深基坑施工地表沉降預測時序分析

藺 俊 林

(中冶天工集團有限公司，天津 300308)

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深基坑施工地表沉降預測時序分析

藺 俊 林

(中冶天工集團有限公司，天津 300308)

對深基坑施工地表沉降預測時序問題進行了分析，結合現有國內外研究成果，通過對經驗進行總結，并借助于模型計算，對深基坑施工地表沉降規律進行了研究，以滿足實際施工需要。

深基坑，地表沉降，預測時序

0 引言

深基坑地表沉降預測時序分析，注重對深基坑施工的數據信息進行獲取，對深基坑施工予以技術支持，保證深基坑施工順利進行。通過沉降預測時序分析，能夠對深基坑施工過程中數據監測存在的誤差問題進行解決，保證數據信息的可靠性，提升深基坑施工的質量，降低或是消除深基坑施工對地表建筑產生的不利影響。對地表沉降預測的時序分析，借助于模型分析，能夠使數據探究更加貼近實際情況，降低數據誤差，有利于深基坑施工的信息化發展。

1 深基坑地表沉降特征分析

在對深基坑施工地表沉降預測時序分析過程中，地表沉降特征的把握，能夠保證時序預測的針對性，對于問題解決，有著一定的支撐作用[1]。關于深基坑地表沉降特征，主要表現在以下幾點。

1.1 地表最大沉降位置

在進行深基坑施工過程中，地表最大沉降位置主要在基坑的邊緣。在基坑開挖后，沉降曲線呈現出三角形分布特征。在進行深基坑處理時，會設置一定的支撐裝置，但是墻后最大地表沉降產生的距離與圍護墻之間有一定的距離，并且與開挖深度的關聯性不大，地表沉降呈現出一個不對稱的沉降盆[2]。具體情況如圖1所示。

從圖1來看，基坑周圍沉降現象的發生，與深基坑的形態有著一定的關聯性，并且在對深基坑進行支護過程中，最大沉降發生處與圍墻之間存在一定距離，在超過這一距離后，地表沉降開始逐漸減小。

1.2 地表沉降的估算特征

在對地表沉降進行估算過程中，學術界對這一問題的看法有著一定的差異性，學者們對這一問題持不同的觀點。有學者指出，在進行地表沉降估算過程中，借助于Peck曲線，不同地區的地表沉降呈現出不同的規律，如軟土區的沉降范圍在4L(L表示深基坑開挖深度)；也有學者指出，在對地表沉降范圍確定過程中，可以根據支護結構滑動棱體寬度進行表示，即：Ltan(π/4-φ/2)(其中，φ為內摩擦角)[3]。結合學術界的研究成果，文章認為，在對地表沉降范圍估算過程中，需要考慮到地層的性質、墻體的深度、開挖支護方法等，在對其沉降范圍界定時，可以利用有限元方法進行分析。

2 工程案例

在對深基坑施工地表沉降預測時序分析過程中，本文選擇天津某工程作為研究案例(以下簡稱A工程)。A工程在進行深基坑開挖過程中，面臨著復雜的周圍環境。該工程地下埋深為3層，采用樁基礎施工，地下3層的標高在12.15 m，梁板厚度為1.6 m，基底的設計標高為13.7 m，基坑深度為13.7 m。考慮到地下室需要外擴的情況，兩側臨近商業街的距離在2.45 m左右，西南角毗鄰居民區的距離為13.5 m，距離違章平房12.6 m[4]。在進行深基坑開挖過程中，對A工程的情況進行了監測，關于監測到的地表沉降信息如圖2所示。

對A工程周圍地表沉降信息監測，其時間從2015年6月開始，到2016年3月份結束，監測的總時間為200 d。在對監測信息獲取時，其頻率為每日一次。圖2為A工程某一時間段的地表沉降監測信息。在對A項目進行監測時，首先對監測的目標予以明確，之后對監測的工具進行了有效選擇，并設置了10個監測點。這10個監測點分別為東西方向監測點6個，南北兩側監測點4個。

3 深基坑施工地表沉降預測時序分析

3.1 時間序列趨勢分析

在對深基坑施工地表沉降采取預測時序分析過程中，需要對時間序列趨勢進行把握，分析在某一時刻t內地表沉降情況。這一過程中，對觀察的數值yt進行記錄，并將yt構建期望值數列E(yt)，從而對某一時刻內，地表沉降的變化情況進行獲取。具體情況如式(1)所示：

E(yt)=f(β0,β1,β2，…，t)，t=1,2,3…

(1)

在式(1)中，E(yt)的數值存在著顯著的上升或是下降的變化。

3.2 時序回歸分析

在對深基坑施工地表沉降預測時序分析時，需要對數據進行獲取，并對數據進行處理，之后為地表沉降情況提供依據和參考，以保證深基坑施工更具針對性。在數據預處理過程中，需要對樣本信息進行獲取，并對樣本的屬性值進行設置[5]。假設樣本信息的經驗等級值為y(i)，樣本屬性值為xij，對變化范圍界定，構建等級評價模型，則有：

(2)

式(2)中，z(i)為投影值，結合z(i)投影值，可以對x(i，j)中存在的異常信息進行提取。根據z(i)，可以對指標函數進行構建，則有：

Q(a)=Ss|Rsy|

(3)

