建筑物基坑監(jiān)測(cè)及其數(shù)據(jù)分析方法探討

葉永鋒

摘 要:在大型工程建設(shè)中,往往需要進(jìn)行基坑開(kāi)挖。由于基坑內(nèi)外壓力的變化,引起土體的變形,對(duì)鄰近建筑物造成影響。因此,需要對(duì)基坑及鄰近建筑物進(jìn)行變形監(jiān)測(cè),本文基于筆者多年從事基坑變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),以天津市某基坑開(kāi)挖對(duì)建筑物影響的監(jiān)測(cè)為例,介紹了監(jiān)測(cè)方案,并對(duì)不同的數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行對(duì)比研究,得出對(duì)于本項(xiàng)目變形監(jiān)測(cè)中精度較高的數(shù)學(xué)模型。

關(guān)鍵詞:基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理精度

中圖分類(lèi)號(hào):P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)05(c)-0047-02

1 引言

變形監(jiān)測(cè)在建筑物勘測(cè)、施工、運(yùn)營(yíng)等階段都起著至關(guān)重要的作用,它是一種掌握基坑形變規(guī)律,同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要手段。保證開(kāi)挖基坑本身的安全,并且不妨礙鄰近建筑的安全使用是我國(guó)城市中開(kāi)挖建筑物基坑時(shí)必須遵守的一個(gè)規(guī)定。而在這一施工過(guò)程中,諸如土體變形、基坑周?chē)奢d增加、地下水位的下降等不確定因素都容易引起周邊環(huán)境的變化,也連帶影響著其他建筑的安全。通過(guò)采用變形監(jiān)測(cè)方法,分析施工過(guò)程中的一些形變規(guī)律,預(yù)測(cè)其周?chē)ㄖ锏淖兓厔?shì),對(duì)基坑和周邊建筑物同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控,是保證建筑物安全運(yùn)營(yíng)的重要途徑。本文以天津曹妃甸某基坑的監(jiān)測(cè)為例,在獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后,比較基于監(jiān)測(cè)觀(guān)測(cè)量的預(yù)報(bào)值與實(shí)際沉降量,從而確定模型的有效性。

2 工程概況

本文研究的基坑位于天津曹妃甸某碼頭。在該基坑開(kāi)挖施工的同時(shí),其內(nèi)外土體勢(shì)必形成由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)變,直接導(dǎo)致了基坑土體的變形,甚至?xí)?duì)鄰近建筑物造成或多或少的影響。此次變形監(jiān)測(cè)的目的就是最終確保周?chē)@些建筑物的安全,監(jiān)測(cè)基坑的開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物造成的影響,監(jiān)測(cè)鄰近建筑物的變形情況,基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制開(kāi)挖基坑的進(jìn)度來(lái)保證工程的安全。

2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案

2010年5月13日開(kāi)始布點(diǎn)對(duì)該基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè),前后共計(jì)觀(guān)測(cè)23次。在基坑上布設(shè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí),為了實(shí)現(xiàn)全面檢測(cè),必須平面位置上做到對(duì)稱(chēng),并突出其重點(diǎn)。5號(hào)、4號(hào)、3號(hào)樓的沉降監(jiān)測(cè)是這次監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。布設(shè)5個(gè)監(jiān)測(cè)基點(diǎn) (BM1、ZB3、ZB4、ZB1、ZB2),布設(shè)9個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(皆為基坑邊監(jiān)測(cè)點(diǎn),編號(hào)為JC1、JC2、JC3、JC4、JC5、JC6、JC7、JC8、JC9,間距約為20 m,距基坑邊線(xiàn)約20cm),布設(shè)16個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(編號(hào)為3D-1、3D-2、4D-1、4D-2、5D-1,其中11個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)作為沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),另外有5個(gè)建筑物沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn))。初始數(shù)據(jù)的觀(guān)測(cè)選在5月16日,共進(jìn)行了兩次獨(dú)立觀(guān)測(cè),初始數(shù)據(jù)可以選用兩次觀(guān)測(cè)的平均值,在得到初始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,聯(lián)測(cè)所有基點(diǎn)。與基坑施工同步,要保證每3到4天進(jìn)行一次重復(fù)觀(guān)測(cè),一旦某些觀(guān)測(cè)點(diǎn)的沉降量出現(xiàn)異常,則應(yīng)該加密觀(guān)測(cè)所有觀(guān)測(cè)點(diǎn)。

Leica DNA03數(shù)字水準(zhǔn)儀是本次沉降監(jiān)測(cè)測(cè)量所用工具,選擇距離基坑200m以外比較牢固的建筑物(6號(hào)樓)上某點(diǎn)作為控制點(diǎn)(BM1),選取在距離基坑200m以外比較牢固的建筑物(4號(hào)樓)上作為另一控制點(diǎn)(BM2)。水準(zhǔn)尺為與DNA03配套的Leica編碼標(biāo)尺。在觀(guān)測(cè)之前應(yīng)該檢驗(yàn)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺。(如圖1)

