某船闸基坑监测重难点及方案分析

张银 华设设计集团股份有限公司 华设检测科技有限公司

基坑监测可以很好地指导基坑工程的安全施工，在基坑开挖过程中及时掌握基坑变形是基坑施工能否顺利开展的重要前提。水运工程中的基坑监测缺少行业标准作为依据，现在大部分的船闸基坑监测方案都是参照其他行业标准和经验制定，因此在制定监测方案的过程中就需要充分了解基坑的水文、地质等情况。本文依托某船闸基坑工程，对其监测重难点及方案进行分析和总结，提出合理化监测方案及建议，以保证监测方案更为有效地实施，并指导施工工序。

1.工程概况

某船闸工程在进行船闸、节制闸、泵站主体结构施工时，需采用大开挖基坑方式全年进行干地施工，根据船闸、节制闸与泵站主体结构布置及总体施工组织设计，船闸与节制闸、泵站共用一个基坑，主体基坑长度约670m，宽度约300m，土方开挖总方量约为98万m³。基坑平面布置图如图1所示。

图1 基坑平面布置图

2.监测重难点分析

2.1 上下游围堰

上下游主围堰采用重力式土围堰结构形式，为主体基坑的重要组成部分，采用粘土填筑碾压而成。基坑成形后，主围堰主要用于拦截基坑外河水，在使用期间，需承受基坑外水头压力，并兼具防渗作用。

（1）由于围堰是填筑而成，围堰自身沉降固结需要一定的时间，在围堰填筑完成后即需对围堰沉降进行监测，并根据沉降情况确定围堰内抽水时间。

（2）基坑抽水完成后，围堰即承担挡水作用，承受单向水头压力，围堰自身的安全稳定性至关重要，应对围堰堰体稳定情况进行监测。

（3）上游围堰处于老节制闸口门范围，在运行过程中，受节制闸引水排涝影响，长期受水流正面冲刷，受到水流的正面冲击力，在该段落应对围堰外侧坡面的沉降位移加强监测。

2.2 基坑东侧

本工程主体基坑东侧紧邻地方民房建筑，周边建筑物较多，其中上闸首、下闸首及下游导航墙位置不具备开挖条件，采用单排灌注桩+锚索作为支护结构，同时为防止基坑降水对周边建筑物产生不利影响，设置了封闭截渗帷幕。

（1）主体基坑东侧排桩支护属于安全风险较高结构，尤其距离周边结构物最近位置，施工过程中需重点对支护结构的位移进行监测。

（2）因基坑降水可能对周边建筑物造成影响，在基坑降排水期间，对基坑东侧截渗帷幕外围的地下水位需进行及时监测，以便及时采取补水等措施。

（3）基坑东侧民房建筑较多，在基坑开挖期间，需对周边民房建筑等构筑物开展监测，以及时了解周边建筑物受影响情况。

2.3 基坑西侧

主体基坑西侧全部采用放坡形式开挖，且西侧无外围建筑，属于开阔地带，整体来说，基坑西侧边坡属于安全风险相对较低范围，在基坑开挖期间，按照规范要求，对基坑边坡开展沉降、位移监测。

3.监测内容

基坑内的边坡、支护结构和基坑外部的环境，共同组成了基坑监测的内容。考虑到监测目的和支护设计要求，确定监测项目主要有：支护结构顶部水平和竖向位移；围堰及基坑东侧深层水平位移；基坑东侧内外土体地下水位变化；周边建筑物的沉降、位移。施工期间的基坑监测贯穿于主体工程施工全过程。

4.测点布设

4.1 基坑顶部（支护顶部）沉降位移监测点

基坑边坡、支护顶部沉降位移监测点布设在主体基坑、填土围堰顶部，采用沉降位移监测墩，监测墩间距不大于20m。监测墩中心距离基坑边坡顶、填土围堰顶部分别为2m、1m，除围堰两侧布置外其余均布置在基坑侧。有支护的部位沉降位移监测点布设在支护顶部，使用监测钉，间距不大于20m，根据主体基坑平面布置情况，共计布置61个点，编号WY01～WY61。

