基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基坑安全警戒值分析

謝秀棟，郭云龍，鄭航

(福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108 )

在對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，一般是根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算書與客觀環(huán)境，事先確定一個(gè)相應(yīng)的報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)判斷擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形、周邊建筑物與地下管線的位移是否超出允許值，以此來(lái)判斷施工過(guò)程是否安全，是否處于可控狀態(tài)。相關(guān)人員在發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異?；虺^(guò)預(yù)警值后，應(yīng)組織專家對(duì)報(bào)警原因進(jìn)行分析及采取應(yīng)對(duì)措施。這種預(yù)警值和管理模式已經(jīng)在基坑工程[1-2]、大壩工程[3]、高速公路沿線隧道等工程建設(shè)中廣泛采用并取得良好效果。設(shè)計(jì)文件上的預(yù)警值是根據(jù)穩(wěn)定性沉降計(jì)算、結(jié)構(gòu)力學(xué)、以及綜合巖土工程中的地基土承載力，工程地質(zhì)條件等因素確定的，這就造成它的區(qū)域性與個(gè)性，即使在同一個(gè)城市也存在差異性。而對(duì)于周邊環(huán)境地基變形的允許值，雖然國(guó)家有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于建筑年代、建筑物的重要性及建筑的質(zhì)量現(xiàn)狀都存在差異性，因此不能盲目地使用國(guó)家規(guī)定進(jìn)行預(yù)警值的確定。如何在工程安全性有保證、變形控制達(dá)到要求的前提下，盡可能地降低造價(jià)，在安全性與經(jīng)濟(jì)性中取一個(gè)較好的平衡點(diǎn)是一個(gè)值得研究的課題。本文以東南沿海某地的基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)測(cè)斜孔的歷史最大累積變形與其設(shè)計(jì)預(yù)警值的對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，探討合理的確定基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)預(yù)警值。

1數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析，也稱數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，是指從存放在數(shù)據(jù)庫(kù)或其它信息庫(kù)中的大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)中提取出隱含在其中的有用信息與知識(shí)的過(guò)程。

目前工程界較為常用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判定基坑的安全度，這是一種軟計(jì)算的方法，即用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全息性來(lái)取代計(jì)算工況，預(yù)測(cè)基坑未來(lái)的變形，與預(yù)警值進(jìn)行比較來(lái)判斷基坑的安全度[4]。

2數(shù)據(jù)篩選與采樣

2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)種類的選擇

一般來(lái)說(shuō)，判別基坑安全狀態(tài)最主要的特征參數(shù)就是圍護(hù)墻的水平位移。圍護(hù)墻的水平位移是基坑開挖過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)與土體互相作用的較為直觀的表現(xiàn)，綜合反映了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形與受力情況，反映了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定與安全。在深基坑工程失效的幾種模式中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生了較大的水平位移，因此可以認(rèn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形對(duì)基坑事故存在較好的指向性[5]。而且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移隨著基坑開挖深度的增加而增加，說(shuō)明無(wú)論基坑是處于安全狀態(tài)或是危險(xiǎn)狀態(tài)都有較好的相關(guān)關(guān)系。本文結(jié)合東南沿海某地區(qū)的12個(gè)基坑工程實(shí)例，以測(cè)斜孔為對(duì)象，測(cè)斜孔的歷史最大累積變形為數(shù)據(jù)分析指標(biāo)，來(lái)探討基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形的變化規(guī)律。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)選取的限定措施

本次統(tǒng)計(jì)分析采用樣本的12個(gè)工程，260個(gè)測(cè)孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都是檢查后，輸入錯(cuò)誤較少的工程與測(cè)孔。根據(jù)基坑工程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形發(fā)展的規(guī)律，采用下列限定措施來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采樣[1]。措施包括：

(1)因本次統(tǒng)計(jì)分析是為了探討基坑在施工過(guò)程中的警戒值，所以在選擇監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)選取從基坑開挖到底板澆筑這段時(shí)間的數(shù)據(jù)為研究對(duì)象。

