浅谈钢板桩基坑监测技术的应用与发展

莫观琦,王艳丽,谭旻昊

华汇工程设计集团股份有限公司,浙江 绍兴,312000

摘要：近些年来，钢板桩逐渐在我国各种工程中大量运用，而监测工作则在保证基坑工程安全、稳定方面发挥着重要作用。本文将会对当前钢板桩基坑工程各主要监测技术的优缺点进行总结，指出传统监测设备的不足，方法需要改进等问题。最后，提出自动化监测技术等基坑智能监测系统，这决定新技术能否实际应用于钢板桩基坑监测工作，对指明未来钢板桩基坑监测技术的发展方向具有决定意义。

关键词：钢板桩； 基坑； 智能监测

Talking about the utility and improvement of metal sheet pile basis pit monitoring technological know-how

Abstract: In current years, metal sheet piles have steadily been broadly used in more than a few tasks in our country, and monitoring work performs an essential function in making sure the protection and steadiness of basis pit projects. This article will summarize the benefits and hazards of the contemporary essential monitoring applied sciences for metal sheet pile basis pit engineering, and factor out the shortcomings of regular monitoring tools and techniques that want to be improved. Finally, an smart monitoring machine for basis pits such as automatic monitoring technological know-how is proposed, which determines whether or not the new science can be utilized to metal sheet pile basis pit monitoring and is of decisive importance for pointing out the future improvement route of metal sheet pile basis pit monitoring technology.

Key words: steel sheet pile; foundation pit; intelligent monitoring

0引言

近些年来，随着我国经济的迅猛发展，城市的地下空间也得到了较大的利用，基坑工程朝着更大面积、更大深度扩展。基坑工程由于工程地质复杂、施工环境恶劣、工程不可逆性等特点，面临诸多困难，而建设密度更是在大大增加，时常需要在城市中心地带进行开挖，周边的环境也比较复杂多变，基坑开挖附近紧挨大量管线、建筑物和地铁构筑物等，面临的技术挑战和施工风险越来越大[1]。钢板桩作为一种新型的建工材料，由桩身挡板和两边连接锁扣组成，止水性好，耐久性强，使用寿命可长达50年，钢板桩围护施工对环境的破坏小，施工便捷，工期较短。目前被大量地运用于基坑支护、防洪抢险码头航道建设等工程中，而且重复使用率较高，安全可靠。此外，钢板桩对施工空间的要求低、不受天气条件的约束。它作为新型的绿色环保结构，越来越多的用于工程建设中，成为了名副其实的“21世纪建筑领域中的革命性材料”[2]。

本文对当前钢板桩基坑工程中主要的监测技术的优缺点首先进行总结，指出监测设备革新、理论与数据处理方法改进等因素是决定新技术能否实际应用于钢板桩基坑监测工作的关键要素。最后，提出未来钢板桩基坑监测技术的重要发展方向。

1传统监测的应用现状

1.1测斜仪监测技术

测斜仪监测技术通常用于深层水平位移的监测中，测斜仪是一种可以精准地测量沿铅垂方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器，测量方法为将测斜管埋设在围护墙体或周围土体内，驱动测斜仪在测斜管内上下移动，量测各深度处水平位移，具有操作简单、测量精度高等优点。近年来出现了可通过电机驱动自动提线的测斜仪，进一步提高了工作效率。

1.2水准仪监测技术

水准仪通常用于基坑竖向位移的监测中，具有精度高、成本较低等优点，近年来随着数字电子水准仪的出现及发展，进一步提高了作业效率。但是水准仪测量只能人工进行，工作效率较低，且测量结果易受温度、距离等因素影响。所以，随着城市的快速发展，这种监测技术已经跟不上发展的步伐。

1.3全站仪监测技术

全站仪监测技术则通常用于基坑水平位移的监测中，监测方法包括极坐标法、小角法、自由设站法等。近年来随着全站仪测量精度的提高与测量理论的更新，全站仪也逐渐被引用到基坑的竖向位移监测中，一些学者的研究也验证了其应用于竖向位移监测的可行性与有效性。

传统的监测手段，通过监测人员架设监测工具，进行人工测量，再汇集数据进行分析，而后反馈至相关单位，这样的过程极为繁琐而且没有效率，极不符合施工现场对监测时效性的要求。在基坑开挖时，只有对周围土体和支护结构进行全面的监测，才会对工程有系统的认识。所以，目前大量学者针对于此，发明了大量有效且实时的智能监测系统，其能够动态跟踪基坑的变化趋势，预测潜在的不稳定区域。对基坑进行实时监测，进而对基坑的监测结果进行分析，总结该地区基坑的变形规律，为以后具有类似情况的工程具有指导意义。

2智能监测技术的发展

2.1合成孔径雷达干涉测量技术

近年来，通过采用合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术、全球卫星定位系统（GPS）等技术监测地面沉降可以获取地表高程的变化[3]。而作为迅速成熟与发展起来的一种对地观测技术，合成孔径达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)可以获取高精度地表形变信息，具有大范围、全天候、高时空分辨率等优点，因而在地表形变监测领域中受到了广泛关注。