4.2 深层位移监测点

在基坑东侧钻孔灌注桩支护上设置深层位移监测点3 个，编号SCWY1～SCWY 3；上游围堰上设置深层位移监测点4 个，编号SCWY4～SCWY 7；下游围堰上设置深层位移监测点2 个，编号SCWY8～SCWY9。共计设置9个深层位移监测点。

4.3 基坑内外地下水位监测点

在基坑东侧民房建筑物周边，以及基坑内主体结构位置分别设置地下水位监测点，地下水位采用井点监测法进行。共计布置16口监测井，井深15米，编号为GCK01～GCK16。

4.4 周边建筑物沉降、位移监测点

本工程基坑周边建筑物主要布置在东侧，多民房建筑，在基坑东侧靠近基坑民房设置沉降位移监测点，共计布置55个点，编号为SSY01～SSY55。

5.监测方案

5.1 人工监测方案及方法

（1）位移监测。主体基坑位移监测使用全站仪，按照一级导线测量的技术要求，采用极坐标法进行监测。位移监测时监测人员首先将全站仪置于位移监测工作基点上，后视另一基点或校核基点，监测各个监测点的坐标。监测时必须输入温度及气压改正值，以尽量减小天气情况所引起的测量误差。坐标监测完成后需再次对后视进行监测，后视角度或坐标偏差较大时应重新后视、监测。每次位移监测应在较短的时间内完成，测过程中及时做好测量记录，并且记录每次测量时的气象条件、施工进度和现场工况，以供监测数据分析时使用。

（2）沉降监测。主体基坑沉降监测使用水准仪，按照三等水准技术要求进行水准监测。监测时首先仪器架于事先确定的置仪点，后视相应的沉降监测基准点，前视第一个沉降位移监测点，以后依次搬站向前监测。进行沉降监测过程中，每次监测时遵守“四固定”原则，即：监测所用仪器及水准尺固定；监测人员固定；采用相同的监测路线和监测方法；监测的环境条件基本相同。此外，每次监测应保证在较短的时间内完成，减小各种因素对监测数据的影响。

（3）深层位移变形监测。深层位移变形监测需要先安装测斜管，再采用测斜仪对土体深层位移进行监测。测量放线定位后，支护上的测斜管按如下要求安装：首先将测斜管逐节进行预接，打好钏孔，并要对接处对准标记及编号，底部测斜管下端应密封端盖。对接导槽应对准，钏钉孔应避开导槽；按测斜管的对准标记和编号逐节对接、固定和密封后，将测斜管固定在灌注桩围护结构钢筋笼内侧；测斜管随着围护结构钢筋笼下入桩孔，注意将一对导槽对准基坑方向；在测斜管的上端加管盖保护；浇筑前在测斜管内注满清水。

测斜管应在基坑开挖1 周前埋设，埋设时应符合下列要求：埋设前应检查测斜管质量，测斜管连接时应保证上、下管段的导槽相互对准、顺畅，接头处应密封处理，并注意保证管口的封盖；测斜管长度应不小于所监测土层的深度；当以下部管端作为位移基准点时，应保证测斜管进入稳定土层2～3m；测斜管与钻孔之间孔隙应填充密实；埋设时测斜管应保持竖直无扭转，其中一组导槽方向应与所需测量的方向一致。

（4）地下水位监测。在监测点处打水位观测井，每个观测井顶面设置高程点，采用测绳测量井口往下到井内水面的深度，结合井口高程算出地下水位。

（5）巡视监测。基坑工程整个施工期内，每天均有专人进行巡视检查。

5.2 自动化监测方案

（1）自动化检测系统。自动化监测系统由监测仪器（传感器、数据采集仪、无线传输设备）和监测数据管理云平台组成。监测系统对监测数据进行处理、分析、预测以及分级报警，实现自动化监测管理。自动化的实施节省了人工成本，长期效益显著，同时对保障监测人员安全，保证更及时地反映施工信息，对项目实施者更快做出决策和判断具有重大意义。

