大慈寺文化商業綜合體基坑監測關鍵技術研究

尚金光,涂玉波,陳軍勝,張元雙(成都市勘察測繪研究院,四川成都 610081)

大慈寺文化商業綜合體基坑監測關鍵技術研究

尚金光?,涂玉波,陳軍勝,張元雙
(成都市勘察測繪研究院,四川成都 610081)

摘 要:隨著城市大型工程的增多,基坑作業安全問題備受關注。為保證省市重點建設項目—大慈寺文化商業綜合體深基坑的安全,采用了精密工程測量儀器對進行基坑及其周邊建筑進行準實時變形監測。通過優化技術設計方案、改進作業方法,實現了測量機器人自動觀測、多樣化數據成果管理、建立實時預警反饋機制等關鍵技術,完成了本項目深基坑、古建筑群、地鐵站點及周邊住宅等的監測工作。

關鍵詞:大慈寺；深基坑；監測；關鍵技術；位移

1　引 言

以摩天大樓和城市地鐵為代表的地上空間和地下空間的大規模開發利用,使得基坑越來越深、越來越大。深基坑支護是一項高風險的工程,在現有理論及計算手段條件下,據統計還有20%～30%的基坑支護容易出問題[1,2]。基坑工程現場監測可以為基坑工程信息化施工、設計優化等提供依據。更重要的是通過監測和預警,可以及時發現安全隱患,保護基坑及周邊的安全。近年來,基坑監測新技術不斷朝著系統化、自動化、遠程化方面發展。無論監測新技術如何發展,不斷提升精度與效率的測繪新技術仍然是基坑監測的核心技術。本文就大慈寺文化商業綜合體深基坑項目中采用的關鍵技術進行闡述。該項目位于成都市大慈寺歷史文化保護區范圍內,是一個集高端購物、時尚餐飲、娛樂休閑、文化廣場、精品酒店和國際甲級寫字樓等業態為一體大型城市綜合體。基坑分為寫字樓區域和商業區兩部分(如圖1所示),安全等級為一級。

圖1　基坑分布示意圖

寫字樓基坑為東北、西南走向,呈“凸”字形,基坑縱向最長距離約138 m,橫向最長距離約172 m,基坑邊周長約600 m,設計開挖深度為25 m。基坑東、西側緊鄰高層建筑,西南側位于地鐵50 m控制線以內。地下4層,地上辦公塔樓48層,伴隨東、西、北向裙樓。基坑支護結構采用灌注樁形式。

商業區基坑為東北、西南走向,基坑縱向最長距離約330 m,橫向最長距離約580 m,設計開挖深度最深處約15 m,基坑邊周長約2 400 m。基坑位于大慈寺南側,該基坑將大慈寺寺院東、南、西三邊合抱,南側為東西糠市街,有鐵獅門在建工地及居民樓,東側為東順城南街、筆帖式街,有在建工地“總府花園”,西側為紗帽街,有九龍倉在建工地,其中局部用地廣場項目臨紅星路步行街,與地鐵2號線及3號線交匯站春熙路站直接對接。出于對古建筑的保護,基坑開挖現狀極不規整,場地內分布有6棟歷史文物保護古建筑(筆貼式15號院、章華里7、8號院、廣東會館、欣廬、馬家巷禪院、古大慈寺院),全部為1、2層磚木結構建筑,其中廣東會館與欣廬均三邊臨基坑。基坑支護結構主要采用灌注樁形式,在古建筑附近采用地下連續墻結構。

2　監測內容

根據《建筑基坑工程監測技術規范》的規定,在基坑工程主體及附屬結構施工期間,為了解其圍護結構的變形情況,對工程圍護結構的地面及周邊建筑物沉降(包括基坑周圍地面超載狀況)、古建及大慈寺沉降、基坑支護水平及豎向位移、立柱豎向位移、周邊地表沉降、地下水位等項目進行監測[3]。基坑工程監測是一個系統,系統內的各項監測內容之間有著必然的、內在的聯系,配套監測可以幫助判斷數據真偽,達到去偽存真的效果。此外,巡視檢查作為一個以目測為主,配以簡單工器具的簡易方法,可以有效彌補儀器監測的不足。

監測點的布設應盡可能反映監測對象的實際受力、變形狀態。點位宜布設在對象內力和變形變化大的代表性部位及周邊環境重點監護部位,監測點應適當加密,但不宜過多。如圖1所示,該項目基坑監測點沿圍護墻中部、陽角處布置監測點。監測點間距不宜大于20 m,每邊監測點數目不應少于3個。監測點宜設置在冠梁上,水平位移監測點與豎向位移監測點宜共樁。

