基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算

姜鋒,李正

(天津市市政工程設計研究院,天津市 300051)

基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算

姜鋒,李正

(天津市市政工程設計研究院,天津市 300051)

在基坑開挖過程中,深層水平位移會在諸多因素的影響下產生,從而對基坑的穩定性以及施工帶來一些不利影響。為了控制基坑開挖過程中深層水平位移的位移范圍,保障基坑的穩定性,促進基坑開挖的順利進行,通常在基坑開挖的過程中會設計一套基坑深層水平位移監測方案,即用相關儀器對基坑深層水平位移進行觀測。但該方法僅能反映基坑側壁斜孔的局部位置變化,且在該監測方式下是無法從整體上掌握基坑邊的深層水平位移變化。針對這一情況,為了加強對基坑側壁深層水平位移的掌握與控制,采用一種常見的數學軟件Maple來對某工程中開挖基坑側壁的深層水平位移進行擬合計算,探討最接近實際深層水平位移取值的范圍,為后期基坑開挖工作提供可靠的數據支撐,促進基坑開挖工作的順利進行。

基坑側壁;深層水平位移;平面擬合計算

0　引言

在基坑開挖的過程中常常會出現基坑深層水平位移,造成這一現象的因素較多,最為常見的主要是挖土工程周邊出現側向運動,土體位移造成的原有結構失衡出現水平位移。在這一因素的影響下,對基坑進行開挖需要于動工之前對深層水平位移的范圍取值進行有效的監測或者計算,為實際施工提供相關的數據支撐,避免對工程的穩定性造成不利影響。常見的處理方法是深層水平位移監測法,這一方法具有一定的實際效果,但是在應用過程中依舊存在一定的缺陷,例如在對基坑側壁深層水平位移進行監測的過程中,監測范圍具有一定的局限性,僅能夠監測到基坑側壁斜孔的局部位置變化,無法從整體上掌握基坑邊的深層水平位移變化。故而,依據有限的監測結果,采用一種有效的數學計算方式對基坑側壁深層水平位移進行平面擬合計算具有必要性。本文將以某工程為例,采用該種計算方法進行試驗說明,為類似狀況提供有價值的參考「1-3]。

1　計算方法

在基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算過程中,需要采用測斜儀監測下所得的相關數據作為計算數據支撐。因此,在計算之前需要搭建一個空間坐標系,作為計算前提。空間坐標系主要搭建在需要計算的基坑側壁中,以若干個測斜孔監測所得數據為樣本,將X軸定為順著基坑的方向,將Y軸定為順著測斜管深度的方向,將Z軸定為與X軸和Y軸所在平面相垂直的方向。X值的取值范圍是X軸方向上距離原點的距離;Y值的取值范圍是地表與測斜管之間的距離,注意取負值;Z值得取值范圍是測斜管的深層水平位移下的變形值。在搭建完成這一空間坐標系之后,首先建立一個關于X、Y的二元多項式函數,在這一函數下,可表示出位移變形值Z。以下為該函數的函數表達式「4-5]。Z=f(x,y):

依據以上計算公式以及監測過程中得到的相關數值進行回歸擬合。這一過程中所需要運用到的函數如下。

在進行擬合回歸的過程中,由于目的是為了得出函數(1)中所得結果的精度以及與實際監測數值之間的誤差,故而需要通過函數(2)、(3)、(4)中的最大絕對值差以及擬合計算數值與實測變形位移值之間的誤差值△zi,回歸迭代中的誤差值,平均絕對值差,這些來對擬合精度進行準確的判斷,以擬合精度是否達到要求為標準,進行下一步的分析。當擬合精度未能達到要求時,擬合計算將會停止,當擬合精度達到要求時,將會通過不斷的反復擬合計算來縮小誤差。這一過程完成之后,結束擬合計算,計算中所得到的結果就是深層水平位移的二元多項式函數。且這一函數與實際深層水平位移值具有較高的擬合程度,通過這一函數計算出的相關位移值基本上在實際測量值附近,這對于未能實現測量的其他基坑側壁部分的深層水平位移值的獲取具有十分重要的意義。依據這一函數可以利用數學軟件Maple進行三維圖形的繪制,將工程中基坑整個側壁的深層水平位移進行直觀的表現,這對基坑開挖具有極高的實際應用價值。對計算方法進行分析之后,將在工程實例中對這一方法的應用效果進行驗證。