差分雷达干涉测量技术（differential interferometric synthetic aperture radar，D-InSAR）则是在传统的InSAＲ技术进行改进得到的，进而实现变形监测智能评价和安全预警。但常规D-InSAR的测量精度往往受时间、空间失相干以及大气延迟等问题的影响，同时还具有较低的时间分辨率等缺点。为了突破D-InSAR技术的这些限制，相关学者提出多相InSAR技术（multi-temporal INSAR,MT-INSAR）来进行高精度的形变监测，如永久散射体（persistent scatterer INSAR,PS-INSAR）、小基线集（small baseline subsets INSAR,SBAS-INSAR）和分布式散射（distributed scatterer INSAR,DS-INSAR）等。此外，为了弥补D-INSAR或MT-INSAR技术只能获取LOS形变缺，学者提出多孔径INSAR（multi-aperture INSAR,MAI）技术来获取方位向（即卫星飞行方向）上的形变信息。以上这些技术已广泛应用于各类形变监测中，如城市地面沉降、矿区沉降、地震及板块运动、火山喷发、基础设施变形、冰川漂移、冻土形变、滑坡等。

2.2分布式光纤感测技术

作为另外一种较新的监测技术--分布式光纤感测技术，其能够获得地面沉降过程中多场多参量数据，实现精细化的沉降过程监测，近些年已被试用于基坑沉降监测中。分布式光纤感测技术分为全分布式光纤监测技术布里渊光时域反射技术（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry，BOTDR），和准分布式光纤监测技术布拉格光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）两种[4]。BOTD技术是基于入射光波与声波或传播的压力波在光纤中传播时产生的非弹性碰撞而出现的光散射，可以看成入射光在移动光栅上的散射。FBG技术是通过改变光纤芯区折射率，使其产生小的周期性调制而形成的。当温度或应变改变后，光纤的折射率发生了改变，从而引起光栅波长偏移。光纤监测技术为研究地面沉降提供了更精细化的监测手段，对重点层位的控制与治理具有重要意义。

2.3三维激光扫描技术

三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期激光应用研究的又一项重大突破，它是“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”[5]。三维激光扫描技术具有效率高、数据量大、速度快等优点，因此三维激光扫描技术在基坑监测中得到广泛应用。三维激光扫描技术能够克服传统监测方法的弊端，在节省大量人工和时间成本等具有一定的优越性，能利用激光监测技术准确和清晰地展现基坑的变形情况，提高工程变形监测的数据管理能力及数据处理效率，为监测单位、咨询单位、业主单位等提供了便利，加快了城市工程建设的数字化、智慧化的进程。三维激光扫描技术应用于基坑变形监测中，可同时监测基坑水平与竖向位移情况，具有高精度、高效率等优点，但也存在易被遮挡、成本昂贵等不足。而且三维激光扫描技术能够实现毫米级的变形监测，具有效率高、完整度大以及可复制性强等一些优点。

3结论与展望

钢板桩基坑现在主要通过传统的人工方式进行监测，人工成本高、工作效率低和测量结果易受人为因素影响较大等不足，甚至会出现因监测数据实时上传失误而导致钢板桩基坑误报警的情况，而自动化监测技术能很好的解决人工监测存在的问题，同时还具有实时监控、全天候监测等优势。通过智能监测技术可实现监测工作的规范化、系统化与信息化，是钢板桩基坑监测工作未来的重要发展趋势。

实时动态监测系统正处于发展上升期，是集数据采集、数据传输、分析处理、预警发布于一体，由于整个链条的相互关联性，任何一个环节出现故障就会导致系统无法正常工作，因此要定期对监测系统维护保养，以保障系统的正常运行[6]。监测仅仅是手段，预警才是目的。自动化监测技术能够弥补人工监测的不足，同时有利于构建全面的基坑监测系统，是未来钢板桩基坑监测技术的重要发展趋势。

参考文献

[1].胡杰, 浅议基坑监测技术应用现状与发展方向. 建筑监督检测与造价, 2021. 14(02): 第32-35页.

[2].樊金平, 高秀梅, H+Hat组合型钢板桩基坑支护结构三维数值模拟研究. 铁道勘察, 2014. 40(06): 第64-68页.

[3].朱建军, 李志伟, 胡俊, InSAR变形监测方法与研究进展. 测绘学报, 2017. 46(10): 第1717-1733页.

[4].吴起帆等, 基于光纤感测技术的盐城陈家港地面沉降精细化过程研究. 苏州科技大学学报(工程技术版), 2021. 34(02): 第14-20页.

[5].陶钧, 刘胜男, 三维激光扫描技术在隧道收敛监测中的应用. 安徽建筑, 2020. 27(12): 第144-145页.

[6].卫建东, 现代变形监测技术的发展现状与展望. 测绘科学, 2007(06): 第10-13+204页.