)構(gòu)物最近位置，施工過程中需重點對支護結(jié)構(gòu)的位移進行監(jiān)測。

（2）因基坑降水可能對周邊建筑物造成影響，在基坑降排水期間，對基坑?xùn)|側(cè)截滲帷幕外圍的地下水位需進行及時監(jiān)測，以便及時采取補水等措施。

（3）基坑?xùn)|側(cè)民房建筑較多，在基坑開挖期間，需對周邊民房建筑等構(gòu)筑物開展監(jiān)測，以及時了解周邊建筑物受影響情況。

2.3 基坑西側(cè)

主體基坑西側(cè)全部采用放坡形式開挖，且西側(cè)無外圍建筑，屬于開闊地帶，整體來說，基坑西側(cè)邊坡屬于安全風(fēng)險相對較低范圍，在基坑開挖期間，按照規(guī)范要求，對基坑邊坡開展沉降、位移監(jiān)測。

3.監(jiān)測內(nèi)容

基坑內(nèi)的邊坡、支護結(jié)構(gòu)和基坑外部的環(huán)境，共同組成了基坑監(jiān)測的內(nèi)容?？紤]到監(jiān)測目的和支護設(shè)計要求，確定監(jiān)測項目主要有：支護結(jié)構(gòu)頂部水平和豎向位移；圍堰及基坑?xùn)|側(cè)深層水平位移；基坑?xùn)|側(cè)內(nèi)外土體地下水位變化；周邊建筑物的沉降、位移。施工期間的基坑監(jiān)測貫穿于主體工程施工全過程。

4.測點布設(shè)

4.1 基坑頂部（支護頂部）沉降位移監(jiān)測點

基坑邊坡、支護頂部沉降位移監(jiān)測點布設(shè)在主體基坑、填土圍堰頂部，采用沉降位移監(jiān)測墩，監(jiān)測墩間距不大于20m。監(jiān)測墩中心距離基坑邊坡頂、填土圍堰頂部分別為2m、1m，除圍堰兩側(cè)布置外其余均布置在基坑側(cè)。有支護的部位沉降位移監(jiān)測點布設(shè)在支護頂部，使用監(jiān)測釘，間距不大于20m，根據(jù)主體基坑平面布置情況，共計布置61個點，編號WY01～WY61。

4.2 深層位移監(jiān)測點

在基坑?xùn)|側(cè)鉆孔灌注樁支護上設(shè)置深層位移監(jiān)測點3 個，編號SCWY1～SCWY 3；上游圍堰上設(shè)置深層位移監(jiān)測點4 個，編號SCWY4～SCWY 7；下游圍堰上設(shè)置深層位移監(jiān)測點2 個，編號SCWY8～SCWY9。共計設(shè)置9個深層位移監(jiān)測點。

4.3 基坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測點

在基坑?xùn)|側(cè)民房建筑物周邊，以及基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)位置分別設(shè)置地下水位監(jiān)測點，地下水位采用井點監(jiān)測法進行。共計布置16口監(jiān)測井，井深15米，編號為GCK01～GCK16。

4.4 周邊建筑物沉降、位移監(jiān)測點

本工程基坑周邊建筑物主要布置在東側(cè)，多民房建筑，在基坑?xùn)|側(cè)靠近基坑民房設(shè)置沉降位移監(jiān)測點，共計布置55個點，編號為SSY01～SSY55。

5.監(jiān)測方案

5.1 人工監(jiān)測方案及方法

（1）位移監(jiān)測。主體基坑位移監(jiān)測使用全站儀，按照一級導(dǎo)線測量的技術(shù)要求，采用極坐標法進行監(jiān)測。位移監(jiān)測時監(jiān)測人員首先將全站儀置于位移監(jiān)測工作基點上，后視另一基點或校核基點，監(jiān)測各個監(jiān)測點的坐標。監(jiān)測時必須輸入溫度及氣壓改正值，以盡量減小天氣情況所引起的測量誤差。坐標監(jiān)測完成后需再次對后視進行監(jiān)測，后視角度或坐標偏差較大時應(yīng)重新后視、監(jiān)測。每次位移監(jiān)測應(yīng)在較短的時間內(nèi)完成，測過程中及時做好測量記錄，并且記錄每次測量時的氣象條件、施工進度和現(xiàn)場工況，以供監(jiān)測數(shù)據(jù)分析時使用。