2　工程實例與平面擬合計算過程以及相應結果分析

2.1工程實例

本次研究所選取的工程實例中基坑開挖的深度取值為7.73 m,采用深層攪拌樁對基坑的一側進行支護,將測斜管埋藏于土體中并設置埋設長度為19.0 m。在基坑開挖到-13 m時進行基坑測斜孔位移監測,設置4個測斜孔,依次編號為A1、A2、A3、A4,得出以下數據,見表1。

表1　基坑測斜孔位移監測數據(單位:mm)

這四個測斜孔均位于基坑的一側,并且相鄰之間的間隔為10 m。表1中顯示的是該天從基坑開挖到13 m時四個測斜孔監測到的相關數據。

2.2平面擬合計算過程以及相應結果分析

依據上述工程實例以及在基坑開挖過程中對基坑一側四個測斜孔的監測數據進行平面擬合計算,依據第一部分中計算方法將A1設為零點,將A1的水平距離設為x,測斜孔深度值設為y,測得的位移變形值設為z。利用數學軟件Maple在這四組數據的基礎上進行多項式擬合,擬合次數共為5次,依據擬合次數以及所得的擬合結果,分析擬合誤差,見表2。

表2　擬合計算誤差值(單位:mm)

從表2中可觀察到在擬合過程中,第1、2、3、4次的誤差皆具有明顯的變化,而到了第5次時則出現比較細微的差別,表示在進行第4次擬合計算時,擬合所得數值的精度已經符合要求精度,故而在第五次擬合時才會出現迭代中誤差的細微變化。因此,最終選取的擬合結果為第四次擬合中所得的二元四次多項式。接下來可依據工程需要進行三維圖形的繪制,在此不加贅述。

3　結果分析

從上述的基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算方式到實際的工程應用中的情況可以看出,這種計算方式的原理是依據測斜儀在實際監測中所得的數據對實際監測中測斜儀無法監測到的數據進行一種比較科學的推算,從而獲得與實際情況接近的整體的基坑側壁深層水平位移狀況。這一計算方法有效的利用了測斜儀的監測作用并一定程度上解決了測斜儀監測方法的局限性。但是,由于測斜儀在對基坑側壁深層水平位移的監測過程中的局限性,導致所測得的數據在可靠性上具有一定的問題「6]。要確保擬合計算中所得結果與實際值誤差較小,滿足既定的精度要求,需要縮小相鄰測斜孔之間的距離,增加測斜孔的數量,并且在不同的基坑側壁支護結構下,該計算方法的可行性仍需要進行進一步的討論。因此,目前需要對這一計算方法進行更加深入的研究以及全面的考慮。

4　結語

綜上所述,在基坑開挖過程中采取斜測儀對基坑側壁深層水平位移發生狀況進行監測具有普遍的實際應用意義,本次研究針對斜測儀在監測過程中的局限性,采取了一種工程計算中常用的具有相當優勢的數學軟件Maple,以監測結果作為基礎數據,對基坑側壁水平位移進行整體擬合計算,所得結果在多次反復擬合計算的過程中誤差逐漸降低,最終精度達到了準確值范圍,為后期進行空間顯示提供了可靠的數據支撐,更重要的是為后期實際施工提供了可靠的數據,以及有效的現場指導。另一方面,由于本次研究中的擬合計算方式以及支撐擬合計算的斜測儀監測所得數據具有一定的局限性,若要將本次研究方法進行推廣仍需要進行進一步的深入研究準備。本次研究主要證明了基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算應用于保障基坑開挖的穩定性這一方面的可行性與發展前景。

「1] 李祥，周冬冬.基坑側壁深層水平位移的平面擬合計算與空間顯示「J].施工技術，2014(S2):10-12.

「2] 游晉華.淺談基坑側壁安全等級的確定方法「J].山西建筑，2010(23): 80-81.

「3] 黃晨亮，郭力群.泉州某軟土基坑側壁失穩分析及設計改進「J].工程勘察，2010(2):10-13，18.

「4] 杜長軍，蔣陳，李相依.復合地基側壁基坑SMW工法支護計算與優化設計「J].公路交通技術，2013(3):11-15.

「5] 涂曉方，曹全君，黃路明，等.北京地區深基坑側壁滯留水的原因分析及對策「J].巖土工程界，2010(4):37-39.

「6] 毛育程.某工程基坑側壁滑移的補救措施 「J].福建建設科技，2011(1):11-12.

TU47

A

1009-7716(2015)12-0126-02

2015-08-24

姜鋒(1980-),男,江西景德鎮人,高級工程師,從事橋梁設計工作。