式(3)中，Ss表示z(i)的標準差，Rsy則反映出了z(i)和y(i)之間的關系。結合式(2)和式(3)，可以對最佳投影的目標函數進行確定，則有：

maxQ(a)=Ss|Rsy|

(4)

在進行時序回歸分析過程中，結合時間序列模型和最佳投影目標函數，對獲取的數據信息進行線性回歸和指數平滑分析(見圖3，圖4)，能夠對深基坑地表沉降的情況予以把握，從而降低誤差，對深基坑施工地表沉降規律進行較好的把握。

通過線性回歸分析和指數平滑分析，能夠對地表沉降的歷程進行把握，結合文章研究的A工程情況，其地表沉降情況如圖5所示。

從地表沉降的歷程曲線來看，A工程不同工況的地表沉降情況有著一定的差異性。在這一過程中，地表沉降經歷了先增大后減小的發展趨勢，并且隨著基坑深度的增加，地表沉降的幅度逐漸增大。同時，結合地表沉降情況來看，接近地表位置的沉降量較小，沉降的最大值主要出現在距離墻體一定距離的位置，其沉降產生的形式與帶內支撐基坑的沉降方式保持一致性。從這一情況產生的原因來看，在進行深基坑施工過程中，地表沉降與支撐剛度有著密切的關聯性，墻體與土體之間受到支撐力的影響，導致摩擦力增加，這對周圍土體沉降產生了一定的阻礙作用，從而減輕了地表沉降現象的發生。另外，從地表沉降產生的原因來看，在進行施工過程中，可能出現降水的問題，降水會對地表沉降產生一定的影響。隨著降水的產生，土體會出現再次凝固的現象，并且由于基坑內部的圍護結構會受到降水的影響，在5 m范圍內，沉降量會出現一定的變化，使降水集中區域與其他區域的地表沉降現象呈現出差異性的特征。結合地表沉降情況來看，工況7的地表沉降量最大。但結合A工程的施工情況，通過利用剛度較大的層板進行支撐，其對地表沉降的影響相對較低，能夠使深基坑施工降低對地表建筑的影響，具有較好的應用效果。

3.3 分析結果

通過利用地表沉降預測時序分析，可以對A工程深基坑開挖過程中產生的地表沉降問題進行把握，降低數據獲取過程中出現的誤差問題，使地表沉降分析的針對性得到了較大幅度的提升，能夠更加清晰的把握A工程在深基坑施工中產生的地表沉降問題。通過時序回歸分析，得出以下結果：

1)地表沉降現象的產生，隨著基坑開挖的深度增加，地表沉降逐漸增大。在這一過程中，前期的沉降梯度較小，但是到了后期，沉降梯度數值不斷增大，地表沉降變形比較劇烈。

2)深基坑在施工初期，周圍地表呈現出隆起的狀態，但是隨著深基坑施工工作的開展，地表沉降逐漸增大。產生這一問題的原因在于，隨著基坑的開挖，墻體支撐受力作用，開始向外擴展，從而使周圍的土體朝著垂直方向進行隆起，導致地表沉降逐漸增大。

4 結語

深基坑地表沉降預測時序分析的應用，能夠對地表沉降規律進行較好的把握，借助于時序回歸分析，有利于降低地表沉降數據獲取的誤差，更好的把握地表沉降情況。從深基坑施工地表沉降問題產生的原因來看，開挖深度以及基坑支撐剛度對地表沉降有著較大的影響，在這一過程中，做好對基坑周邊的維護作用，減少周圍土體的豎向隆起，可以有效地降低地表沉降作用，減小深基坑開挖對地表建筑的不利影響。針對于這一情況，在對地表沉降問題控制時，可以考慮以下對策：1)支撐剛度的提升，可以利用地下連續墻對基坑進行支護，以降低地表沉降；2)當土體開挖后，要及時的設置支護裝置，并且對預加軸力進行較好的把握，以保證深基坑的支護效果，從而降低地表沉降；3)地表沉降問題控制過程中，還需要考慮到周圍建筑物的情況，注重對超載問題進行解決，減少臨近建筑物的附加應力，以減少負載現象對地表沉降的不利影響。

[1] 尹盛斌,丁紅巖.深基坑施工時地表沉降預測的時序—投影尋蹤回歸模型[J].巖土力學,2011(2):369-374.

[2] 郭 健,查呂應,龐有超,等.基于小波分析的深基坑地表沉降預測研究[J].巖土工程學報,2014(S2):343-347.

[3] 劉 戈,馮雙喜.深基坑施工中周圍管線沉降預測與關聯因素分析[J].建筑技術,2014(7):644-646.

[4] 王紹君,劉耀凱,凌賢長,等.軟土深基坑施工過程對地表沉降影響力學行為分析[J].土木工程學報,2012(S2):226-230.

[5] 馬召林,王曉琳,焦 雷.深基坑降水施工對地表沉降影響分析[J].低溫建筑技術,2017(2):99-102.

Analysis on surface subsidence time series forecast of deep foundation construction

Lin Junlin

(ChinaMetallurgyTiangongGroupCo.,Ltd,Tianjin300308,China)

The paper analyzes surface subsidence time series forecast of deep foundation construction. Combining with research achievements at home and abroad, through summarizing construction experience, it studies deep foundation construction surface settlement law by referring to the model calculation, with a view to meet actual construction demand.

deep foundation, surface subsidence, time series forecast

1009-6825(2017)18-0054-03

2017-04-13

藺俊林(1982- )，男，工程師

TU751

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