項(xiàng)甜甜
摘要:深基坑的變形監(jiān)測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。隨著近年來建筑行業(yè)的迅速增加,我國在深基坑變形監(jiān)測上的技術(shù)應(yīng)用也越來越多,本文以當(dāng)前最為常見的深基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法為研究對象,希望能夠提供真實(shí)有效的深基坑變形監(jiān)測處理數(shù)據(jù)以及為基坑變形預(yù)測提供有利的參考依據(jù),同時(shí)簡化數(shù)據(jù)處理工作過程,提高工作效率。
關(guān)鍵詞:深基坑變形監(jiān)測;數(shù)據(jù)處理;VB編制;穩(wěn)建GM(1,1,);卡爾曼濾波;維納過程
中圖分類號: TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)12(a)-0000-00
引言:
近年來隨著我國經(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)、施工過程中的安全,除了對選用的各種計(jì)算方法要盡可能符合理論知識外,還應(yīng)能夠?qū)ΡO(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對深基坑進(jìn)行變形預(yù)測,為將來能夠出現(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,對深基坑監(jiān)測的方法也越來越多,且各有各的利弊,本文在闡述深基坑變形的機(jī)理之上,就常見的幾種深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行了對比分析,希望能夠?yàn)閷碓谏罨拥墓ぷ髡咛峁┯欣麉⒖家罁?jù)。
一、深基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容與實(shí)施
1.1、支護(hù)體系土體位移監(jiān)測
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)行安置測斜管的埋設(shè)工作,在埋設(shè)測斜管的預(yù)定位置,利用地質(zhì)轉(zhuǎn)孔機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)孔+擴(kuò)孔后,安置測斜管,每一節(jié)測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)砂將測斜管的外部灌滿夯實(shí),確保在項(xiàng)目施工過程中測斜管能夠隨土方一起移動,(以開工前測斜管所測值的兩次數(shù)值的平均值作為初始值)。
1.2、邊坡水平位移監(jiān)測
在項(xiàng)目的進(jìn)行過程中,支護(hù)體系頂部水平位移變化顯著。在測量時(shí)采用II級電子經(jīng)緯儀測量水平位移。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
深基坑沉降觀測是采用最為常見的工程測量方法,它是根據(jù)工程測量規(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)和沉降觀測點(diǎn),利用精密水準(zhǔn)儀結(jié)合鋼尺進(jìn)行觀測,(基準(zhǔn)點(diǎn)不應(yīng)設(shè)計(jì)在項(xiàng)目影響的范圍之內(nèi),以便后期引測和保存)。
二、深基坑變形監(jiān)測數(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,這樣在簡單便捷處理觀測數(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,對潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測,進(jìn)而減少測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,雖然簡化了檢測和數(shù)據(jù)處理,但是在應(yīng)用過程中還存在著諸多問題需要我們不斷注意完善。例如:
a、在每次觀測結(jié)果后,將觀測的結(jié)果可以直接輸入到VB程序中,根據(jù)程序提示檢測所有的數(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)算過程中,應(yīng)當(dāng)首先導(dǎo)入上一期的觀測期數(shù),同時(shí)利用Excel辦公軟件輸入本次測量的數(shù)據(jù),且在Excel中不能輸入多次測量結(jié)果。
c、當(dāng)在有原來的數(shù)據(jù)點(diǎn)破壞或者新增數(shù)據(jù)點(diǎn)的情況下,應(yīng)按照對應(yīng)的監(jiān)測點(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)間上下波動無序累加生成的有規(guī)律數(shù)據(jù)序列,然后在進(jìn)行建模預(yù)測。它具有預(yù)測數(shù)據(jù)樣本較小,預(yù)測精度高,在缺乏基礎(chǔ)資料時(shí)仍能夠完成預(yù)測功能的優(yōu)點(diǎn)。
在深基坑項(xiàng)目開展實(shí)施的過程中,利用該方法既可以根據(jù)前期數(shù)據(jù)對后序施工變形起到一個(gè)預(yù)測,同時(shí)還能夠根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)預(yù)測能夠發(fā)生的位置移動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)測工程是一個(gè)數(shù)據(jù)長期積累的過程,影響測量結(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)件動態(tài)平差模型,解出初始狀態(tài)值,構(gòu)建動態(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],來確定,在本文不再進(jìn)行闡述。)
卡爾曼濾波模型是一種對動態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的有效方法,它可以處理變形監(jiān)測數(shù)據(jù),獲得監(jiān)測系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài);此外,該模型是一種計(jì)算公式,在計(jì)算過程中需要不斷預(yù)測、修正,同時(shí)能夠求解出變化速度成果,適合深基坑變形動態(tài)監(jiān)測數(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、維納過程
深基坑變形預(yù)測中,常用歷史變形監(jiān)測數(shù)據(jù)對未來變形進(jìn)行檢測,預(yù)測的方法通常有統(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)原理對歷史檢測數(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)測深基坑的變形。而維納過程正是基于力學(xué)模型的基礎(chǔ)之上采用的模型方式。維納過程的基本原理參見參考文獻(xiàn)[2],本文再次不在做進(jìn)一步的闡述。
維納過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,能夠較為迅速的檢測到基坑的變形趨勢,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)測數(shù)據(jù)處理過程中應(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)測深基坑變形監(jiān)測數(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)測體系,精度更高的儀器和完善的監(jiān)測方法,改進(jìn)數(shù)據(jù)分析模型,滿足施工要求。
結(jié)束語
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,對深坑基地進(jìn)行監(jiān)測則是一項(xiàng)非常重要的工作。通過對基坑變形監(jiān)測增加基坑時(shí)空效應(yīng),同時(shí)還可以根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測報(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。雖然本文對目前常見的深基坑變形監(jiān)測方法進(jìn)行了對比分析,但在實(shí)際應(yīng)用過程中基坑的變形時(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程中進(jìn)行不斷總結(jié)、分享,為提高深基坑變形預(yù)測提供有利參考依據(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)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 測繪與空間地理信息, 2016(9):177-179.
[2] 胡俊. 維納過程在基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 測繪與空間地理信息, 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)測數(shù)據(jù)處理方法[J]. 礦山測量, 2007(4):11-12.