一种位移观测墩在基坑工程监测的应用

一种位移观测墩在基坑工程监测的应用

陈东浩，郑岳雄，谢嘉歆

深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心，广东 深圳 518000

摘要: 本文提出一种观测围护墙顶部位移的监测设施，主要用于制作围护墙（边坡）顶部水平及竖向位移监测点。该观测墩具有可实施性、标准化，减少人工、提高作业效率、节约成本，提高测点稳定性、安全性，提高监测数据精度、准确度，提高作业过程安全性，利于自动化监测的运用。

关键词: 测量；基坑监测；位移观测；位移墩

[中图分类号] TU753   [文献标识码]A[文章编号]

Application of displacement observation pier in foundation pit engineering monitoring

Chen Donghao ,Zheng Yuexiong,Xie Jiaxin

（Shenzhen Building Safety and Construction Quality Testing and Appraisal Center, Shenzhen University, Guangdong 518000, China）

Abstract:This paper presents a monitoring facility to observe the top displacement of the parapet wall, which is mainly used to make the horizontal and vertical displacement monitoring points of the top of the parapet wall (slope). The observation pier is implementable, standardized, reduces labor, improves operation efficiency, saves cost, improves the stability and safety of the measuring point, improves the accuracy and accuracy of monitoring data, and improves the safety of the operation process, which is conducive to the application of automatic monitoring.

Key words: measurement; Foundation pit monitoring; Displacement observation; The displacement of the pier

0引言[1]

城市的发展，用地的紧缺、受限，基坑工程不断往深、大规模发展。基坑工程往往在人口交通密集区域，施工过程一旦出现险情，失事，影响和损失将无比巨大[1]。基坑监测作为施工的眼睛，指导信息化施工。围护墙顶部位移监测传统的监测方法效率低、精度低，数据真实性、准确性难以把握。在基坑监测实施过程中，研发了一种便于观测围护墙顶部位移的监测设施，从而提高监测人员作业安全，省时省人工，提高监测精度、效率，保证监测质量。

1 位移监测

1.1 传统位移监测

围护墙或基坑边坡顶部的水平和竖向位移监测点沿基坑周边布置。水平和竖向位移监测点宜为共用点[2]。传统的布点材料采用钢筋（或十字钉），将钢筋植入基坑冠梁顶部或基坑边坡顶部土体，然后在钢筋顶部刻十字丝[3]。每期监测时，需由多人搭配完成。水平位移监测，主要使用全站仪+棱镜（对中杆），跑杆人员将对中杆立在测点上，对中整平后再由全站仪操作员照准观测，该测点观测完成后到下一观测点，重复跑点、对中、照准观测工作，直至基坑全部水平位移监测点观测完毕；竖向位移监测类似水平位移监测操作，需要3个测量人员才能完成水准测量，主要使用水准仪+水准尺，同样需要重复跑点、对中、照准观测工作。这一传统测量方式存在以下几个问题。

1）工人成本高，每次监测均需多人配合才能完成；

2）工作效率低，监测过程存在跑点、对中、整平等一系列重复工作；

3）测量精度低，人工操作步骤多，仪器对中整平频次多，误差传播大，易影响整个测量精度；

4）存在安全隐患，每期监测时，跑杆人员均需站立在基坑边缘。

1.2 现代位移监测

随着高精度、高性能全站仪及固定型棱镜在监测行业中投入使用，部分取代传统位移监测中布点方式及监测方法，其优点主要体现为：

1）减少部分人工，无须搭配多人；

2）提高作业安全，无须人工到基坑边跑杆立尺；

3）减少监测误差。

常见的用于测量围护墙顶部位移的棱镜为L型小棱镜。当测点布设在支护结构上时，通常直接利用冲击钻将膨胀螺丝打进支护结构顶（冠梁顶），然后安装；布设在放坡段时，通常开挖长50cm、宽50cm、高50cm正方体坑并浇筑混凝土，待混凝土凝固后在其上方安装棱镜。这种测点布置方法基本可保证测点的牢固、稳定，可反映被测对象的位移变形情况。但在长期的监测过程中，易出现以下问题：

1）棱镜高度约6cm，贴近于地面，镜面易受尘、受污，需经常维护；

2）棱镜为小构件，不显眼，现场施工易破坏测点；

3）当处于放坡段时，地面材料堆放或后期草木生长，易遮挡测点。

图1 现场布点图

Fig. 1 Spot layout diagram

1.3 新型位移观测墩

针对传统布点方式及现有布点方式存在的弊端，在监测过程中，研发了一种便于观测围护墙顶部位移的监测设施（以下简称“位移观测墩”）。位移观测墩主要由保护盖、L型小棱镜、膨胀螺丝、ABS工程塑料管、PVC管、螺纹钢筋、底座及砂浆制作完成。

图2 位移观测墩结构图

Fig. 2 Structure diagram of displacement observation pier

图例说明：

1. 保护盖（PVC材质）
2. L型小棱镜
3. 膨胀螺丝（直径10mm，长度100mm，预埋）
4. ABS工程塑料管（直径70mm，长度120mm，内填充砂浆预制）
5. PVC管（直径110mm，长度3500~5000mm，内填充砂浆）
6. 螺纹钢筋（直径12mm，长度3000mm，预埋）
7. 底座（长3500mm，宽3500mm，高100mm，砂浆砌筑）