（2）沉降監(jiān)測。主體基坑沉降監(jiān)測使用水準儀，按照三等水準技術(shù)要求進行水準監(jiān)測。監(jiān)測時首先儀器架于事先確定的置儀點，后視相應(yīng)的沉降監(jiān)測基準點，前視第一個沉降位移監(jiān)測點，以后依次搬站向前監(jiān)測。進行沉降監(jiān)測過程中，每次監(jiān)測時遵守“四固定”原則，即：監(jiān)測所用儀器及水準尺固定；監(jiān)測人員固定；采用相同的監(jiān)測路線和監(jiān)測方法；監(jiān)測的環(huán)境條件基本相同。此外，每次監(jiān)測應(yīng)保證在較短的時間內(nèi)完成，減小各種因素對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。

（3）深層位移變形監(jiān)測。深層位移變形監(jiān)測需要先安裝測斜管，再采用測斜儀對土體深層位移進行監(jiān)測。測量放線定位后，支護上的測斜管按如下要求安裝：首先將測斜管逐節(jié)進行預(yù)接，打好釧孔，并要對接處對準標記及編號，底部測斜管下端應(yīng)密封端蓋。對接導(dǎo)槽應(yīng)對準，釧釘孔應(yīng)避開導(dǎo)槽；按測斜管的對準標記和編號逐節(jié)對接、固定和密封后，將測斜管固定在灌注樁圍護結(jié)構(gòu)鋼筋籠內(nèi)側(cè)；測斜管隨著圍護結(jié)構(gòu)鋼筋籠下入樁孔，注意將一對導(dǎo)槽對準基坑方向；在測斜管的上端加管蓋保護；澆筑前在測斜管內(nèi)注滿清水。

測斜管應(yīng)在基坑開挖1 周前埋設(shè)，埋設(shè)時應(yīng)符合下列要求：埋設(shè)前應(yīng)檢查測斜管質(zhì)量，測斜管連接時應(yīng)保證上、下管段的導(dǎo)槽相互對準、順暢，接頭處應(yīng)密封處理，并注意保證管口的封蓋；測斜管長度應(yīng)不小于所監(jiān)測土層的深度；當(dāng)以下部管端作為位移基準點時，應(yīng)保證測斜管進入穩(wěn)定土層2～3m；測斜管與鉆孔之間孔隙應(yīng)填充密實；埋設(shè)時測斜管應(yīng)保持豎直無扭轉(zhuǎn)，其中一組導(dǎo)槽方向應(yīng)與所需測量的方向一致。

（4）地下水位監(jiān)測。在監(jiān)測點處打水位觀測井，每個觀測井頂面設(shè)置高程點，采用測繩測量井口往下到井內(nèi)水面的深度，結(jié)合井口高程算出地下水位。

（5）巡視監(jiān)測?；庸こ陶麄€施工期內(nèi)，每天均有專人進行巡視檢查。

5.2 自動化監(jiān)測方案

（1）自動化檢測系統(tǒng)。自動化監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測儀器（傳感器、數(shù)據(jù)采集儀、無線傳輸設(shè)備）和監(jiān)測數(shù)據(jù)管理云平臺組成。監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理、分析、預(yù)測以及分級報警，實現(xiàn)自動化監(jiān)測管理。自動化的實施節(jié)省了人工成本，長期效益顯著，同時對保障監(jiān)測人員安全，保證更及時地反映施工信息，對項目實施者更快做出決策和判斷具有重大意義。

①監(jiān)測數(shù)據(jù)管理云平臺。監(jiān)測數(shù)據(jù)管理云平臺是針對監(jiān)測單位人員、設(shè)備等信息以及撓度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動智能化管理以及分析預(yù)測的平臺系統(tǒng)。使用者面向監(jiān)管部門、監(jiān)測單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位等，為公司平臺管理員、監(jiān)測單位負責(zé)人、技術(shù)主管和監(jiān)管員等用戶建立工作賬號后，可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入與上報、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、短信告警、系統(tǒng)維護等功能。

②監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳。通過自動化采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)自動化上傳至智能數(shù)據(jù)云平臺，智能數(shù)據(jù)云平臺可以將收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行匯總，分析，以及展示，并且平臺有自動上傳和手動上傳兩種方式，可以兼容上傳人工觀測的數(shù)據(jù)。同時可在監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生超限變化時對監(jiān)測人員以及業(yè)主進行預(yù)警。不僅如此，業(yè)主也可在需要的時候登陸平臺自行查閱本項目的相關(guān)資料，實時數(shù)據(jù)。

