大慈寺文化商业综合体基坑监测关键技术研究

尚金光,涂玉波,陈军胜,张元双(成都市勘察测绘研究院,四川成都 610081)

大慈寺文化商业综合体基坑监测关键技术研究

尚金光∗,涂玉波,陈军胜,张元双
(成都市勘察测绘研究院,四川成都 610081)

摘 要:随着城市大型工程的增多,基坑作业安全问题备受关注。为保证省市重点建设项目—大慈寺文化商业综合体深基坑的安全,采用了精密工程测量仪器对进行基坑及其周边建筑进行准实时变形监测。通过优化技术设计方案、改进作业方法,实现了测量机器人自动观测、多样化数据成果管理、建立实时预警反馈机制等关键技术,完成了本项目深基坑、古建筑群、地铁站点及周边住宅等的监测工作。

关键词:大慈寺；深基坑；监测；关键技术；位移

1　引 言

以摩天大楼和城市地铁为代表的地上空间和地下空间的大规模开发利用,使得基坑越来越深、越来越大。深基坑支护是一项高风险的工程,在现有理论及计算手段条件下,据统计还有20%～30%的基坑支护容易出问题[1,2]。基坑工程现场监测可以为基坑工程信息化施工、设计优化等提供依据。更重要的是通过监测和预警,可以及时发现安全隐患,保护基坑及周边的安全。近年来,基坑监测新技术不断朝着系统化、自动化、远程化方面发展。无论监测新技术如何发展,不断提升精度与效率的测绘新技术仍然是基坑监测的核心技术。本文就大慈寺文化商业综合体深基坑项目中采用的关键技术进行阐述。该项目位于成都市大慈寺历史文化保护区范围内,是一个集高端购物、时尚餐饮、娱乐休闲、文化广场、精品酒店和国际甲级写字楼等业态为一体大型城市综合体。基坑分为写字楼区域和商业区两部分(如图1所示),安全等级为一级。

图1　基坑分布示意图

写字楼基坑为东北、西南走向,呈“凸”字形,基坑纵向最长距离约138 m,横向最长距离约172 m,基坑边周长约600 m,设计开挖深度为25 m。基坑东、西侧紧邻高层建筑,西南侧位于地铁50 m控制线以内。地下4层,地上办公塔楼48层,伴随东、西、北向裙楼。基坑支护结构采用灌注桩形式。

商业区基坑为东北、西南走向,基坑纵向最长距离约330 m,横向最长距离约580 m,设计开挖深度最深处约15 m,基坑边周长约2 400 m。基坑位于大慈寺南侧,该基坑将大慈寺寺院东、南、西三边合抱,南侧为东西糠市街,有铁狮门在建工地及居民楼,东侧为东顺城南街、笔帖式街,有在建工地“总府花园”,西侧为纱帽街,有九龙仓在建工地,其中局部用地广场项目临红星路步行街,与地铁2号线及3号线交汇站春熙路站直接对接。出于对古建筑的保护,基坑开挖现状极不规整,场地内分布有6栋历史文物保护古建筑(笔贴式15号院、章华里7、8号院、广东会馆、欣庐、马家巷禅院、古大慈寺院),全部为1、2层砖木结构建筑,其中广东会馆与欣庐均三边临基坑。基坑支护结构主要采用灌注桩形式,在古建筑附近采用地下连续墙结构。

2　监测内容

根据《建筑基坑工程监测技术规范》的规定,在基坑工程主体及附属结构施工期间,为了解其围护结构的变形情况,对工程围护结构的地面及周边建筑物沉降(包括基坑周围地面超载状况)、古建及大慈寺沉降、基坑支护水平及竖向位移、立柱竖向位移、周边地表沉降、地下水位等项目进行监测[3]。基坑工程监测是一个系统,系统内的各项监测内容之间有着必然的、内在的联系,配套监测可以帮助判断数据真伪,达到去伪存真的效果。此外,巡视检查作为一个以目测为主,配以简单工器具的简易方法,可以有效弥补仪器监测的不足。

