深基坑监测现状及新技术应用分析

宛传虎

［合肥工业大学设计院（集团）有限公司，安徽 合肥 230000］

0 引言

长期以来，深基坑工程都是建筑行业关注的一项重点内容。深基坑的建设方案需要经过技术人员和专业人员的反复检验和审核才能够展开，由此可见，深基坑施工质量关乎着建筑工程的整体质量。而保证深基坑施工质量的关键就在于深基坑监测工作的落实，工作者借此可以及时发现工程中存在的问题，从而制定解决问题的有效策略，实现深基坑的高水平建设，同时，各种新型技术的应用也有助于深基坑监测质量的强化。

1 深基坑监测现状

现阶段，我国所应用的深基坑监测技术基本是借助对需要监测的项目进行控制值的设定来完成相应的监测工作，当测定的相关数值超出控制值时，就要在短时间内上报至有关的责任单位，并迅速采用针对性的措施对存在的问题和异常情况进行有效地解决，深基坑监测工作实施的主要功能在于保障深基坑施工的顺利进行和深基坑工程周边地区环境的安全[1]。当前，在深基坑监测工作进行的过程中，使用到的技术形式主要涉及以下6 种：①深基坑工程监测与控制。②城市基坑工程施工控制及其环境监测。③非固定站二次基准差分法基坑监测技术。④深基坑监测预测中RBF 神经网络的应用。⑤基于人工神经网络的建筑物沉降预测。⑥近景摄影测量监测深基坑支护结构位移的新技术。

通过与笔者自身多年的工作经验进行结合，并翻阅诸多深基坑监测相关报告可以得知，大部分深基坑监测工作在开展的过程中往往只是单纯的对监测数据进行采集，再针对采集所得的数据进行简单的分析，将这些测量值与预警值进行对比，辨别测量值与预警值之间的关系。但是却没有将这些监测活动所得的数据信息与深基坑工程施工环境和周边区域环境的实际情况进行有机结合再展开详细地分析，致使深基坑监测工作的水平不高，没有真正发挥这项工作本身的作用，出现基坑事故的可能性无法被有效地降低。

总体来看，现阶段我国深基坑监测工作开展过程中存在的不足之处主要体现在以下三个方面：首先，深基坑监测工作对人才的依赖程度较高，但是，当前这项工作的开展却缺乏具备专业素质和掌握先进监测技术的工作人员，深基坑监测队伍的综合素养参差不齐，并且人才储备也不够充足；其次，在实际展开深基坑监测工作之前并没有对监测现场进行详细的地勘察，致使编制出的监测计划和方案缺乏细致性、合理性和可行性，监测工作本身所具备的预测功能也难以得到最大限度地发挥，监测作用不够多元化；最后，在深基坑监测工作开展期间，没有形成可以用于支撑工作开展的数据分析监测系统和预测系统，即使一些单位具备现代化监测软件和系统，但是却没有对其进行高效地利用，这些辅助工具的作用无法真正地发挥出来[2]。

2 深基坑监测内容

据国家层面出台的相关技术规范文件可知，深基坑监测工作涵盖的内容众多，具体来说，这项工作主要涉及如下内容。

2.1 周边环境监测

深基坑工程周边环境监测又可以被称为临近建筑物沉降监测，基本是对深基坑工程周边地质构造和建筑物有无沉降现象，或者是沉降的具体情况进行监测。在这一监测项目中，使用到的监测设备通常是精密水准仪，对二等闭合导线的沉降情况进行细致地观测，并设置若干个观测点，对每一个观测点的观测值和高程进行精密地计算。在深基坑工程实际展开施工之前的准备阶段，监测人员就需要针对每一个观测点展开初次观测（二次），并将二次观测数值的平均数作为初始值。在展开施工之后再对观测点进行观测，并获取到相应的观测值，之后再将正式展开施工之前和施工之后的各个观测值与初始值进行对比和细致地计算，从而获取到深基坑工程施工之后各个观测点产生的变形值、累计变形值以及相应的变形值曲线，最终掌握深基坑工程施工对周边环境带来的影响。应当注意的是，在不同的建筑工程项目中，深基坑工程环境监测的侧重点也存在着差异化特征，监测人员需要对实际的施工需求和具体的施工种类进行细致地分析，从而在施工现场选取出最恰当的沉降测量和水平位移的观测点[3]。