其制作过程为：

1）预制件制作

取ABS工程塑料管，直径70mm、长度120mm，底端封口，管内填充砂浆，同时预埋膨胀螺丝，规格选取直径10mm，长度100mm，预制件凝固后将棱镜安装在膨胀螺丝上。

图3 预制件示意图

Fig.3 Schematic diagram of the prefab

2）现场制作：

a)凿毛处理，测点位于冠梁段时，对冠梁表面进行凿毛处理，处理面积为35cm*35cm；

b)钢筋植入，测点中心位置钻孔植入单根Φ12钢筋，植入深度不小于10cm，外露长度20cm；

c)套管安装，将Φ110PVC管套住预埋钢筋，PVC管长度根据现场调节，一般在35~50cm之间，安装固定，必须保证垂直度；

d）底座模板安装，木模尺寸按长36cm、宽10cm、厚1cm定做，关模保证内尺寸长35cm、宽35cm、高10cm即可，同时考虑便于拆除；

e)水泥砂浆浇筑，内模及套管内砂浆填充密实，另将预制件放入PVC管内，调整棱镜观测方向，之后安装棱镜上方PVC保护盖；

f)待砂浆凝固后，拆除底座模板，底座上漆，红白间隔，同时PVC管粘贴反光条，标识牌。

位于放坡段时，需做好土方基础夯实及混凝土浇筑，上部安装一致。整体效果可见下方形象图。

图4 位移观测墩形象图

Fig. 4 Image of displacement observation pier

2 工程应用

2.1工程概况

某基坑开挖深度约为13m,开挖周长约1180m，开挖面积约为61266㎡，基坑支护形式主要采用桩锚支护，基坑安全等级为二级。

2.2测试分析内容及效果

2.2.1可实施性

该基坑共设置40个围护墙顶部（水平及竖向）位移点，位置均在冠梁顶。采用普通的棱镜布设易被遮挡，而这种新型位移观测墩可通过调节PVC管节高度控制棱镜视线的高低，从而避免遮挡等问题，且不失稳定性。

图5现场对比图

Fig. 5 Field comparison map

2.2.2测点标准化

按固定材料、规格尺寸，统一方法制作测点，首先可保证测点的整体质量，其次美观，便于识别，利于保护。

图6现场对比图

Fig. 6Field comparison map

2.2.3减少维护工作

传统或现代监测点贴近地面，易受尘、受污、遮挡、覆盖。每期监测（1~2天）前都要进行测点检查与维护。新型观测墩棱镜离地高度约30~50cm，基本不受地面尘土、溅水影响或材料遮挡，监测期间测点约15天做一次检查与维护，维护工作量约为传统或现代监测点的1/8~1/15。

图7测点维护柱状图

Fig. 7Bar chart of measurement point maintenance

2.2.4减少人工、提高作业效率、节约成本

按传统监测点进行监测，需要进行人工跑点、对中、照准观测工作，平均每个测点（水平及竖向共同考虑）耗时约3~5min，该基坑测点40个，每期监测总耗时约为120~200min。按现代监测点进行监测，每期监测前需进行测点维护工作，平均每个测点耗时约2~3min，加上监测时间，平均每个测点耗时30S，每期监测总耗时约为100~140min。按新型观测墩进行监测，平均每个测点耗时30S，加上每15天进行一次维护工作，一次耗时约80~120min，每期监测总耗时约为30~40min。新型观测墩监测耗时约为现代监测点监测耗时的1/3~1/4，约为传统监测点监测耗时的1/4~1/5。若考虑多人配合过程协调性延误，所缩短的时间将更多。

使用该新型观测墩，省时省人工，随着人工成本不断增长，其效果将更为显著。

图8监测耗时曲线图

Fig. 8Monitoring time curve

2.2.5测点稳定性、安全性、数据精度、准确度提高

该基坑开挖周期约18个月，除1个测点受出土口影响重布外，其他测点均一次布点，监测期间测点未发生破坏情况，保障了监测数据的连续性。采用固定路线观测，减少人工操作，减少误差传播

[4]。

2.2.6提高作业过程安全性

使用该新型观测墩，无须人工经常性到基坑边维护，无须人工到基坑边跑杆立尺，大幅度提高了作业过程安全性。

2.2.7利于自动化监测的运用

基坑自动化监测系统将在发展中逐步取代传统的人工监测。测点的稳定性保障了仪器自动化监测的可实施性。

3 结论

围护墙（边坡）顶部水平位移和竖向位移是各等级基坑应测项目，为重要监测项目，监测过程必须保证数据的真实、准确、连续。但目前其监测点埋设方法不一，且存在较多弊端，且随着对施工安全性一再提高，对监测水平及其工作环境提出了更高的要求。本着监测职责，笔者认为监测人员应在工作中从自身安全出发，把控监测数据，数据说话，指导施工，从而避免安全事故的发生。笔者认为该位移观测墩在监测过程中具有可靠性、实施性、建议推广使用。

参考文献：

[1] 建筑基坑施工监测技术标准：GBJ/T 15-162-2019.北京：中国城市出版社，2019.

[2] 建筑基坑工程监测技术标准：GB50497-2019.北京：中国计划出版社，2020.

[3] 彭伍全, 陈迎春. 某医院外科大楼深基坑支护结构设计及监测分析[J]. 广东土木与建筑, 2014(10):4.

[4] 工程测量标准：GB 50026-2020[S]北京：中国计划出版社，2020.

[作者简介] 陈东浩，本科生，工程师， E-mail: 912522489@qq.com

[收稿日期]