(2)剔除施工工期小于25d的測(cè)孔數(shù)據(jù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)時(shí)間太短，很可能會(huì)在某些不利或有利因素的影響下，顯示出較大的離散性，這將對(duì)數(shù)據(jù)的規(guī)律性有較大的影響。

3歷史最大累積變形的數(shù)據(jù)分析

3.1 變形比統(tǒng)計(jì)分析

歷史最大累積變形反映了圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)的最不利情況，對(duì)于測(cè)斜預(yù)警值的研究有重大意義?？紤]到不同的工程基坑開挖的深度也不同，不能直接用歷史最大累積變形的最大值來(lái)進(jìn)行比較，參考《上海地鐵基坑工程施工規(guī)程》中對(duì)基坑工程安全指標(biāo)的相關(guān)規(guī)定，將最大累積變形除以基坑的開挖深度換算成變形比，來(lái)進(jìn)行分析，將歷史最大累積變形的概率分布列于表1，將歷史最大累積變形匯總于圖1。

表 1 測(cè)孔歷史最大變形比的分布情況

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)基坑的變形比大部分都在5‰以下，基坑的變形比小于7‰的情況更高達(dá)98.46%。圍護(hù)墻體的變形發(fā)展影響因素很多，歷史最大累積變形可以看成一個(gè)概率事件。在統(tǒng)計(jì)分析中，一般將概率小于5%的概率事件稱作小概率事件。在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，許多規(guī)范對(duì)混凝土強(qiáng)度與可靠度分析的保證率也是95%。因此綜合考慮統(tǒng)計(jì)學(xué)與其在土木工程中的實(shí)際應(yīng)用，可以認(rèn)為將歷史最大累積變形中概率不大于95%的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為基坑工程中安全預(yù)警指標(biāo)確定的依據(jù)是合理的。通過(guò)圖1發(fā)現(xiàn)，基坑的歷史最大累積變形在分布概率為95%的變形比是5.93‰。

3.2實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)預(yù)警值的比較分析

統(tǒng)計(jì)歷史最大累積變形實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)預(yù)警值的比值，將歷史最大累積變形實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)預(yù)警值的比值匯總于圖2，將歷史最大累積變形實(shí)測(cè)預(yù)警值的比值的概率分布列于表2。

表2實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)預(yù)警值比值概率分布表

預(yù)警值的比值不大于1的占57.3%，不大于1.6的占79.2%，不大于1.8的占86.9%，不大于2.221的占95%。

設(shè)計(jì)預(yù)警值因計(jì)算方法等諸多因素導(dǎo)致設(shè)計(jì)預(yù)警值偏于保守。而表2中12個(gè)基坑工程變形數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，高達(dá)42.7%監(jiān)測(cè)值已經(jīng)超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)警值，但是基坑并沒(méi)有發(fā)生破壞，從工程實(shí)踐上說(shuō)明設(shè)計(jì)預(yù)警值取值過(guò)于保守。因此有必要適當(dāng)?shù)靥岣咴O(shè)計(jì)預(yù)警值。

4結(jié)論

1)大部分次要評(píng)判指標(biāo)的測(cè)點(diǎn)數(shù)較少，可以作為工程危險(xiǎn)的參照指標(biāo)，當(dāng)主要指標(biāo)預(yù)示工程危險(xiǎn)時(shí)，起到驗(yàn)證的作用。而圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平變形是安全控制主要指標(biāo)中的主要特征參數(shù)。

2)在95%保證率下的歷史最大累積變形比為5.93‰。在對(duì)基坑設(shè)計(jì)預(yù)警值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有57.3%的實(shí)測(cè)值小于設(shè)計(jì)預(yù)警值，顯然基坑的設(shè)計(jì)預(yù)警值過(guò)于保守，可以在保證基坑安全的前提下，適當(dāng)提高設(shè)計(jì)預(yù)警值，減少因工程停工而造成的經(jīng)濟(jì)與工期方面的損失。

參考文獻(xiàn)：

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