①监测数据管理云平台。监测数据管理云平台是针对监测单位人员、设备等信息以及挠度监测数据进行自动智能化管理以及分析预测的平台系统。使用者面向监管部门、监测单位、监理单位、设计单位等，为公司平台管理员、监测单位负责人、技术主管和监管员等用户建立工作账号后，可以实现监测数据录入与上报、监测数据管理、短信告警、系统维护等功能。

②监测数据上传。通过自动化采集系统采集数据，然后将数据自动化上传至智能数据云平台，智能数据云平台可以将收到的监测数据进行汇总，分析，以及展示，并且平台有自动上传和手动上传两种方式，可以兼容上传人工观测的数据。同时可在监测数据发生超限变化时对监测人员以及业主进行预警。不仅如此，业主也可在需要的时候登陆平台自行查阅本项目的相关资料，实时数据。

（2）监测方法。

①桩身倾斜监测。采用倾角计对桩身倾斜进行监测，传感器安装时应尽量保持传感器安装面与被测目标面平行，并用螺钉将传感器固定紧，防止晃动。安装完成后可以通过命令设置相对零点，则以这个安装面为零点开始计数。保证传感器安装面与被测物体的安装面要完全紧靠，不能有夹角产生；传感器轴线与被测面轴线平行，两轴线之间尽量不能有夹角产生。倾角计测量范围为±30°，分辨率为0.001°，精度为0.01°。

②沉降监测。采用静力水准仪对土体进行沉降监测。静力水准系统一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常采用一体化模块化自动测量单元采集数据，通过有线或无线铜须与计算机连接，从而实现自动化观测。该传感器采用防水防震设计，使用年限达5年，可在特种条件下使用。静力水准仪量程为0.2～2000mm，分辨率为0.001mm，精度是±0.2mm。

③深层水平位移监测。深层水平位移通过微型测斜仪进行监测，埋设模式为一次性埋入测量单元，通过X,Y,Z三轴±180°同时测量，将无线数据传输至数据采集系统，位移变化数值自动累加计算。配套太阳能供电系统。微型测斜仪测量范围为±30°，分辨率为0.001°，精度为0.015°。

④地下水位监测。采用水位计监测地下水位。配套太阳能供电系统。水压计的感应部件由透水石、感应板组成。感应板上接振弦传感部件，振弦感应组件由振动钢弦和电磁线圈构成。止水密封部分由接座套筒、橡皮圈及压紧圈等组成，内部填充环氧树脂防水胶，电缆由其中引出。水位计测量范围0.2～6MPa，分辨率≤0.08%F.S，综合误差≤1.5%F.S。

⑤周边建筑物沉降。周边建筑物沉降采用测量机器人进行监测。测量机器人又称自动全站仪，是一种集自动目标识别、自动照准、自动测角与测距、自动目标跟踪、自动记录于一体的测量平台。测量机器人在高温、高湿、低温、多尘等各种复杂场景均可稳定运行，可进行全天候巡检监测。多传感器集成实时融合感知全场景多维度监测感知。

6.结论与建议

6.1 结论

（1）该船闸基坑施工规模较大，涉及的监测内容较多，采用传统的人工监测的方法可以全方位了解基坑结构变化情况，但是实际操作起来耗时耗力，而且监测出的数据存在较大主观因素。

（2）自动化监测具有自动采集设备，平台连续不间断自动采集数据并存储记录，还可以绘制出各项监测项目单点或多点趋势过程线，对数据图表进行分析。具有远程登录、远程访问、远程管理、运行软件远程维护功能。大面积监测的话成本较高。另外，施工现场大型施工机械较多，因此线缆铺设范围较多的话容易造成损坏。

6.2 建议

（1）监测方案可以以人工监测为主，对于上下游围堰、东侧居民区等重点位置可以实行自动化监测。这样既可以对比人工监测和自动化监测的数据，提高监测数据的真实性，又可以降低监测成本。

（2）自动化监测传感器配套使用太阳能电池板供电，需要考虑现场阴天或梅雨季节时的供电能力问题，建议准备充电器，必要时对电瓶进行人工充电；由于部分传感器会处于水中，考虑到传感器质量问题，建议备用多个传感器；现场尽量铺设较少的传感器线缆，避免被大型机械压断。