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技术专访第二十期 | 针对超大深基坑智能监控及预警系统的研究 ... ... ... ... ... .. ...

2019-7-2 11:38

编前语:深基坑的定义是什么?相信大家都知道,一般深基坑是指开挖深度超过5米(含5米)的基坑土方开挖、支护、降水工程为危险性较大的分部分项工程或地下室3层(含3层)或深度虽未超过5米,但地质条件和周围环境及 ...

编前语:
深基坑的定义是什么?相信大家都知道,一般深基坑是指开挖深度超过5米(含5米)的基坑土方开挖、支护、降水工程为危险性较大的分部分项工程或地下室3层(含3层)及深度虽未超过5米,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程,但根据住建局去年3月印发,6月1日开始实施的(危险性较大分部分项的工程安全管理规定),土方开挖深度超过3米的基坑即为危险性较大的分部分项工程,例如地下停车站、地铁车站的建设等。同时,依据地质条件分类,基坑的危险等级也不同,深基坑的支护成败,关系着建设周边环境的安全及坑内施工人员的生命安全,而在基坑支护工程中,确保基坑支护本身及周边环境的安全是首先必须要考虑的问题。

目前,随着城市化建设的不断发展,城市建设用地紧张化,既有建、构筑物周边地块的开发与利用越来越多,而面对这些工程事故多发的环节,探索运用现代信息技术也成了当代保证工程安全的重要手段之一,本次专访,我们就具体案例,针对深基坑的工程施工监测与预警分析研究展开讨论。

专家介绍:
王登杰,工学硕士,高级实验师。主要从事工程测量、精密测量及土木工程监控与检测技术工作,负责完成山东广电大厦、山东大众传媒大厦、山东省地矿局地质大厦、人民传媒大厦等二十几项超深大基坑工程的稳定监测及超高层建筑物的沉降观测工作。主持完成了三十多座大跨度连续刚构桥及斜拉桥的施工监控及检测任务。在国内外核心期刊上发表科研论文30多篇,其中EI5篇,授权发明专利10多项。主编教材二部,参编教材二部。

研究方向:
主要研究方向有,大型桥梁施工过程监控与检测及数据分析、深基坑工程施工监测与预警分析研究、结构工程检测与数据分析、大地测量与测绘技术实施与数据分析、工程测量与精密定位技术研究、建(构)筑物的变形检测与数据分析研究、管道地理信息采集与数据分析。

Q1:王教授,我们了解到您做了济南最大的深基坑监测项目,您能简单给我们介绍一下项目背景么??

王教授:济南恒大国际金融中心是恒大集团在济南重点打造的大型城市综合体项目,位于济南市槐荫区体育公园东地块。规划用地面积10.86公顷,地上规划总建筑面积76万平方米,地下规划总建筑面积约35万平方米。主楼高度:518m,地上95层;裙房高度:37.2m,地上3层;地下室:地下4层,最大深度22m。更值得一提的是,它是山东第一高度,在全国在建高楼中排名13名。

基坑平面总面积约44000平米,基坑挖深约22米,南北长458米,东西宽260米,为超大深基坑工程。基坑工程的四周支护结构采用桩锚支护。基坑支护结构的安全等级为一级。


Q2:针对该项目,我们的建筑基坑自动化监测系统,有哪些部分组成?具有哪些功能呢?

王教授:为实现超大深基坑的无人值守、远程控制的连续在线监控制与检测,我们建立了建筑基坑自动监测系统。此监测系统既可以在监测站现场独立连续运行,也可以通过布设到现场的无线局域网和远程桌面控制方式对其进行远程操作、查看和下载数据等。

而此智能监测及预警系统基本上是由四部分组成:监控传感器、数据处理与成果呈现、数据采集与传输、数据分析与报警系统。


Q3:该自动化变形监测系统是怎样的运行模式呢?与传统的监测模式相比,有哪些更可观的优势?

王教授:整个系统是无人值守自动化变形监测系统,项目主要由三个部分组成——传感器部分、数据采集与传输部分、数据呈现与控制部分。而针对两种监测模式的对比来说:

传统方式:人工检测为主,环境恶劣,交通偏远,成本高,且不少场景不利于作业,人员安全受威胁。评估受人为因素影响大;单次性,缺乏连续性和系统性;对事故灾害的发生不做能做及时监控推送;处理结果繁琐低效,缺乏创新点。 

自动化监测系统:省去人力,采用自动化监测设备取代人工的方法,减少人员安全威胁;自动化设备采集,能够保证数据采集的客观性、实时性和连续性,对后期对整个结构的分析具有一定参考价值;平台直接处理数据,省时省力,新技术的应用(大数据时代)。

Q4:在监测方法及传感系统建设方面有哪些内容,您能跟我们做些分享吗?

