基坑变形监测及数据处理方法研究

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摘要：随着城市建设的发展，基坑施工的开挖深度越来越深，从最初的5～7m发展到目前最深已达20m多。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。本文通过特定案例，系统地研究了基坑变形监测的方法，对监测数据进行处理，预测变形趋势。

关键词：基坑监测；数据处理

Abstract: With the development of city construction, construction of the foundation pit excavation depth is more and more deep, from the initial 5 ~ 7m to the current development of the deep already amounted to 20m. Because the property of soil, loading conditions, construction of environmental complexity, in the construction process caused by soil, environment, adjacent building, underground facility change monitoring has become the indispensable important link of project construction. In this paper, through a specific case, systematic research on the deformation of foundation pit monitoring method, monitoring data, to predict the deformation trend.

Key words: deep foundation pit monitoring; data processing

中图分类号：C37文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 引言

随着城市建设的发展，基坑施工的开挖深度越来越深，从最初的5～7m发展到目前最深已达20m多。由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。 对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测据来了解基坑的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境――地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程度，为及时采取安全补救措施充当耳目。

基坑监测作为第三方监测，主要意义在于为基坑施工提供第一手数据，及时分析预测基坑变形数据，为基坑施工保驾护航。

2工程实例介绍

德州阳光新天地阳光花园商务大厦位于德州市新华路与湖滨南路交汇处东南角，为阳光花园配套公建设施。该项目东侧为住宅楼，距离开挖边线最近约5米，北侧为居民住宅，南、西侧为道路，道路上污水、雨水、电力管线较多，周边情况整体较复杂。基坑开挖深度为11.5m，基坑等级为一级。

整个场区周边环境较复杂，东侧、北侧为居民楼，西侧、南侧为道路，东侧中部还有一口热水井，在前期基坑施工中，东北部层出现大量流沙，地质条件较差，考虑周边环境情况，本工程采用钢管桩加土钉墙的模式进行支护。

根据规范要求，结合基坑支护设计方案及场地实际情况，本基坑监测重点包括基坑坡顶水平和竖向位移监测、周边建筑物沉降观测、周边道路及管线变形监测。

3 数据分析与预报

变形观测数据获取后，对数据进行处理加工，预测变形趋势，这是整个变形观测的核心部分。前期数据采集是基础部分，后期数据分析预报是对外业数据的再加工。

3.1基准点的稳定性检验

变形体的位移是相对于基准点来说的。如果基准点是稳定的，那么所求的位移是真正的位移，因此看出基准点的稳定性检验是至关重要的。以下将对基准点稳定性进行分析。主要介绍平均间隙法和t检验法

1.平均间隙法

设监测网的某两期误差方程为

权分别为P1和P2,附加条件为

式中x1,x2表示两点在两期网的坐标，以上为附有条件的间接平差模型。可以证明，带附加条件进行平差所得的残差平方和S，等于不带附加条件进行平差所得的残差平方和R加上一个二次型G，即S=R+G，

其中,

由R和G构成检验的统计量为:

式中fd为向量d中独立变量的个数，而

当算得F值小于Fa,fd,f时，则认为位移量不显著，全部网点是稳定的。

2.t检验法

利用t检验法检验基准点的稳定性。

构造统计量：

假设：；

在成立时，统计量满足如下概率式：

或

如果，则拒绝，即成立，，否则接受。

在变形监测过程中，对基准点进行了3次观测（施工前、监测中期和监测末期各观测一次），按t检验法，沿AB、BC、AC三条路线进行基准点稳定性分析。结果如 表1所示，由此我们可以认为整个基准网网点的稳定性是可靠的。

表1

3.2多元线性回归方程的建立

变形体的变形一般是由几个因数（如：荷载等）引起的。假设某个点的变形为，即，是荷载的函数。其基本思想是根据最小二乘原理，求解，，，，使全部观测值与回归值的残差平方和达到最小值。

残差平方和：

根据极值原理，在取极值时， ， (j=0,1,,m)。由极值条件，得矩阵方程：

式中，

因此：

如果，则可得：

即为线性回归方程的系数。

常见的回归分析函数有：

直线函数：

幂函数：

指数函数：

对数函数1：

对数函数2：

双曲线2：

双曲线1：

3.3实例分析

在实践中常常感到，用单个模型进行分析时仍然存在着较大的局限性，其准确性也不够高。譬如，在土石坝垂直位移分析中，人们常用相关系数较高的模型来进行变形性态分析，而用剩余标准差较小的模型来做变形趋势分析。若要选择一个模型来同时满足以上要求，显然是难以办到的。为此，我们寻求一种组合模型法，其基本思路是：选择几个“最优”模拟模型，然后，用一组权系数向量将它们线性组合起来，从而得到组合模型。

假定已经获得反映工程变形过程的n个观测值和相应时刻的自变量x的观测向量。并设y关于自变量x和待估参数b的m个拟合模型为：

在给定m个权系数向量，且满足后，可组成下列组合模型：

通过此思路，采用组合模型对本沉降观测数据进行了分析预测，结果如下：

指数1与双曲线1综合函数

指数2与双曲线1综合函数

指数1与双曲线2综合函数

指数2与双曲线2综合函数

通过使用不同函数组合对数据进行分析，发现双曲线组合函数拟合效果较好，拟合曲线与离散点之间关系一致性较好，能达到预测的效果。

4 总结

本文通过具体实例，探讨了深基坑监测中具体项目的测量方法、步骤，以及数据预处理方法。总结经验如下：

深基坑需从设计、施工到监测均需步步为营，设计必须到位，除对基坑整个支护方案的设计，明确基坑的安全等级和各项的预警值；施工单位应严格按基坑设计文件进行施工，以确保工程质量，在施工过程中对存在问题或与设计图纸不符之处及时向设计单位反映，尽快处理解决；对于基坑监测单位，应由具有监测资质的第三方进行观测，应在基坑开挖前应作出系统的开挖监测方案，监测方案应包括监控目的、监控项目、监控预警值及报警值等，监测项目应能满足规范要求及基坑安全。

参考文献

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[10]德州阳光新天地阳光花园商务大厦基坑支护工程图纸和监测施工方案