狹小空間深基坑支護(hù)智能化安全監(jiān)測(cè)施工關(guān)鍵技術(shù)

引言：隨著我國(guó)城市改造工程的快速推進(jìn)，城市空間利用率的日益降低，工程規(guī)模密度的不斷擴(kuò)大，工程中逐步普遍應(yīng)用的深基坑垂直支護(hù)，但是工程的施工空間受到一定的限制。而深基坑垂直支護(hù)在工程被逐漸廣泛應(yīng)用。為確定垂直支護(hù)的安全穩(wěn)定性能，了解工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)、力學(xué)等眾多因素等，依據(jù)施工環(huán)境特點(diǎn)、原始數(shù)據(jù)計(jì)算、確定支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與施工方法。淝河鎮(zhèn)箱涵最大開挖深度9.8m，地質(zhì)為粉砂層，地下水豐富，且臨近鄉(xiāng)鎮(zhèn)自建商鋪并與G105國(guó)道等環(huán)境復(fù)雜，施工作業(yè)空間狹小，無法進(jìn)行大邊坡開挖，同時(shí)臨近房屋建筑較近，防止在長(zhǎng)時(shí)間的施工過程中造成不均勻沉降，項(xiàng)目通過多方案對(duì)比分析，采用采用灌注樁+三軸攪拌樁+高壓旋噴樁+水平支撐垂直支護(hù)。在實(shí)施過程中，在盡量避免支護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中的工藝偏差和水文氣象等外部不利因素的影響，優(yōu)先保障人員安全和財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、沉降、位移及周邊建筑物、構(gòu)筑物的位移等情況，采用智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的異常情況及時(shí)采取必要的措施提前預(yù)測(cè)，確保項(xiàng)目安全，防止項(xiàng)目毀損事故和環(huán)境事故的發(fā)生。1.工藝原理智能化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，依托結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)，利用云計(jì)算技術(shù)創(chuàng)立基坑健康狀態(tài)的理念，建立集物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)于一體的智能基坑在線安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過基坑沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)及周邊建筑物相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)監(jiān)測(cè)棱鏡，在支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部表面埋設(shè)傳感器，通過采集終端和數(shù)據(jù)傳輸模塊、全站儀觀測(cè)并布設(shè)一定數(shù)量的靜力水平測(cè)定儀輔助實(shí)時(shí)觀測(cè)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)、輸出報(bào)表和預(yù)警等軟件上，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，對(duì)深基坑實(shí)現(xiàn)智能化安全監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)主要對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)智能處理、項(xiàng)目多樣化管理、能夠幫助項(xiàng)目管理人員及時(shí)了解項(xiàng)目健康動(dòng)態(tài)，能夠?yàn)樯a(chǎn)決策提供及時(shí)可靠的項(xiàng)目信息，為建筑、橋梁、市政、軌道交通等深基坑領(lǐng)域開發(fā)項(xiàng)目順利實(shí)施提供安全護(hù)航。2.工藝施工方法2.1施工工藝流程施工準(zhǔn)備→確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容與監(jiān)測(cè)頻率→監(jiān)測(cè)方法及測(cè)點(diǎn)布設(shè)→監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析。2.2施工準(zhǔn)備根據(jù)施工需要，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能化安全監(jiān)測(cè)儀器各類施工人員按照需求準(zhǔn)備進(jìn)場(chǎng)；同時(shí)按照進(jìn)度需求計(jì)劃對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備材料分批次進(jìn)場(chǎng)，并對(duì)進(jìn)場(chǎng)的每批次的材料進(jìn)行抽查，確保合格后方可使用。針對(duì)工程的難點(diǎn)與復(fù)雜特點(diǎn)編制專項(xiàng)施工方案，并組織專家評(píng)審后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員分級(jí)進(jìn)行交底，確保按照評(píng)審方案具體實(shí)施。