此外，在对深基坑工程周边环境监测中，还涉及道路管线监测，这项内容基本包括对深基坑施工场地周围道路和管线的水平位移情况和沉降情况进行监测。这一监测工作应用到的方法与一般监测水平位移和沉降时使用到的方法基本一致。值得一提的是，在道路管线监测开展期间，水平位移和沉降情况的监测点与深基坑之间的距离要设置得当，保证监测结果的有效性，可以切实反映实际情况。

2.2 坡顶水平位移监测

深基坑围护结构出现变形情况最明显的一种表现形式就是坡顶水平位移，在对这项内容进行监测时，使用到的设备通常为全站仪，借助视准线法和小角度法可以测定特定方向上出现的水平位移情况。除此之外，如果想要测定任意方向上出现的水平位移情况，就可以在深基坑监测工作中引入前方交会法或者是极坐标法等以达成这一目的。在此期间，监测人员所布设的水平位移基准点应当位于深基坑开挖深度2.5～3 倍的区域内，并且，基准点的位置还不能受到施工活动的影响，要始终保持在一个稳定的状态。

2.3 其他监测

除上述两种比较主要的监测内容之外，深基坑监测工作还包含以下3 种监测内容。

（1）支撑内力监测。这一监测工作主要是在深基坑工程的实际施工期间展开的，使用到的监测设备一般是锚杆测力计，该设备可以对锚杆的实际受力情况进行监测。此外，在监测钢筋的应力情况时，采用的设备则通常是应变计或者是轴力计。在此期间，选取的应力计本身的量程应当超出控制值一倍，预留出足够的空间，不仅如此，对应力计的分辨率和精度也有要求，前者应当超过0.2%F·S，后者则应当超过0.5%F·S。

（2）坑底隆起监测。在监测深基坑底部是否存在隆起现象时，使用到的方法一般是几何水准法，而监测工具则通常是精密水准仪[4]。

（3）土压力监测。在监测土压力时，采用的监测仪器为土压力计，在这个过程中，土压力计本身的量程应当为控制值的两倍，其分辨率和精度也与支撑内力监测中应力计的数值相同，分别为0.2%F·S 和0.5%F·S。

3 深基坑监测中新技术的应用

3.1 基坑位移监测

在对深基坑的变形情况进行监测期间，监测深基坑是否出现位移情况是一种最直接同时也是最有效的监测方式。在深基坑施工的土方开挖环节中，基坑壁侧会受到来源于土压力的直接影响，在这样的情况下，基坑就会出现轻微的位移。一般来说，当开挖土方这一作业进行到见底阶段时，第二天基坑边坡的位移情况将会发展到最严重的程度，即最大变形。基坑边坡出现变形情况在很大程度上与刚性支撑和柔性支撑之间存在着紧密的关联。在实际展开施工的过程中，施工单位和深基坑监测人员要密切关注悬臂桩的位移情况，在悬臂桩具体运行的期间，最主要的受力构件通常是桩，倘若此时发生了程度较大的变形现象，桩身断裂情况出现的概率就会得到大幅度的提升。在这样的环境下，深基坑内部的土体就会出现骤变，并最终引发安全事故。基于这种情况，倘若悬臂桩桩身每一天出现的位移数值与报警数值比较接近，就应当对其进行密切地关注，倘若接连几天悬臂桩转身都存在这种现象，就需要迅速应用针对性的解决措施，防止更加严重的后果出现。在开展放坡开挖这一环节的施工时，也需要注重深基坑每一天发生位移的具体情况，一旦深基坑位移的幅度过大，那么深基坑边坡出现滑移情况的可能性也会增加，最终引发安全事故。

3.2 基坑沉降监测

深基坑沉降监测工作进行最主要的目的是，确定深基坑及周围区域的构筑环境是否会受到深基坑施工的不良影响。倘若每一天的平均沉降值已经达到了3mm 以上，且累积的位移量也已超过了30mm，那么就已经超过了报警值。通常，造成深基坑边坡产生沉降现象最主要的一项因素便是水平位移现象的存在，而水土流失现象的存在则是造成与深基坑相距较近的建筑物发生沉降状况的最主要因素。当对深基坑的沉降状况实施监测时，观测人员必须在深基坑周围以及边坡沿线的地方和建筑物附近设有观察点，一旦发展深基坑边坡每一天的沉降量达到一个较大的数值时，就需要告知施工单位，并要求施工单位停止正在进行的作业，并通过回填反压的方法进行补救。如果深基坑周围分布的比较关键的构筑物在深基坑施工的过程中每一天出现的沉降量过大，施工单位也要立即停止施工，并借助井点回灌、高压注胶以及双液注浆等方法实施作业。