3　儀器設備

本工程按照變形監測二級精度要求施測。配備了國內外高精度的儀器設備。清單如表1所示:

儀器配備清單(部分) 表1

如圖2所示為投入使用的關鍵精密儀器:

圖2　投入儀器設備示意圖

4　關鍵技術研究

4．1自由設站邊角測量技術

自由設站邊角測量技術以其精度可靠、靈活方便、高效的特點,非常適合大型深基坑的水平位移監測[4]。如圖3、圖4所示,在測量手簿上開發自由設站邊角采集軟件,控制測量機器人自動進行數據采集,不僅可以提高工作效率,還可以避免人工瞄準誤差。此外,本項目還創新性地提出了利用近似三維坐標進行自動搜索目標的新方法[5]。該方法巧妙地避開了各期學習點位的繁冗環節,極大地提高了工作效率。

圖3　數據采集軟件質量控制

圖4　數據采集軟件點位測量

數據采集完成后,采用嚴密的平差軟件進行平差計算。平差迭代收斂后,計算本期各點精確坐標(xi, yi)。則監測點每期坐標縱橫軸的變化量(△xi,△yi),通過兩期坐標相減可得:

對于方方正正的基坑,合理定義坐標系,則坐標方向上的變化量即為基坑位移量。但對于不規則形狀基坑,坐標軸方向上的位移量無法完整反映冠梁的位移情況。考慮到基坑監測往往關心的是朝向基坑的位移量。本工程最終需要計算監測點垂直于基坑邊方向的位移,因此需要尋找各點位移方向與坐標軸之間的幾何關系,歸算幾何關系如圖5所示:

圖5　基坑位移與坐標軸幾何關系

圖5的幾何關系在方案設計時已經給出,設監測點垂直基坑方向W與坐標X方向的夾角為α(0°≤α ≤360°),則歸算水平位移量為:

△Wi=△xicosα+△yisinα

將各期水平位移量相加,即可得到當前期次的累計位移量:

Wi=∑△Wi

計算結果中,“+”號代表位移朝向基坑內側、“-”代表位移朝向基坑外側。

4．2精密幾何水準測量技術

現階段,幾何水準測量仍然是大型基坑豎向位移監測的主要手段。由于水準監測網可以分解為相互銜接的水準路線,那么大型復雜的基坑區域即可分解為相互銜接的小區域。這樣利于靈活布網,并且各條水準路線可以結成大網統一解算。沉降監測網的最重要精度控制指標為“監測點測站高差中誤差”。當平差計算按測站數定權時,平差后得到的驗后單位權中誤差即為相應值,并以此求出每個點位的高程精度。精密幾何水準測量按照表2的技術要求[6]執行。

豎向位移監測精度指標 表2

4．3水位計感應量測技術

地下水位監測宜通過孔內設置水位管井,采用水位計(型號SWJ-80)進行量測。地下水位監測點的作用一是檢驗降水井的降水效果,二是觀測降水對周邊環境的影響。根據工程特點,沿著基坑、周邊重點監測對象附近各布設水位觀測管,井位盡量埋設在一個剖面上,其深度低于擬降水位深度0．5 m以上。測量時將探頭沿孔套管緩慢放入水位井中,當測頭接觸水面時,蜂鳴器響,讀取測尺讀數ai。將每期測得的水位計讀數ai記錄到《地下水位監測記錄手簿》中,用于后續分析處理。由于水位標高數據采用施工高程系,因此在首期監測前,應聯測周邊已知施工標高點位,獲得各水位孔孔口標高;然后從表中查找水位計讀數,則本次地下水位標高:

HWi=H0-ai

水位的升降數值,通過兩期觀測地下水位標高之差計算:

△HWi=HWi-HWi-1

每次測得水位標高與初始水位標高的差即為水位累計變化量:

△HWi=HWi-HWi-1∑△HWi=HW0-HW1

4．4分級預警報警技術

基坑工程監測必須確定監測報警值,報警值應滿足工程設計、地下結構設計以及周邊環境控制要求。報警值應由監測項目的累計變化量和變化速率共同控制。監控的最終報警值一般由設計方確定。但是考慮到這樣定義報警值過于單一、缺乏過程描述,即在施工過程中不具有階段預警功能。因而本項目提出了“分級預警方法”,即定義監控報警值的1/3為藍色預警值、2/3為橙色預警值,強化了監控密度與預警進程。各監測項目的監測控制標準和預警標準如表3所示。