要根據(jù)基坑工程施工進(jìn)程開展基坑監(jiān)測(cè)儀器的安裝、監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)與位置的測(cè)量等工作，以確定監(jiān)測(cè)流程[1]。2.3確定監(jiān)測(cè)內(nèi)容與監(jiān)測(cè)頻率2.3.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)是周邊建筑物和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身，在基坑開挖深度一倍的范圍內(nèi)，作為監(jiān)測(cè)和防護(hù)對(duì)象。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況確定，包括以下內(nèi)容：（1）監(jiān)測(cè)豎向移位、水平移位及圍護(hù)樁頂（坡）支撐軸力等圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系。（2）對(duì)周圍建筑物橫向、縱向的位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)以及開展環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。（3）加強(qiáng)日常安全巡查和基坑項(xiàng)目巡查力度。2.3.2監(jiān)測(cè)頻率工程監(jiān)測(cè)工作要待基坑主體工程土方回填工作結(jié)束后才能停止，并穩(wěn)定各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化率，監(jiān)測(cè)頻次設(shè)置主要包括詳見：表1監(jiān)測(cè)頻率表。表1監(jiān)測(cè)頻率表2.4監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在遠(yuǎn)離基坑影響范圍設(shè)置沉降(豎向位移)監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)和水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)，以便于反復(fù)測(cè)量。選擇比較平緩的通視地段，不容易被阻隔。在不受基坑施工影響的建筑物上安裝監(jiān)測(cè)棱鏡，是水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)方式[2]。2.4.1樁（坡）頂豎向位移監(jiān)測(cè)（1）測(cè)點(diǎn)布設(shè)在埋設(shè)圍護(hù)樁頂端豎向移位觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，首先需要在圍護(hù)樁頂端的冠梁上打一個(gè)10cm左右深的孔，再用高效植筋膠水將強(qiáng)制歸心監(jiān)測(cè)標(biāo)識(shí)放入孔洞內(nèi)粘接密實(shí)。待穩(wěn)定后再觀察。（2）監(jiān)測(cè)方法沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)和變形沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)閉合或附合水平路線，按Ⅱ等垂直位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的技術(shù)要求觀測(cè)。在每次觀測(cè)，從水平控制點(diǎn)算起，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行測(cè)算。兩個(gè)相鄰考點(diǎn)的高程差即為該考點(diǎn)的下沉量：此下沉量dhi=前方高程（hi-1）－此高程hi；累計(jì)沉降量∑dh為第一沉降量累加至該測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量，即dh1+dh2+…+dhi。初次對(duì)測(cè)點(diǎn)高程測(cè)量?jī)杀椴⑷≈袛?shù)。最后，變形值、累計(jì)變形值和變形量曲線是在歷次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)值和初始值對(duì)比計(jì)算得出的。2.4.2樁（坡）頂水平位移監(jiān)測(cè)（1）測(cè)點(diǎn)布設(shè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部橫向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與縱向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部共用一個(gè)布設(shè)位置，并將一個(gè)小棱鏡連接在該測(cè)點(diǎn)上。（2）監(jiān)測(cè)方法：在基坑周圍穩(wěn)定易監(jiān)測(cè)的位置設(shè)置工作基點(diǎn)，并設(shè)置的對(duì)中標(biāo)志觀測(cè)墩要用來監(jiān)測(cè)。采用Ⅱ等導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，可采用極坐標(biāo)法，也可采用小角度方法進(jìn)行觀測(cè)。水平位移監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)采用Ⅱ等導(dǎo)線測(cè)量方法，觀測(cè)采用極坐標(biāo)法或小角度法。