3.3 水位监测

水位监测这一工作内容是开挖基坑中至关重要的一个方面，可以在很大程度上防止管涌现象和流沙现象的出现。在展开水位监测的过程中，比较重要的一点就是科学布设观测孔，并在接下来的环节中合理安放相应的水位探测头。当探测头与水位线接触时，讯响器就会被迅速触动，从而获取到相应的测量值，再利用测量值减去基准值，得到的数值就是水位变化的具体数量。在实际展开施工的期间，一旦地下水位达到一个较高的标准，就会对开发工作带来一定的消极影响。这种消极影响主要体现在这几方面：①过高的地下水位线会与开发面土体进行接触，并使其发生软化，情节严重时土体还会表现出淤泥的状态。②当地下水位过高时，地下水上方位置会缺失一部分的重压，在这样的情况下，地下水不断，进而导致管涌和流沙情况的出现，并最终造成周围区域在短时间出现情节较为严重的水土流失，这对深基坑周边的构筑物及环境会产生极大的负面影响。③地下水位过高还会逼迫开挖作业暂时停止，进而延长整个工程的施工周期。基于此，当地下水位长时期处于一种过高的局面时，施工单位要立即中断正在进行的工作，并迅速与工程设计单位进行沟通，对基坑降水井的施工细节进行再一次地核验，确保可以形成闭合的降水圈。除此之外，在应用水位监测技术的过程中，为了有效防止监测孔被压，造成孔口标高出现变化，还需要保证对孔口标高测量的常态化，每间隔一段时间就对孔口标高进行测量。

3.4 自动化监测技术

深基坑监测工作中应用的自动化监测技术最主要的一项功能就是实现深基坑工程建设和监测过程中整个时段无须真人实地值守的目的，在这样的情况下，深基坑监测的效率可以得到大幅度地提升，同时，降低了这项工作中人力资源成本的投入，而这些没有被投入深基坑监测工作中的人力资源就可以被投入一些创造性的工作中，并且不会对施工周期和施工水平产生较大的影响。相较于世界范围内其他发达国家而言，我国深基坑自动化监测技术应用的时间较短，研究和实践的开始时机也较晚。但可喜的是，深基坑自动监测技术在中国的发展速度正呈现出蓬勃发展的势头。与此同时，借助现如今的先进传感器装置、物联网技术和计算机电子信息技术等现代化科技，完成了较为先进的监控信息系统的研制和运用，比如基坑滑坡自动监控系统、基坑边坡变形自动监控系统等。通过这种现代化的管理系统，达到了深基坑监测数据传输的高速化和处理的高度集成化，而监测成果的精确性和全面性也达到了一个较高的水平，这对工程中紧急预案的制定和安全技术施工交底等工作产生了良好的促进效果。

3.5 光纤传感装置

近些年来，深基坑监测中逐渐引进了光纤传感装置，这一装置的应用可以实时检验和观测深基坑中钢筋混凝土结构的具体状态。值得注意的是，在埋设好光纤传感装置之后，混凝土施工材料的浇筑以及自身的固化都会对光纤传感设备产生比较严重的负面影响。因此，就需要在工程项目具体施工的过程中对光纤传感器的安装位置进行更加科学地安排，并将金属导管套设在光纤传感装置的外部，这可以在很大程度上延长光纤传感装置的使用寿命，并有效减少了整个深基坑监测工作中成本的投入量。

4 结语

综上所述，近些年来，随着城市化脚步不断加快，建筑行业迎来了蓬勃发展的全新机遇。深基坑工程作为一个建筑工程的基础建设环节，其建设质量决定着最终建成的建筑物的整体质量，因此，就要借助深基坑监测来保障这一环节的建设效果，深基坑监测在建筑行业的发展中发挥了重要的作用。现如今，越来越多的新技术融入了深基坑监测中，提升了这项工作实施的效率和效果，相信在未来的发展中，深基坑监测技术将会愈发丰富。