（2）監(jiān)測方法。

①樁身傾斜監(jiān)測。采用傾角計對樁身傾斜進行監(jiān)測，傳感器安裝時應(yīng)盡量保持傳感器安裝面與被測目標面平行，并用螺釘將傳感器固定緊，防止晃動。安裝完成后可以通過命令設(shè)置相對零點，則以這個安裝面為零點開始計數(shù)。保證傳感器安裝面與被測物體的安裝面要完全緊靠，不能有夾角產(chǎn)生；傳感器軸線與被測面軸線平行，兩軸線之間盡量不能有夾角產(chǎn)生。傾角計測量范圍為±30°，分辨率為0.001°，精度為0.01°。

②沉降監(jiān)測。采用靜力水準儀對土體進行沉降監(jiān)測。靜力水準系統(tǒng)一般安裝在被測物體等高的測墩上或被測物體墻壁等高線上，通常采用一體化模塊化自動測量單元采集數(shù)據(jù)，通過有線或無線銅須與計算機連接，從而實現(xiàn)自動化觀測。該傳感器采用防水防震設(shè)計，使用年限達5年，可在特種條件下使用。靜力水準儀量程為0.2～2000mm，分辨率為0.001mm，精度是±0.2mm。

③深層水平位移監(jiān)測。深層水平位移通過微型測斜儀進行監(jiān)測，埋設(shè)模式為一次性埋入測量單元，通過X,Y,Z三軸±180°同時測量，將無線數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，位移變化數(shù)值自動累加計算。配套太陽能供電系統(tǒng)。微型測斜儀測量范圍為±30°，分辨率為0.001°，精度為0.015°。

④地下水位監(jiān)測。采用水位計監(jiān)測地下水位。配套太陽能供電系統(tǒng)。水壓計的感應(yīng)部件由透水石、感應(yīng)板組成。感應(yīng)板上接振弦傳感部件，振弦感應(yīng)組件由振動鋼弦和電磁線圈構(gòu)成。止水密封部分由接座套筒、橡皮圈及壓緊圈等組成，內(nèi)部填充環(huán)氧樹脂防水膠，電纜由其中引出。水位計測量范圍0.2～6MPa，分辨率≤0.08%F.S，綜合誤差≤1.5%F.S。

⑤周邊建筑物沉降。周邊建筑物沉降采用測量機器人進行監(jiān)測。測量機器人又稱自動全站儀，是一種集自動目標識別、自動照準、自動測角與測距、自動目標跟蹤、自動記錄于一體的測量平臺。測量機器人在高溫、高濕、低溫、多塵等各種復(fù)雜場景均可穩(wěn)定運行，可進行全天候巡檢監(jiān)測。多傳感器集成實時融合感知全場景多維度監(jiān)測感知。

6.結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

（1）該船閘基坑施工規(guī)模較大，涉及的監(jiān)測內(nèi)容較多，采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測的方法可以全方位了解基坑結(jié)構(gòu)變化情況，但是實際操作起來耗時耗力，而且監(jiān)測出的數(shù)據(jù)存在較大主觀因素。

（2）自動化監(jiān)測具有自動采集設(shè)備，平臺連續(xù)不間斷自動采集數(shù)據(jù)并存儲記錄，還可以繪制出各項監(jiān)測項目單點或多點趨勢過程線，對數(shù)據(jù)圖表進行分析。具有遠程登錄、遠程訪問、遠程管理、運行軟件遠程維護功能。大面積監(jiān)測的話成本較高。另外，施工現(xiàn)場大型施工機械較多，因此線纜鋪設(shè)范圍較多的話容易造成損壞。

6.2 建議

（1）監(jiān)測方案可以以人工監(jiān)測為主，對于上下游圍堰、東側(cè)居民區(qū)等重點位置可以實行自動化監(jiān)測。這樣既可以對比人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測的數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性，又可以降低監(jiān)測成本。

（2）自動化監(jiān)測傳感器配套使用太陽能電池板供電，需要考慮現(xiàn)場陰天或梅雨季節(jié)時的供電能力問題，建議準備充電器，必要時對電瓶進行人工充電；由于部分傳感器會處于水中，考慮到傳感器質(zhì)量問題，建議備用多個傳感器；現(xiàn)場盡量鋪設(shè)較少的傳感器線纜，避免被大型機械壓斷。