2.4.3支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)（1）混凝土支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)①支撐測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在設(shè)置混凝土支承內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在支承結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度1/3處進(jìn)行布置。同時(shí)，各層的監(jiān)控點(diǎn)要保持豎向上的位置一致鋼筋應(yīng)力計(jì)螺母應(yīng)與鋼筋籠的主要鋼筋直徑相配，安裝時(shí)需將鋼筋計(jì)拉桿與一根長(zhǎng)約0.5m、直徑相同的鋼筋進(jìn)行碰焊，再用鋼筋螺絲與螺母將口擰緊，使其整體性成型，這樣才能完成鋼筋計(jì)拉桿的安裝。接下來，鋼筋支承的主筋上要焊上鋼筋計(jì)量計(jì)，焊長(zhǎng)要達(dá)到規(guī)范要求。應(yīng)注意對(duì)鋼筋應(yīng)力計(jì)電纜線保護(hù)，在混凝土澆注時(shí)。②支撐監(jiān)測(cè)方法：在開挖前一天要測(cè)試鋼筋計(jì)的初始頻率值。測(cè)試時(shí)需要使用頻率接收器將鋼筋計(jì)的纜線連接起來，等待頻率穩(wěn)定，這個(gè)測(cè)試結(jié)果就是本次的頻率值。通過這種方法對(duì)每個(gè)鋼筋計(jì)的頻率進(jìn)行逐一觀測(cè)。以下公式需要用到支撐軸力的計(jì)算：式中：N—支撐軸力（kN）；Ab、As—支撐截面面積和鋼筋截面面積（m2）；Ec、Es—混凝土、鋼筋彈性模量（kPa）；Ks—鋼筋計(jì)的標(biāo)定系數(shù)（kN/Hz2）；fi—本次頻率值（Hz）；f0—初始頻率值（Hz）；Ts—鋼筋計(jì)的溫度修正系數(shù)（kN/℃）；Ti—鋼筋計(jì)的本次測(cè)試溫度值（℃）；T0—鋼筋計(jì)的初始測(cè)試溫度值（℃）。安全判斷條件：n不大于[N]，其中[N]為允許值。由于軸力監(jiān)測(cè)元件對(duì)溫度比較敏感，在進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)注意環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響，因此建議在溫度相同的情況下測(cè)量。（2）鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)①軸力測(cè)點(diǎn)布設(shè)：軸力測(cè)定儀在鋼撐各測(cè)點(diǎn)位置安裝1臺(tái)，在安裝鋼管支承前先在支承上焊接軸力測(cè)定儀。鋼支承的軸心、軸力計(jì)一定要成直線，彼此接觸面要平。這樣可以保證鋼支撐在正常受力狀態(tài)下，通過軸力計(jì)把力準(zhǔn)確地輸送到支護(hù)結(jié)構(gòu)上。先將一塊尺寸為250×250×25mm的加固墊片焊接在安裝軸力計(jì)的墻體上，使之與鋼支撐的末端相吻合，再將軸力計(jì)安裝支架與加固墊片進(jìn)行緊密焊接固定。避免鋼制支撐受力，軸力計(jì)陷入鋼制圍架，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。軸力測(cè)定儀插在安裝框內(nèi)，待焊接溫度冷卻后用螺絲固定。詳情見圖1。圖1軸力計(jì)安裝示意圖②鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)方法：把軸力測(cè)定儀安裝在鋼支承的端頭軸力測(cè)設(shè)，通過軸力計(jì)測(cè)量出在某一負(fù)載下的自振頻率，使用頻率接收器記錄這一數(shù)據(jù)。鋼支承軸力計(jì)算公式為：式中：P—鋼支撐軸力值（kN）；K—傳感器的標(biāo)定系數(shù)（kN/Hz2）；f0—傳感器的初始振動(dòng)頻率在承受外力之前（Hz）；fi—軸力測(cè)定儀測(cè)得的某一荷載下自振頻率（Hz）。安全判斷條件：P≤[P]，式中[P]為允許值。2.4.4周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)（1）測(cè)點(diǎn)布設(shè)建筑四角、大轉(zhuǎn)角及建筑物伸縮縫處均設(shè)置建筑物垂直沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，與靠近建筑工地方向適當(dāng)多布點(diǎn)，同時(shí)與工地方向較遠(yuǎn)距離布點(diǎn)加測(cè)。在埋設(shè)標(biāo)志時(shí)，要考慮到立尺與墻體或地面有一定距離，應(yīng)避開任何會(huì)妨礙標(biāo)志埋設(shè)或觀察的障礙物。在建筑物接近地面的結(jié)構(gòu)中打入鼓型測(cè)釘，將其露出3～5cm在結(jié)構(gòu)表面，測(cè)點(diǎn)的頭部呈凸球狀。沉降觀測(cè)點(diǎn)的建筑物不方便直接布設(shè)的，可采用將沉降條形碼反射貼貼在建筑物表面的方式。（2）監(jiān)測(cè)方法按垂直位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)Ⅱ級(jí)技術(shù)要求設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并閉合水準(zhǔn)路線。測(cè)量沉降通過水平測(cè)量法，利用索加SDL03電子水準(zhǔn)儀和銦鋼條碼尺組合來觀測(cè)沉降。