自动化测斜技术在基坑监测中的应用分析

孟宪超 李俊明

摘要：随着我国经济的快速发展，城市建设项目的技术要求越来越高，传统人工监测无法满足日益增长的风险控制需求。发展先进的深基坑自动化监测技术，能实时反映施工现场风险状态的基于物联网技术的自动化监测系统，成为基坑风险控制的主要应用方向。

关键词：自动化测斜技术;基坑监测;应用

引言

近年来，自动化测斜技术以其高效性、精准性、可靠性的优点，已经越来越多的被应用于基坑监测工程中。深层土体水平位移变形监测是深基坑开挖支护施工过程监测中一项最直观和有效的方法，对深基坑的安全有决定性的迅速而准确的反映，因此，自动化测斜技术的提高显得更加重要。

1自动化测斜技术

采用自动测斜仪对基坑支护结构的深层水平位移进行自动监测。该装置集深部水平位移数据采集与传输于一体。单斜井眼的高频高精度自动监测只需要外部电源即可实现。同时，将监测数据实时上传到云平台，方便电脑和手机随时查看，真正实现了深度水平位移的无人值守监测。其特点如下：（1）监控模式灵活。所述装置的地面控制端体积小，可灵活布置在环梁内部，不受道路交通等环境条件的影响。（2）变形实时监测。自动测斜仪和监测装置通过传感器将包络结构的变形数据及时传输到云平台。监测频率可达1次/h，大大提高了施工监测的实时性。数据采集不受天气影响，可实现24小时自动监测。（3）数据反馈真实性。通过控制端、传感器等机械设备的自动监测，避免了人为干预的数据采集，确保其真实有效。（4）工程造价经济。该装置可以节省大量的人工成本，无需布置多个传感器，设备可循环利用，经济性好。

2固定式测斜仪的工作原理

该测斜仪主要是由角度敏感元件和智能电子芯片组成，同时搭载自动化系统，可实现长期的测试。

其工作原理是将测斜管分成n个测段，每测段长度为，在某一深度上测得两对導轮之间的倾角，通过计算可以得到这一区段位移，某一深度位移，在进行第j次监测时，所得某一深度相对于前次位移。

3项目设备安装

本文结合某写字楼监测项目进行分析，拟建工程基坑周长约212m，开挖深度13.11～14.11m，工程地质条件差，淤泥质粉土平均埋深为11.78米。基坑顶边线距地库边线预留1.5m施工距离。周边环境复杂，与周边环境关系如下：东侧：距离已建规划三路边线7.9m;南侧：拟建办公楼外墙距离已建2#车库外墙10.1m，距离已建2#楼建筑外墙16.9m;2#楼地下一层，管桩基础，基底标高2.9m;西侧：距离天山路边线15.0m，距离市政绿化边线8.0m;北侧：距离电箱2.6～4.1m，距离柳子河路边线10.7m。

（1）考虑现场施工条件，跟随支护桩施工，同时埋设测斜管，待支护桩浇筑完毕后可下入测斜仪。

（2）根据测斜仪安装图纸，确定好每个传感器之间的安装间距以及最上部测斜仪距管口距离;

（3）裁剪钢丝绳及丝杆，钢丝绳直径为Ф3mm，其长度应比各传感器间距长出200mm，以便钢丝绳两头各留出100mm用以对折，，用以连接各传感器;最上部测斜仪至管口段采用Ф6mm不锈钢丝杆连接固定，其长度为0.8米;

（4）在一空旷场地上，按照测斜仪安装图纸标示的传感器间隔距沿直线方向放置测斜仪（测斜仪放置时，其放置顺序同其出厂配线长度相关，应按照每个测斜孔测斜仪安装图纸上对各点测斜仪配线长度的要求选择对应线长的测斜仪），并把各传感器传输线缆沿着传感器放置方向铺设开来;

（5）根据测斜孔传感器间安装间距选择相应长度的钢丝绳，并依次对应放置于铺设于空旷场地上各传感器之间。

（6）在钢丝绳两端选取100mm左右长度位置对折，在穿过两端传感器吊环或吊带后用钢丝绳扣紧固，每个对折处采用2个钢丝绳扣固定;

（7）各传感器间利用钢丝绳连接好后，沿着钢丝绳由下往上（下方为渗压计位置）每隔1米左右用2.5×200mm扎带把各传感器线缆帮助于钢丝绳上，绑扎完毕后，用手提住钢丝绳，缓慢把各传感器放入监控孔测斜管道内（测斜仪导轮应嵌入测斜管内凹槽下滑），此时安装时需注意测斜仪XY方向需与定义方向一致，导轮式固定测斜仪X、Y测试方向如图所示）;