本工程施工監控量測報警及預警值 表3

此外,分級預警機制將定性語氣轉化為定量值,有利于進行模糊數學分析[7],為基坑的安全綜合評估,提供可靠的定量數據。

4．5數據庫管理技術

由于基坑工程的監測內容及項目眾多,采用傳統的手工方法整理資料,既繁瑣又容易出錯。為了能及時對監測對象的狀態、穩定程度和進行變形分析,以指導施工和修改設計方案,避免或盡可能地減少損失,有必要建立基坑工程數據庫的管理系統[8]。

該項目共計布設459個點位,累計觀測73期。每期除了要記錄各個點位坐標、高程、水位,還要記錄精度信息、觀測日期、觀測期次、工程狀態等。此外,每期測完后,還將產生各式各樣的文件信息,諸如原始數據、觀測手簿、平差報告、閉合差報告、巡查表、監測報告等。這樣大的數據量,宜設計開發一套數據庫管理。本項目采用網絡數據庫Firbird作為數據庫平臺,設計了基準點管理、監測點管理、傳感器(水位計)管理及文檔管理等分項管理內容;點位管理又細分為點位屬性表、點位成果表、點位曲線圖、點位統計表等(如圖6所示為某監測點的時間—位移曲線)。

圖6　數據庫管理示意圖

5　結 語

本工程基坑范圍大、形狀不規則,基坑周長約3 km,共計布設459個點位,最快時監測頻率達到1 天1期。基坑觀測從2012年9月開始～2014年4月全部回填終止,累計觀測73期,合計24750點次。按照常規作業方法難以達到精度要求且效率不高。因此,本項目深入研究了基坑監測技術、預警技術與管理技術等多項關鍵技術,創新性地提出利用近似三維坐標進行自動搜索目標的新方法,科學合理布網,動態預警,全面且高效地完成了監測任務。本工程各監測點的變形速率比較小,且變形速率比較穩定。監測工作方法適當,較準確地反映了基坑和周邊環境變形情況。通過監測工作,及時捕捉到在施工中發生的細小變化,達到了指導信息化施工的目的。

參考文獻

[1] 曾瑞,雷健．多種監測方法在深基坑開挖工程中的綜合運用[J]．城市勘測,2013(4):167～171．

[2] 李惠強,吳靜．深基坑支護結構安全預警系統研究[J]．華中科技大學學報·城市科學版,2002,19(1):61～64．

[3] GB 50497-2009．建筑基坑工程監測技術規范[S]．

[4] 張建坤,王金明,賈亮．自由設站法進行基坑監測的精度分析[J]．測繪工程,2011,20(4):74～76．

[5] 尚金光,莫春,羅國康等．應用GeoNMOS實現高效自由設站變形監測的方法研究[J]．城市勘測,2013,5:116～118．

[6] JGJ 8-2007．建筑變形測量規范[S]．

[7] 張有桔,丁文棋,王軍等．基于模糊數學方法的基坑工程評審方法研究[J]．地下空間與工程學報,2009,5(2): 1681～1685．

[8] 鐘正雄,馬忠政,余有靈等．基坑工程監測數據庫管理系統的設計及應用[J]．地下空間,1998,18:323～328．

The Key Technique Research of Dacisi Cultural and Commercial Complex Excavation Monitoring

Shang Jinguang,Tu Yubo,Chen Junsheng,Zhang Yuanshuang
(Chengdu Institute of Surveying and Mapping Survey,Chengdu 610081,China)

Abstract:With the increasing of city’s large scale engineering,the building foundation’s safety has got deep concern．In order to ensure the provincial and municipal key construction projects—the Dacisi cultural and commercial complex’s deep excavation's safety,we adopted the precise engineering survey instruments to make the quasi-real-time dynamic deformation monitoring．By optimizing the technical design,improve the method of operation,achieved the key technique such as automatic observation by measuring robot,diversified management data results,established the realtime warning mechanism．successfully completed the project of deep excavation,subway stations,surrounding buildings and the residential houses’s deformation monitoring work．

Key words:dacisi;deep excavation;monitoring;key technique;deformation

文章編號:1672-8262(2015)05-128-04中圖分類號:P258

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—05—17

作者簡介:尚金光(1987—),男,工程師,主要從事規劃工程測繪、精密工程測量與信息化測繪的應用。