深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理研究

項(xiàng)甜甜

摘要：深基坑的變形監(jiān)測(cè)是保證基坑工程安全施工和運(yùn)行的重要手段，但由于基坑變形是受到外界多方面因素的影響，難以用具體的數(shù)學(xué)模型或公式進(jìn)行計(jì)算或預(yù)測(cè)。隨著近年來(lái)建筑行業(yè)的迅速增加，我國(guó)在深基坑變形監(jiān)測(cè)上的技術(shù)應(yīng)用也越來(lái)越多，本文以當(dāng)前最為常見(jiàn)的深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法為研究對(duì)象，希望能夠提供真實(shí)有效的深基坑變形監(jiān)測(cè)處理數(shù)據(jù)以及為基坑變形預(yù)測(cè)提供有利的參考依據(jù)，同時(shí)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理工作過(guò)程，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：深基坑變形監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)處理；VB編制；穩(wěn)建GM（1，1，）；卡爾曼濾波；維納過(guò)程

中圖分類號(hào)： TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（a）-0000-00

引言：

近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建筑的空間逐漸緊張，促生了高層建筑的數(shù)量增加，高層建筑地基往地下空間發(fā)展的深度也越來(lái)越深，是地下工程的重要組成部分。確保深基坑的安全在建筑生產(chǎn)過(guò)程中也是一項(xiàng)重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為了確保深基坑在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的安全，除了對(duì)選用的各種計(jì)算方法要盡可能符合理論知識(shí)外，還應(yīng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)深基坑進(jìn)行變形預(yù)測(cè)，為將來(lái)能夠出現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)兆，提供盡可能多的預(yù)警時(shí)間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)的方法也越來(lái)越多，且各有各的利弊，本文在闡述深基坑變形的機(jī)理之上，就常見(jiàn)的幾種深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了對(duì)比分析，希望能夠?yàn)閷?lái)在深基坑的工作者提供有利參考依據(jù)。

一、深基坑變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容與實(shí)施

1.1、支護(hù)體系土體位移監(jiān)測(cè)

在確定深基坑項(xiàng)目開挖前的一周，在基坑的四周首先進(jìn)行安置測(cè)斜管的埋設(shè)工作，在埋設(shè)測(cè)斜管的預(yù)定位置，利用地質(zhì)轉(zhuǎn)孔機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)孔+擴(kuò)孔后，安置測(cè)斜管，每一節(jié)測(cè)斜管都按照特定的連接方式進(jìn)行連接，直至轉(zhuǎn)孔的孔底，然后用細(xì)砂將測(cè)斜管的外部灌滿夯實(shí)，確保在項(xiàng)目施工過(guò)程中測(cè)斜管能夠隨土方一起移動(dòng)，（以開工前測(cè)斜管所測(cè)值的兩次數(shù)值的平均值作為初始值）。

1.2、邊坡水平位移監(jiān)測(cè)

在項(xiàng)目的進(jìn)行過(guò)程中，支護(hù)體系頂部水平位移變化顯著。在測(cè)量時(shí)采用II級(jí)電子經(jīng)緯儀測(cè)量水平位移。儀器的編排方式的是在深基坑坡口上及坡面每隔15～20m設(shè)置一個(gè)觀察點(diǎn)。且每天均應(yīng)記錄每個(gè)觀察點(diǎn)的位移數(shù)值。

1.3、支護(hù)體系頂部沉降觀測(cè)

深基坑沉降觀測(cè)是采用最為常見(jiàn)的工程測(cè)量方法，它是根據(jù)工程測(cè)量規(guī)范的要求，首先在項(xiàng)目施工開始前就應(yīng)預(yù)先埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)，利用精密水準(zhǔn)儀結(jié)合鋼尺進(jìn)行觀測(cè)，（基準(zhǔn)點(diǎn)不應(yīng)設(shè)計(jì)在項(xiàng)目影響的范圍之內(nèi)，以便后期引測(cè)和保存）。

二、深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理的常用方法

2.1、VB編制程序法

利用VB編程對(duì)收集到的深基坑變形數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)處理，這樣在簡(jiǎn)單便捷處理觀測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)還能夠?qū)斎氲脑紨?shù)據(jù)起到一個(gè)統(tǒng)計(jì)效果。輸出變形速率、變形量等結(jié)果圖，對(duì)潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而減少測(cè)量人員的工作量及工作失誤，為項(xiàng)目的安全實(shí)施提供有力的數(shù)據(jù)支持，該方法適用于二等水準(zhǔn)法與軸線投影法相結(jié)合使用的變形監(jiān)測(cè)方法[1]。

利用二等水準(zhǔn)法和軸線投影法相結(jié)合的VB編制程序算法進(jìn)行深基坑變形監(jiān)測(cè)，雖然簡(jiǎn)化了檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，但是在應(yīng)用過(guò)程中還存在著諸多問(wèn)題需要我們不斷注意完善。例如：

a、在每次觀測(cè)結(jié)果后，將觀測(cè)的結(jié)果可以直接輸入到VB程序中，根據(jù)程序提示檢測(cè)所有的數(shù)據(jù)是否都在一定的范圍之內(nèi)，如果符合要求那么可以直接進(jìn)行計(jì)算，否則就應(yīng)當(dāng)重進(jìn)采集數(shù)據(jù)，知道采集到的數(shù)據(jù)在范圍之內(nèi)。

b、在程序計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)首先導(dǎo)入上一期的觀測(cè)期數(shù)，同時(shí)利用Excel辦公軟件輸入本次測(cè)量的數(shù)據(jù)，且在Excel中不能輸入多次測(cè)量結(jié)果。

c、當(dāng)在有原來(lái)的數(shù)據(jù)點(diǎn)破壞或者新增數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況下，應(yīng)按照對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)順序輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)重新計(jì)算。