监测点的布设应尽可能反映监测对象的实际受力、变形状态。点位宜布设在对象内力和变形变化大的代表性部位及周边环境重点监护部位,监测点应适当加密,但不宜过多。如图1所示,该项目基坑监测点沿围护墙中部、阳角处布置监测点。监测点间距不宜大于20 m,每边监测点数目不应少于3个。监测点宜设置在冠梁上,水平位移监测点与竖向位移监测点宜共桩。

3　仪器设备

本工程按照变形监测二级精度要求施测。配备了国内外高精度的仪器设备。清单如表1所示:

仪器配备清单(部分) 表1

如图2所示为投入使用的关键精密仪器:

图2　投入仪器设备示意图

4　关键技术研究

4．1自由设站边角测量技术

自由设站边角测量技术以其精度可靠、灵活方便、高效的特点,非常适合大型深基坑的水平位移监测[4]。如图3、图4所示,在测量手簿上开发自由设站边角采集软件,控制测量机器人自动进行数据采集,不仅可以提高工作效率,还可以避免人工瞄准误差。此外,本项目还创新性地提出了利用近似三维坐标进行自动搜索目标的新方法[5]。该方法巧妙地避开了各期学习点位的繁冗环节,极大地提高了工作效率。

图3　数据采集软件质量控制

图4　数据采集软件点位测量

数据采集完成后,采用严密的平差软件进行平差计算。平差迭代收敛后,计算本期各点精确坐标(xi, yi)。则监测点每期坐标纵横轴的变化量(△xi,△yi),通过两期坐标相减可得:

对于方方正正的基坑,合理定义坐标系,则坐标方向上的变化量即为基坑位移量。但对于不规则形状基坑,坐标轴方向上的位移量无法完整反映冠梁的位移情况。考虑到基坑监测往往关心的是朝向基坑的位移量。本工程最终需要计算监测点垂直于基坑边方向的位移,因此需要寻找各点位移方向与坐标轴之间的几何关系,归算几何关系如图5所示:

图5　基坑位移与坐标轴几何关系

图5的几何关系在方案设计时已经给出,设监测点垂直基坑方向W与坐标X方向的夹角为α(0°≤α ≤360°),则归算水平位移量为:

△Wi=△xicosα+△yisinα

将各期水平位移量相加,即可得到当前期次的累计位移量:

Wi=∑△Wi

计算结果中,“+”号代表位移朝向基坑内侧、“-”代表位移朝向基坑外侧。

4．2精密几何水准测量技术

现阶段,几何水准测量仍然是大型基坑竖向位移监测的主要手段。由于水准监测网可以分解为相互衔接的水准路线,那么大型复杂的基坑区域即可分解为相互衔接的小区域。这样利于灵活布网,并且各条水准路线可以结成大网统一解算。沉降监测网的最重要精度控制指标为“监测点测站高差中误差”。当平差计算按测站数定权时,平差后得到的验后单位权中误差即为相应值,并以此求出每个点位的高程精度。精密几何水准测量按照表2的技术要求[6]执行。

竖向位移监测精度指标 表2

4．3水位计感应量测技术

地下水位监测宜通过孔内设置水位管井,采用水位计(型号SWJ-80)进行量测。地下水位监测点的作用一是检验降水井的降水效果,二是观测降水对周边环境的影响。根据工程特点,沿着基坑、周边重点监测对象附近各布设水位观测管,井位尽量埋设在一个剖面上,其深度低于拟降水位深度0．5 m以上。测量时将探头沿孔套管缓慢放入水位井中,当测头接触水面时,蜂鸣器响,读取测尺读数ai。将每期测得的水位计读数ai记录到《地下水位监测记录手簿》中,用于后续分析处理。由于水位标高数据采用施工高程系,因此在首期监测前,应联测周边已知施工标高点位,获得各水位孔孔口标高;然后从表中查找水位计读数,则本次地下水位标高:

HWi=H0-ai

水位的升降数值,通过两期观测地下水位标高之差计算:

△HWi=HWi-HWi-1

每次测得水位标高与初始水位标高的差即为水位累计变化量:

△HWi=HWi-HWi-1∑△HWi=HW0-HW1

4．4分级预警报警技术

基坑工程监测必须确定监测报警值,报警值应满足工程设计、地下结构设计以及周边环境控制要求。报警值应由监测项目的累计变化量和变化速率共同控制。监控的最终报警值一般由设计方确定。但是考虑到这样定义报警值过于单一、缺乏过程描述,即在施工过程中不具有阶段预警功能。因而本项目提出了“分级预警方法”,即定义监控报警值的1/3为蓝色预警值、2/3为橙色预警值,强化了监控密度与预警进程。各监测项目的监测控制标准和预警标准如表3所示。

本工程施工监控量测报警及预警值 表3

此外,分级预警机制将定性语气转化为定量值,有利于进行模糊数学分析[7],为基坑的安全综合评估,提供可靠的定量数据。

4．5数据库管理技术

由于基坑工程的监测内容及项目众多,采用传统的手工方法整理资料,既繁琐又容易出错。为了能及时对监测对象的状态、稳定程度和进行变形分析,以指导施工和修改设计方案,避免或尽可能地减少损失,有必要建立基坑工程数据库的管理系统[8]。

该项目共计布设459个点位,累计观测73期。每期除了要记录各个点位坐标、高程、水位,还要记录精度信息、观测日期、观测期次、工程状态等。此外,每期测完后,还将产生各式各样的文件信息,诸如原始数据、观测手簿、平差报告、闭合差报告、巡查表、监测报告等。这样大的数据量,宜设计开发一套数据库管理。本项目采用网络数据库Firbird作为数据库平台,设计了基准点管理、监测点管理、传感器(水位计)管理及文档管理等分项管理内容;点位管理又细分为点位属性表、点位成果表、点位曲线图、点位统计表等(如图6所示为某监测点的时间—位移曲线)。

图6　数据库管理示意图

5　结 语

本工程基坑范围大、形状不规则,基坑周长约3 km,共计布设459个点位,最快时监测频率达到1 天1期。基坑观测从2012年9月开始～2014年4月全部回填终止,累计观测73期,合计24750点次。按照常规作业方法难以达到精度要求且效率不高。因此,本项目深入研究了基坑监测技术、预警技术与管理技术等多项关键技术,创新性地提出利用近似三维坐标进行自动搜索目标的新方法,科学合理布网,动态预警,全面且高效地完成了监测任务。本工程各监测点的变形速率比较小,且变形速率比较稳定。监测工作方法适当,较准确地反映了基坑和周边环境变形情况。通过监测工作,及时捕捉到在施工中发生的细小变化,达到了指导信息化施工的目的。

参考文献

[1] 曾瑞,雷健．多种监测方法在深基坑开挖工程中的综合运用[J]．城市勘测,2013(4):167～171．

[2] 李惠强,吴静．深基坑支护结构安全预警系统研究[J]．华中科技大学学报·城市科学版,2002,19(1):61～64．

[3] GB 50497-2009．建筑基坑工程监测技术规范[S]．

[4] 张建坤,王金明,贾亮．自由设站法进行基坑监测的精度分析[J]．测绘工程,2011,20(4):74～76．

[5] 尚金光,莫春,罗国康等．应用GeoNMOS实现高效自由设站变形监测的方法研究[J]．城市勘测,2013,5:116～118．

[6] JGJ 8-2007．建筑变形测量规范[S]．

[7] 张有桔,丁文棋,王军等．基于模糊数学方法的基坑工程评审方法研究[J]．地下空间与工程学报,2009,5(2): 1681～1685．

[8] 钟正雄,马忠政,余有灵等．基坑工程监测数据库管理系统的设计及应用[J]．地下空间,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

文章编号:1672-8262(2015)05-128-04中图分类号:P258

文献标识码:B

收稿日期:∗2015—05—17

作者简介:尚金光(1987—),男,工程师,主要从事规划工程测绘、精密工程测量与信息化测绘的应用。