2.2 建筑物沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

如圖1所示,共對(duì)3號(hào)樓、4號(hào)樓,5號(hào)樓布設(shè)了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),選擇BM1為起點(diǎn),該點(diǎn)高程為10m。觀(guān)測(cè)流程必須形成一個(gè)閉合環(huán),因此可以設(shè)置為由BM1到5D-1到3D-1到3D-2到4D-1到4D-2再回到BM1,每次觀(guān)測(cè)結(jié)束后利用(路線(xiàn)距離)來(lái)檢查記錄的計(jì)算數(shù)據(jù),同時(shí)也查看精度是否合乎要求,其次,各沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)的高可以通過(guò)調(diào)整高差閉合差來(lái)進(jìn)行推算,如果發(fā)現(xiàn)有超限的,應(yīng)當(dāng)立即返工。經(jīng)計(jì)算得出全長(zhǎng)閉合差為0.21mm,路線(xiàn)長(zhǎng)為870.3m,閉合差限差為±4=±3.8mm,由此可以得出結(jié)論,初次觀(guān)測(cè)完全符合二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。由于觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)較多,本文取前10期建筑物沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)分析研究:(1)計(jì)算各觀(guān)測(cè)點(diǎn)本次沉降量:Δh=本次觀(guān)測(cè)得到的高程Hi－上次觀(guān)測(cè)得到的高程Hi-1;(2)計(jì)算累計(jì)沉降量:ΔH=ΣΔh(3)計(jì)算沉降速率:ν=沉降量/觀(guān)測(cè)天數(shù),有觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)圖,各點(diǎn)沉降量如圖2所示:

根據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)成果計(jì)算各觀(guān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降量即:(如表1)

對(duì)沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn),其中最大的變化是4D-1(-0.96mm)和3D-1(-0.94mm),而大部分房角沉降觀(guān)測(cè)點(diǎn)變化很少,但監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積變化量小于警戒值,已有支護(hù)結(jié)構(gòu)能維持基坑邊坡的穩(wěn)定,目前基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析

3.1 線(xiàn)性回歸模型分析預(yù)測(cè)

基于5號(hào)樓,3號(hào)樓和4號(hào)樓這三個(gè)建筑物的沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù),可以進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析,參數(shù)選擇為沉降量和觀(guān)測(cè)天數(shù)。

依次可求得各觀(guān)測(cè)點(diǎn)沉降量y與監(jiān)測(cè)天數(shù)x的線(xiàn)性回歸方程及相關(guān)系數(shù)(如表2)

從表2可以看出,點(diǎn)5D-1的線(xiàn)性關(guān)系相對(duì)其他幾個(gè)點(diǎn)最不明顯,而點(diǎn)4D-1的線(xiàn)性關(guān)系相對(duì)其他幾個(gè)點(diǎn)最為顯著。

根據(jù)回歸方程對(duì)各點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸,可獲得相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,如置信度、回歸值、F檢驗(yàn)值等,并對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。得出各點(diǎn)實(shí)測(cè)累積值和回歸分析值,如表5所示(如表3)

將實(shí)測(cè)累積沉降值與回歸分析沉降值繪制成圖:(如圖4)

分析圖4可以看出,兩條分析曲線(xiàn)總的走勢(shì)是基本一致的,但這兩個(gè)值一般存在一定差異,通過(guò)此線(xiàn)性回歸即可進(jìn)行沉降觀(guān)測(cè)的變形預(yù)測(cè),預(yù)報(bào)未來(lái)建筑物的安全。由圖4可以看出,其中累積沉降的回歸分析值并不能準(zhǔn)確地反映其沉降量,其和實(shí)際的累積沉降存在一定差異,但在點(diǎn)與點(diǎn)之間的沉降差異方面卻能做到很好地反映:(1)從表3中可知,點(diǎn)4D-1和點(diǎn)3D-1沉降較為均勻,而其余三點(diǎn)沉降發(fā)生不均勻變化;(2)通過(guò)回歸分析可發(fā)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)4D-1和3D-11兩個(gè)點(diǎn)沉降最快,而5D-1點(diǎn)則因?yàn)殡x基坑較遠(yuǎn),沉降較少。根據(jù)它們這種累積沉降不同,我們可以分析后期建筑物的傾斜情況,從而更好的控制,并作好一定的防御措施。

3.2 灰色等時(shí)距模型分析預(yù)測(cè)

根據(jù)建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)情況,對(duì)點(diǎn)4D-2、4D-1、5D-1、3D-1、3D-2的沉降累計(jì)值進(jìn)行建模預(yù)測(cè)。用～表示,建立MGM(1,5)模型。觀(guān)測(cè)資料以3d為一個(gè)周期,由于此次觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)并非等時(shí)距觀(guān)測(cè),故需要先把這些觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)插為以3d為一周期的數(shù)據(jù)。得到擬合值之后再內(nèi)插回原始天數(shù)的擬合值。

選取前7個(gè)周期建模,后4個(gè)周期可以用來(lái)檢驗(yàn)預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性。生成一次累加序列,即可求得一次累加序列的預(yù)測(cè)值,再求得各變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的灰色等時(shí)距模型的擬合值,并繪出各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)變形量的擬合值、實(shí)測(cè)值對(duì)比圖,如圖5所示:

由圖5中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)前6期的實(shí)測(cè)值和擬合值之間的差距很小,而從第7期以后兩者之間就略有差距。

4 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了變形監(jiān)測(cè)的方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理的方法,該研究基于筆者在天津曹妃甸某深基坑沉降變形監(jiān)測(cè)的實(shí)踐為工程背景,并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)處理模型對(duì)變形趨勢(shì)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的有效性進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,采用線(xiàn)性回歸預(yù)測(cè)模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析能夠簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確地得到深基坑沉降變形狀況以及對(duì)周邊建筑物的影響,并對(duì)下一次沉降量進(jìn)行預(yù)報(bào),能為驗(yàn)證基坑開(kāi)挖及保證周邊建筑物的安全,提供必要的數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)資料。

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