研究基坑變形監(jiān)測分析及預(yù)報(bào)方法

文/文珺 湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三○三大隊(duì) 湖南長沙 410119

如今，建筑項(xiàng)目施工安全事故頻頻發(fā)生，這使得國家及人們都對工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)引起高度重視，在建筑項(xiàng)目中，基坑作為最基礎(chǔ)的工程，對其有著十分嚴(yán)格的要求，基于此，變形監(jiān)測逐步發(fā)展成熟。在上個(gè)世紀(jì)末，因科技水平有限，儀器設(shè)備的精度不高，在進(jìn)行基坑監(jiān)測時(shí)，以常規(guī)儀器設(shè)備為主。近幾年，社會(huì)發(fā)展迅速，基坑監(jiān)測方法除傳統(tǒng)儀器外，還可利用現(xiàn)代化技術(shù)及裝置實(shí)現(xiàn)，這使得監(jiān)測實(shí)現(xiàn)了向立體空間目標(biāo)的轉(zhuǎn)變。高水平及高精度新儀器設(shè)備的使用，不僅方便了測量操作，還有效保證了觀測精度。

1、基本理論

建筑項(xiàng)目施工中，由于地下基礎(chǔ)持續(xù)發(fā)生變形，使上部主體結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)一定程度的位移，對建筑安全造成威脅。為避免事故，項(xiàng)目施工中必須做好變形監(jiān)測，并進(jìn)行預(yù)報(bào)。在建筑項(xiàng)目的地下基礎(chǔ)中，基坑為重要組成部分，于主體結(jié)構(gòu)建設(shè)之前，為地基基礎(chǔ)施工創(chuàng)造施工作業(yè)條件而開挖形成的地下空間，屬于臨時(shí)性工程，較不穩(wěn)定。在建筑項(xiàng)目中，基坑作為基礎(chǔ)工程，必須對其進(jìn)行監(jiān)測，這是建筑變形監(jiān)測重要內(nèi)容[1]。

基坑有很大安全風(fēng)險(xiǎn)，其原因?yàn)橛性S多約束條件、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜、有較多明顯的特征但安全儲備卻很小，尤其是大規(guī)模建筑，其基坑監(jiān)測對技術(shù)提出了極高要求，只有保證監(jiān)測技術(shù)水平，才能掌握基坑實(shí)際情況，進(jìn)而使其處在安全穩(wěn)定實(shí)際狀態(tài)，使后續(xù)主體結(jié)構(gòu)施工順利完成?；诖耍诮ㄔO(shè)初期就要制定合理可行的基坑監(jiān)測實(shí)施方案，采用變形觀測方法對工程可靠性及質(zhì)量進(jìn)行確定，并制定預(yù)報(bào)方案，通過對變形的發(fā)展走勢的預(yù)測，為之后的工程建設(shè)提供正確指導(dǎo)。

對于基坑變形監(jiān)測，它是以下工作內(nèi)容的總稱：基坑主體部分及圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生的水平方向位移實(shí)時(shí)監(jiān)測；基坑地基沉降數(shù)值測量；基坑回彈模量測量；基坑內(nèi)、外部地下、地表水水位的實(shí)時(shí)觀測。其中，以水平及豎直方向的位移觀測最為重要。

在基坑變形監(jiān)測過程中，應(yīng)布置控制網(wǎng)來保證監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際精度，提高觀測數(shù)據(jù)真實(shí)性。監(jiān)測項(xiàng)目正式開展前，先對基坑規(guī)模進(jìn)行勘測，再確定工程概況和周圍自然環(huán)境，用于確定基坑等級與精度。在基坑周圍保持穩(wěn)定的地方布置測點(diǎn)，并構(gòu)建控制網(wǎng)，其精度以基坑的等級為依據(jù)，結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)對精度提出的要求及點(diǎn)位誤差進(jìn)行反推，這樣做的目的在于對控制點(diǎn)是否可靠進(jìn)行檢驗(yàn)，待完成對控制網(wǎng)的檢驗(yàn)，并確認(rèn)合格后開始布置站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的連續(xù)觀測[2]。

2、監(jiān)測精度與周期

在基坑變形監(jiān)測過程中，監(jiān)測點(diǎn)實(shí)際精度主要取決于工程實(shí)際情況、儀器設(shè)備、監(jiān)測方法、任務(wù)目的、允許形變量等。按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，對測量精度提出以下要求：

（1）特級：測站高差的中誤差不能超過±0.05mm，觀測點(diǎn)所在位置坐標(biāo)的中誤差不能超過±0.3mm，主要用于精密工程。

（2）一級：測站高差的中誤差不能超過±0.15mm，觀測點(diǎn)所在位置坐標(biāo)的中誤差不能超過±1.0mm，主要用于甲類建筑、古建筑與大型橋梁工程。