王教授:当然可以。主要内容主要分为6个方面,包括基坑监测控制网的建设、基坑水平位移及竖向位移监测、基坑深层水平位移(测斜)监测、基坑锚索拉力监测、基坑支护状结构内力监测、基坑水位监测。

1.监测控制网的建设


2.基坑水平位移及竖向位移监测

基坑水平和竖向位移监测点采用同一个,均采用强制对中装置
观测方法一:基于差分技术的空间三维坐标法;
观测方法二:基于距离收敛的基坑水平位移监测方法

3. 基坑深层水平位移(测斜)监测

基坑支护结构深层水平位移监测,也称为测斜监测。是了解基坑开挖过程中基坑支护结构不同深度的水平位移和变化趋势,判断基坑支护结构的工作状况,分析支护结构的作用,验证设计计算结果,确保基坑支护结构和周边环境的安全。

智能深层水平位移监测采用:导轮式固定测斜仪。


4. 基坑锚索拉力监测

锚索拉力监测是采用振弦式锚索测力计,监测锚索的拉应力的变化情况,并及时掌握基坑施工过程中预应力锚索的锚固力的变化情况,避免因锚索的锚固破坏,引起局部支护系统失稳乃至整个支护系统失败。

5. 采用钢筋应力计监测支护桩结构钢筋的应力,然后通过钢筋与混凝土共同工作﹑变形协调条件反算支护桩结构的弯矩和轴力,进而可有效判断支护结构的稳定状况,避免因支护桩破坏,引起局部支护系统失稳乃至整个支护系统失败。


6. 基坑周围地下水位监测

使用振弦式渗压计(水位计)进行在线监测,振弦式渗压计是一种测量渗流水或静水压力的传感器。
水位计通过一条钢线缆悬挂在河道里,为了确保监测的准确性消除误差影响,拟在河道里投入2个水位计。安装GPRS在线监测系统,以便在室内进行数据的动态实时监测。


王教授:地下水监测系统主要由水位监测中心主站、通信网络、现场监测设备三部分组成,利用前端监控、数据采集设备的数据远传通讯功能和系统软件功能实现。


Q5:根据基坑监测的安全等级、地质条件、环境等诸多的因素影响,该项目的安全监控级别是怎样的一个划分?又怎样实现监控预警值的判断?

王教授:
根据基坑监测的安全等级、建筑物类比经验、地质条件、环境因素和建筑物稳定性等诸多因素,我们将该项目的安全监控级别划分为5级。

红色警戒状态
对应于基坑支护结构已出现整体失稳的各种迹象,应采取紧急工程措施抢险或对人员设备进行撤离;
黄色预警状态
对应于基坑支护结构已出现潜在与局部失稳的一些迹象,除正常工程措施外,还应着手于预案启动准备;
蓝色常规状态
总体上按正常工程措施实施或运行即可
绿色基本稳定状态
对应于基坑支护结构基本稳定,尚未实施的工程措施可适当滞后实施或局部优化;
白色稳定状态
对应于基坑支护结构已稳定,对尚未实施的工程措施可进行优化。


监控预警值的判断
(1)当基坑支护结构位移-时间曲线出现拐点、深层和表面变形方向与地质结构特征逐步趋向统一、支护结构表面出现裂缝等现象时,可作为一、二级监控标准的判识,进入预警和警戒监控状态。
(2)当基坑支护结构监测效应量-时间曲线变化平缓、无IV级以上不利地质结构面存在、巡视检查成果一切正常时,可作为三级监控标准的判识,进入常规监控状态。
(3)当基础教育同监测过程中,监测效应量-时间曲线变化平稳,经历过2~5个雨季的考验五异常情况后,可作为四、五级监控标准的判识,进入基本稳定-稳定监控状态。

注 :本文摘自山东大学土建与水利学院王登杰教授在2019年结构安全监测技术交流会【山东站】的演讲报告《超大深基坑智能监控及预警系统》 ,感谢王教授的分享。

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