2.5監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析2.5.1樁（坡）頂豎移位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析（1）數(shù)據(jù)傳輸及平差計(jì)算觀測(cè)記錄采用電子水準(zhǔn)儀自帶的記錄程序，完成后生成原始的電子觀測(cè)文件，再通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，利用水準(zhǔn)網(wǎng)平差軟件進(jìn)行計(jì)算，最終得出每個(gè)點(diǎn)的高程值。在進(jìn)行平差計(jì)算時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，并檢查獨(dú)立的閉合差，以及為了滿足所需的精度要求，至少要檢查與兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)有附合的差值，這樣才能保證計(jì)算出來的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。在進(jìn)行平差前，需要先對(duì)觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性、可靠性進(jìn)行檢查，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠讲罘椒ㄓ?jì)算后，才能通過檢查；平差做完后，數(shù)據(jù)要精確到0.1mm方可。階段性沉降量、變形率、累計(jì)沉降等數(shù)據(jù)，通過比較不同時(shí)間點(diǎn)的變形觀測(cè)點(diǎn)高程值進(jìn)行計(jì)算得到。（2）變形數(shù)據(jù)分析以穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行平差測(cè)算，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。為了進(jìn)行分析，將相鄰兩期的變化進(jìn)行對(duì)比，取其中誤差的兩倍，分析最大變形量和最大測(cè)量誤差。若變形量小于最大誤差，則可推知在這兩個(gè)循環(huán)中，該觀測(cè)點(diǎn)并無明顯的變化。若相鄰觀測(cè)周期變形量不大，但多期變化趨勢(shì)明顯，則應(yīng)視其變化情況而定。2.5.2樁（坡）頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析（1）數(shù)據(jù)傳輸及平差計(jì)算利用全站儀，記錄觀測(cè)資料，生成電子原始觀測(cè)檔案，進(jìn)行多個(gè)角度的測(cè)量和回測(cè)。每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都是通過控制網(wǎng)平差軟件經(jīng)過嚴(yán)密的平差處理后得出的。各期相鄰控制點(diǎn)之間的夾角、距離等進(jìn)行比較，確保起算數(shù)據(jù)的可靠性，才能進(jìn)行控制點(diǎn)平差的測(cè)試；然后，用嚴(yán)密的平差方法計(jì)算出控制網(wǎng)平差軟件。平差后的數(shù)據(jù)精確到0.1mm。隨著時(shí)間變化而變化的觀測(cè)點(diǎn)二維平面坐標(biāo)值，可以計(jì)算變化的向量位移投射到與基坑垂直的位置上，并推算出形變、位移速率等各時(shí)期的數(shù)據(jù)，以及累積的形變。（2）變形數(shù)據(jù)分析與2.5.1樁（坡）頂豎移位變形數(shù)據(jù)分析相同。2.5.3水平支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析鋼支撐及砼支撐監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)利用自動(dòng)采集儀采集，并通過4G傳輸模塊傳輸至云平臺(tái)。2.5.4周邊建筑沉降監(jiān)測(cè)資料處理分析在計(jì)算內(nèi)業(yè)成果前，為確保測(cè)高差、閉合差等往返程控制指標(biāo)符合嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，按技術(shù)要求對(duì)外業(yè)觀測(cè)記錄進(jìn)行檢查，內(nèi)業(yè)平差參數(shù)必須全部合格。利用平差軟件對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行處理，開展了基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)成果處理與穩(wěn)定性測(cè)試。在平差過程中，以測(cè)站數(shù)為權(quán)重計(jì)算，從而得出歷次觀測(cè)高程值，對(duì)高程的誤差狀況進(jìn)行評(píng)定?；€網(wǎng)在初期進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)，并以兩次平均值作為基線點(diǎn)的初期高程?；鶞?zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定性分析需要在每次基準(zhǔn)網(wǎng)觀測(cè)結(jié)束后進(jìn)行，這是比較各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)高程和初始高程的過程。若發(fā)現(xiàn)測(cè)差大于2倍以上高程中誤差，則基準(zhǔn)網(wǎng)不穩(wěn)定，需重新觀察或優(yōu)化該點(diǎn)，對(duì)其實(shí)施高程修正；若未找到不穩(wěn)定之處，則取其原始數(shù)值。本次沉降量可根據(jù)當(dāng)期高程與上期高程差值比較后推算得出；累計(jì)沉降量可與初始高程相比較推算得出。沉