（8）待放入最后一个测斜仪（最上部测斜仪）时，把Ф6mm不锈钢丝杆拧接至测斜仪顶部内螺纹接口上，接着把丝杆穿过管口固定板中心孔并预留出50mm长度，然后在丝杆上套入M6mm螺母，以便把传感器固定于管口固定板上，套入丝杆长度100mm左右，各传感器线缆从管口凹槽引出（整体安装完毕如图）。

（9）待监控中心服务器软件安装及现场系统集成完毕后，利用监控中心采集软对每个测斜仪各采集三组数据，以第三次采集数据作为此测斜仪初始读数。

4自动化测斜技术在基坑监测中的应用

4.1提升监测精度，实施动态化管理

自动化测量技术是依托技术的主要优势之一，对深基坑支护系统，可以实时观测基坑内外土体的应力应变实际工程情况，不仅可以提供高精度的监测数据反馈，也扩大了深基坑工程实际有效监测的范围。具体的自动监测系统的监测内容可以涵盖挡土墙的应力状态，支持的位移、内力、支护桩的兴衰，应力状态的变化，土壤的位移和增加底部的基坑，地下水位的动态变化等。对于人工监控难以发现的项目位置，可以通过自动监控技术所使用的信息手段进行全天候动态监控，提高了监控工作的效率，保证了深基坑开挖的顺利进行。

4.2三维激光扫描仪技术

在三维激光扫描仪技术应用中，通过高速激光扫描测量的方法，可以快速获取被测对象表面的三维坐标数据信息，为建立物体的三维数字模型提供一种全新技术手段。通过利用激光测距原理，可以测出大量密集点的三维坐标，和传统单点测量相比具有明显优势。在现阶段，三维技术扫描仪技术在室内设计、建筑监测等领域得到了广泛应用，具有很好的应用效果。

4.3监测数据处理

仪器设备全部安装完成后，需要进行设备的调试，然后进行首次的监测数据采集工作，采集数据的间隔时间为20s，对正常框架柱、中水池、临近洗车库轨道及现状倾斜超限柱在施工注浆期间进行实时的24h数据采集。通过GPRS无线网络发送至数字化平台，由数字化平台对数据进行异常分析，对由于环境等外界原因引起的异常数据，自动进行判别，自动激发重新采集数据等操作。数据确认无异常后由数字化平台进行抽取分类，按照各数据采集系统的标识情况存入相应数据库，由数字化监测管理系统实时调用，真正实现全天候24h自动实时监测。

4.4保障工程安全，性能具备稳定性

深基坑工程在整体开掘过程中，具备着一定的危险性与不安全性，深度达到5m以上的基坑空间对于施工人员的作业安全是一种隐含的威胁。而自动化深基坑监测设备的埋设与使用，不仅全面提升了数据测算的精准度，也为施工人员提供了有效的安全保障。同时通过自动化监测系统的数据处理主机分析，可以对项目实施过程中的安全评定系统根据数据进行评价与分析，对比现在的数据以及历史监测数据，评价当前建筑结构的安全与稳定性，生成符合实际情况的安全报告。

4.5布设观测仪器

全站仪布局的过程中需要有一个稳定的基础，在铸造的过程中全站仪首先需要做一个螺旋钢筋笼，钢筋笼的螺钉连接作为一个整体，使底部的基础设施领域可以稳定连接，防止出现外界干扰的不利因素。该监控系统的构建与实现，可以集成計算机、信号处理技术、云计算等多种技术，以Windows操作系统为平台，HTML5、ASP、NET作为核心技术，开发一个多功能、易于操作的评价系统软件，可以对监测信息工程进行管理。另外，定角测量控制系统由多测角探头、传输设备、数据处理系统组成，斜管在测试中安装测角探头可以测量倾角管在垂直方向的重力轴上的倾角，当倾角探头发生变形时，可以通过处理数据采集模块对倾角加速度和倾斜角进行加速度测量，进行数据分析，将数据传输到数据系统，通过对比测量前后的变化，可以得到测斜仪管的水平位移，从而进一步测量结构的水平位移。

结语

监测测量工作可以对深基坑的土体土层状况有一个总体上的把握，有利于施工规划的科学性和合理性，相对于其他监测方法来说，测斜技术具有效率高、适应性强、数据精确等的优点，需要施工单位在施工正确合理的发挥测斜技术的优势，以促进深基坑施工质量的良好。

参考文献

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[2]李聪，吴立成.基坑围护结构深层水平位移监测方案设计研究[J].建筑结构，2018，48（增刊1）：800-803.

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