基于灰色理論的深基坑變形監(jiān)測(cè)分析

聶建省

摘要：為了能更好控制深基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊環(huán)境變形，為城市深基坑施工提供保障，本文在灰色理論基礎(chǔ)上，通過(guò)建立深基坑變形預(yù)測(cè)模型，對(duì)大學(xué)城地鐵車站進(jìn)行控制樁水平位移和沉降實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：灰色理論應(yīng)用到深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析上是可行的;灰色預(yù)測(cè)模型能很好的反映深基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì);水平位移和沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果反應(yīng)出來(lái)的深基坑周邊變形情況基本一致。

Abstract： In order to better control the surrounding environment deformation during excavation of deep foundation pit and provide guarantee for the construction of deep foundation pit in the city， based on the grey theory， this paper established a deep foundation pit deformation prediction model， and conducts real-time monitoring of the horizontal displacement and settlement of the university city subway station. The results show that： it is feasible to apply the grey theory to the deformation monitoring data of deep foundation pit; the grey prediction model can reflect the development trend of deep foundation pit deformation monitoring data; the deformation of deep foundation pit of horizontal displacement and settlement monitoring results is basically the same.

關(guān)鍵詞：灰色理論;基坑;仿真模擬;變形監(jiān)測(cè)

Key words： grey theory;foundation;analogue;deformation monitoring

中圖分類號(hào)：TU753? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）16-0129-03

0? 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市地鐵建設(shè)突飛猛進(jìn)，地鐵站深基坑的規(guī)模也隨之不斷擴(kuò)大。那么，在城市中開(kāi)挖較大規(guī)模的深基坑勢(shì)必會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成巨大影響，并有可能在深基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中引起工程事故。所以，為了減少事故的發(fā)生，需進(jìn)一步對(duì)深基坑開(kāi)挖過(guò)程中周邊環(huán)境變化趨勢(shì)深入研究。

在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中需對(duì)基坑壁進(jìn)行有效的支護(hù)，支護(hù)效果的好壞可通過(guò)對(duì)基坑周邊環(huán)境控制點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)的主要方面是地表控制點(diǎn)沉降和移動(dòng)情況，為了對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，本文通過(guò)灰色理論模型對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，得到了較好的結(jié)果。

1? 灰色理論

灰色理論是對(duì)離散原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)尋求變化規(guī)律的，主要有累加生成法。累加生成法是通過(guò)數(shù)據(jù)列間各時(shí)刻數(shù)據(jù)的依次累加得到新的數(shù)據(jù)和數(shù)列。累加之前的數(shù)列稱作原始數(shù)列，累加后的數(shù)列則稱作生成數(shù)列。若有原始數(shù)據(jù)列x（0）（i），i∈N，多次累加后獲得生成數(shù)列x（ξ）（i），i∈N，則累加生成的基本關(guān)系式為：

生成后的數(shù)據(jù)列x（ξ）（i），i∈N，一般表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性。若有原始數(shù)據(jù)列（1，2，1.5，3）的圖形，表現(xiàn)出來(lái)毫無(wú)規(guī)律。如果把它們依次累加，得累加數(shù)列（1，3，4.5，7.5），其曲線表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，如圖1所示。

而指數(shù)函數(shù)是隨著時(shí)間的增加急劇增長(zhǎng)的，在基坑發(fā)生不穩(wěn)定情況下能很好的反映深基坑變形的發(fā)展情況，將式（2）中參數(shù)取如下值：a=0.6，c=0，b=0.20、0.25、0.30，則變形發(fā)展態(tài)勢(shì)如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著k值的增加，變形值隨之增大，當(dāng)控制參數(shù)a為一定值時(shí)，變形值的大小隨著b值的增加而增大。從圖中可以看出基坑變形速度的快慢可從b值的大小來(lái)體現(xiàn)，b值越大指數(shù)增長(zhǎng)速度越快，b值越小增長(zhǎng)速度越慢?；疑A(yù)測(cè)模型應(yīng)用到深基坑開(kāi)挖變形中能很好的反映深基坑在開(kāi)挖過(guò)程中周邊環(huán)境變形發(fā)展趨勢(shì)，為有效采取防治措施提供有力的依據(jù)。