（3）二級：測站高差的中誤差不能超過±0.50mm，觀測點(diǎn)所在位置坐標(biāo)的中誤差不能超過±3.0mm，主要用于乙類建筑、重要管線及大型市政工程。

（4）三級：測站高差的中誤差不能超過±1.50mm，觀測點(diǎn)所在位置坐標(biāo)的中誤差不能超過±10.0mm，主要用于丙類建筑、道路、普通管線及小型市政工程。

可見，針對不同的工程項(xiàng)目，應(yīng)確定相應(yīng)的精度等級，進(jìn)而按照相應(yīng)的精度要求進(jìn)行誤差控制[3]。

監(jiān)測周期應(yīng)根據(jù)單位時(shí)間范圍內(nèi)基坑形變量、精度要求、變形具有的調(diào)整與外部因素來確定。在第一次進(jìn)行觀測時(shí)，需要連續(xù)觀測至少兩次，以中數(shù)為初始值。處在同一觀測周期的基坑觀測，需在相對短的時(shí)間內(nèi)結(jié)束，而處在不同觀測周期的基坑觀測，應(yīng)使用完全相同的設(shè)備、方法及路線。如果形變量相對較大，則應(yīng)縮短監(jiān)測的周期；而當(dāng)形變量相對較小時(shí)，則可延長監(jiān)測的周期。通常情況下，剛開始對基坑進(jìn)行開挖時(shí)，變形發(fā)生速度相對較快，此時(shí)要縮短周期，增加觀測的頻率。一段時(shí)間之后，基坑將不斷穩(wěn)定，此時(shí)需要對監(jiān)測的周期進(jìn)行增加，但必須保證定期。當(dāng)變形觀測有很高要求時(shí)，人員應(yīng)固定，不能有太大的變動(dòng)，否則會(huì)影響到監(jiān)測的過程及最終結(jié)果，并在最佳時(shí)間段開展監(jiān)測，以有效降低誤差。其中，最佳時(shí)間段是指體氣候條件可以達(dá)到監(jiān)測要求，且監(jiān)測技術(shù)條件適宜的時(shí)間段，在這個(gè)時(shí)間段開展測量是降低誤差的重要基礎(chǔ)[4]。

3、基坑變形預(yù)報(bào)

對基坑進(jìn)行變形監(jiān)測的根本目的在于對觀測獲得所有數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)是否達(dá)到相關(guān)要求，同時(shí)對數(shù)據(jù)具有的特點(diǎn)進(jìn)行分析，檢測工程質(zhì)量，確定對預(yù)報(bào)有價(jià)值的信息，最后給出完整的預(yù)報(bào)方案。監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展，它的精度不斷提高，對觀測數(shù)據(jù)具有的特點(diǎn)進(jìn)行的探索逐步深入，以此產(chǎn)生一系列新預(yù)報(bào)方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸分析、有限元分析及灰色系統(tǒng)分析。對基坑進(jìn)行變形監(jiān)測需要長期開展，所有時(shí)期的數(shù)據(jù)量均較大，內(nèi)容繁瑣，處理工作量巨大，單憑人員處理不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且由于人員主觀因素容易產(chǎn)生誤差。自變量取觀測的時(shí)間，因變量取變形監(jiān)測量，這兩者存在一定相互關(guān)系。以變形數(shù)據(jù)具有的特點(diǎn)為依據(jù)，形成數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如圖1所示，通過回歸分析做出預(yù)報(bào)往往最為適用，采用數(shù)學(xué)建模分析的方法能確定擬合方程，從而獲得準(zhǔn)確、直觀的預(yù)測結(jié)果[5]。比如某基坑工程的回歸方程模型如圖2所示。

圖1 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 回歸方程模型

結(jié)語：

綜上所述，提出了一種以各測點(diǎn)變形監(jiān)測精度要求為基礎(chǔ)而對控制網(wǎng)等級進(jìn)行反推的新型觀測方案，這一觀測方案的實(shí)施，使測點(diǎn)精度及控制網(wǎng)等級彼此制約，并能加快實(shí)際操作中布網(wǎng)與觀測的速度，從而保證效率；在此基礎(chǔ)上，通過對回歸分析法的引入，對觀測得到的所有數(shù)據(jù)實(shí)施建模與預(yù)測，能分析確定基坑變形規(guī)律，進(jìn)而預(yù)報(bào)未來一段時(shí)間基坑變形趨勢，以此及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并提供預(yù)警預(yù)報(bào)功能，最終為基坑的信息化施工奠定良好基礎(chǔ)。目前，這一方案已經(jīng)在很多基坑工程，尤其是大型建筑項(xiàng)目深基坑或基坑周圍存在復(fù)雜既有建筑群中使用，均獲得了良好的成效，值得更大范圍的推廣應(yīng)用。