2.2、穩(wěn)建GM（1，1，）法

GM（1，1）法是灰色預(yù)測(cè)模型理論GM（n，h）中當(dāng)n=1，h=1時(shí)的特殊理論模型方法，其中n為累加序列導(dǎo)數(shù)的節(jié)數(shù)，h為變量的個(gè)數(shù)，該理論在巖土工程方面應(yīng)用較多?；疑到y(tǒng)理論是將一些隨時(shí)間上下波動(dòng)無(wú)序累加生成的有規(guī)律數(shù)據(jù)序列，然后在進(jìn)行建模預(yù)測(cè)。它具有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)樣本較小，預(yù)測(cè)精度高，在缺乏基礎(chǔ)資料時(shí)仍能夠完成預(yù)測(cè)功能的優(yōu)點(diǎn)。

在深基坑項(xiàng)目開展實(shí)施的過(guò)程中，利用該方法既可以根據(jù)前期數(shù)據(jù)對(duì)后序施工變形起到一個(gè)預(yù)測(cè)，同時(shí)還能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)能夠發(fā)生的位置移動(dòng)量或者土方存在的潛在危險(xiǎn)破壞，從而反饋給設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整施工方案。

穩(wěn)健GM（1，1）法在2006年南京某工程中得以應(yīng)用，為項(xiàng)目的順利開展提供了有利保障。

2.3、卡爾曼濾波模型

深基坑監(jiān)測(cè)工程是一個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，影響測(cè)量結(jié)果的因素有很多。起初人們?yōu)榱颂崛≈饕绊懸蛩兀鶕?jù)相關(guān)性的強(qiáng)弱，利用最小二乘法得到了某段時(shí)間內(nèi)變量之間的相互關(guān)系統(tǒng)計(jì)模型，但這種方法不能夠體現(xiàn)動(dòng)態(tài)特征。而卡爾曼濾波則是利用相關(guān)因子的變率作為狀態(tài)因子，構(gòu)件動(dòng)態(tài)平差模型，解出初始狀態(tài)值，構(gòu)建動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波模型。（卡爾曼濾波模型構(gòu)件原理參考文獻(xiàn)[3]，來(lái)確定，在本文不再進(jìn)行闡述。）

卡爾曼濾波模型是一種對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的有效方法，它可以處理變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)；此外，該模型是一種計(jì)算公式，在計(jì)算過(guò)程中需要不斷預(yù)測(cè)、修正，同時(shí)能夠求解出變化速度成果，適合深基坑變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，另外，該方法還能夠準(zhǔn)確描述深基體的變形情況。

2.4、維納過(guò)程

深基坑變形預(yù)測(cè)中，常用歷史變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)變形進(jìn)行檢測(cè)，預(yù)測(cè)的方法通常有統(tǒng)計(jì)和力學(xué)模型，統(tǒng)計(jì)模型是一個(gè)傳統(tǒng)的方法，是利用統(tǒng)計(jì)原理對(duì)歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，而力學(xué)模型則是基于基坑維護(hù)體系以及自身受力的情況建立的模型從而預(yù)測(cè)深基坑的變形。而維納過(guò)程正是基于力學(xué)模型的基礎(chǔ)之上采用的模型方式。維納過(guò)程的基本原理參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]，本文再次不在做進(jìn)一步的闡述。

維納過(guò)程是在卡爾曼濾波模型數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)之上完成的預(yù)測(cè)，能夠較為迅速的檢測(cè)到基坑的變形趨勢(shì)，且隨著監(jiān)控?cái)?shù)值數(shù)量的增加，精確度也隨之提高。

三、深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中應(yīng)注意的項(xiàng)點(diǎn)

a、盡可能用多種數(shù)據(jù)處理研究方法對(duì)深基坑進(jìn)行模擬和分析，預(yù)估深基坑變形情況。

b、運(yùn)用多種數(shù)據(jù)處理分析模型處理分析實(shí)測(cè)深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，減小誤差，使數(shù)據(jù)更接近實(shí)際情況。

c、隨著科技進(jìn)步，需建立更精確和完善的深基坑變形監(jiān)測(cè)體系，精度更高的儀器和完善的監(jiān)測(cè)方法，改進(jìn)數(shù)據(jù)分析模型，滿足施工要求。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在所建的建筑大多都是高層建筑，挖的基坑深度較深且面積較大，再加上施工環(huán)境及地質(zhì)條件復(fù)雜，深基坑系統(tǒng)支護(hù)龐大，施工周期時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)深坑基地進(jìn)行監(jiān)測(cè)則是一項(xiàng)非常重要的工作。通過(guò)對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)增加基坑時(shí)空效應(yīng)，同時(shí)還可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)報(bào)警，及時(shí)提出合理有效的參考建議，達(dá)到確保項(xiàng)目施工環(huán)境安全的效果。雖然本文對(duì)目前常見(jiàn)的深基坑變形監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了對(duì)比分析，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中基坑的變形時(shí)多方面多因素所造成的，并不是單一的一種理論方法就可以概括的，這就需要更多的工作者在施工過(guò)程中進(jìn)行不斷總結(jié)、分享，為提高深基坑變形預(yù)測(cè)提供有利參考依據(jù)，進(jìn)而確保項(xiàng)目施工中的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 紀(jì)曉雨， 詹凡， 楊偉彬. VB在深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪與空間地理信息， 2016（9）：177-179.

[2] 胡俊. 維納過(guò)程在基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 測(cè)繪與空間地理信息， 2017（6）：151-153.

[3] 焦建新， 袁博， 楊永興. 基于穩(wěn)健GM（1，1）模型的基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理方法[J]. 礦山測(cè)量， 2007（4）：11-12.