2? 工程概況

西安地鐵臨潼市域線大學(xué)城站地處于陜鼓大道與芷陽(yáng)路十字路口，沿城市主干道秦唐大道設(shè)置，呈東西走向。車站緊鄰西安工程大學(xué)和西安科技大學(xué)兩所高校，距離建筑物較遠(yuǎn)。車站施工范圍內(nèi)管線埋深較淺，無(wú)控制性管線。大學(xué)城車站采用二層雙柱三跨結(jié)構(gòu)，站臺(tái)采用島式，最大埋深為18m，頂部覆土3.0m左右。車站設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程為YDK18+181.279～YDK18+420.779，有效站臺(tái)中心里程為YDK18+260.479m，有效站臺(tái)中心軌面高程為421.479，車站長(zhǎng)度為239.5m。

3? 動(dòng)態(tài)施工監(jiān)測(cè)結(jié)果

在深基坑開(kāi)挖前需要對(duì)基坑周邊環(huán)境變形區(qū)內(nèi)建立控制點(diǎn)及控制樁結(jié)構(gòu)，如圖3為深基坑施工變形監(jiān)測(cè)控制樁。對(duì)控制樁的監(jiān)測(cè)主要是樁頂水平移動(dòng)和樁頂沉降情況。

由圖4監(jiān)測(cè)變化數(shù)據(jù)分析，測(cè)點(diǎn)水平位移-時(shí)間曲線可以看出，深基坑施工坑頂水平位移變化有如下特點(diǎn)：①各測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐步增大，且中間測(cè)點(diǎn)的水平位移值明顯大于角點(diǎn)水平位移值;②各測(cè)點(diǎn)的水平位移值隨時(shí)間的增長(zhǎng)漸趨于穩(wěn)定;③由于施工工程中各工序的影響，使得各測(cè)點(diǎn)水平位移呈現(xiàn)無(wú)序性，從總體上分析具有一定的規(guī)律性。

通過(guò)對(duì)SP1、SP2、SP3三個(gè)具有代表性的控制樁頂沉降位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可得樁頂沉降位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖，如圖5所示。

由圖5樁頂沉降監(jiān)測(cè)變化數(shù)據(jù)分析，可得坑頂沉降值變化具有以下特點(diǎn)：①監(jiān)測(cè)初期，測(cè)點(diǎn)沉降量較小，緩步發(fā)展、波動(dòng)不大，比較穩(wěn)定;②多數(shù)測(cè)點(diǎn)的沉降值小于10mm，可見(jiàn)基坑的沉降變形比較穩(wěn)定;③深基坑樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量隨時(shí)間的推移逐步增大，且各位移點(diǎn)的變化幅度基本一致;④與水平位移相比較，測(cè)點(diǎn)沉降變形更為明顯;⑤沉降值的大小與基坑周邊堆載、重型機(jī)械震動(dòng)、碾壓擾動(dòng)的大小密切相關(guān)，SP1、SP2號(hào)測(cè)點(diǎn)沉降值較大，說(shuō)明基坑周邊的附加荷載對(duì)基坑頂部的變形影響很敏感;SP1號(hào)測(cè)點(diǎn)的沉降值超出警戒值，這與水平位移反映出來(lái)的情況基本一致，說(shuō)明超挖、錨固效果及基坑周圍土體土質(zhì)對(duì)基坑頂部變形影響很大。

4? 結(jié)論

①深基坑坑頂水平和沉降位移變形值逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定;坑頂沉降大小受基坑深度、坑頂堆載及其他擾動(dòng)較大，采取較好的錨固支護(hù)能很好減小坑頂沉降。

②通過(guò)對(duì)控制樁水平和沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以看出沉降位移變化趨勢(shì)和水平位移變化趨勢(shì)反映出來(lái)的情況基本一致。

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