深基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理研究

項甜甜

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)過程中也是一項重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為了確保深基坑在設(shè)計、施工過程中的安全，除了對選用的各種計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)危險預(yù)兆，提供盡可能多的預(yù)警時間。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，希望能夠為將來在深基坑的工作者提供有利參考依據(jù)。

一、深基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容與實施

1.1、支護(hù)體系土體位移監(jiān)測

在確定深基坑項目開挖前的一周，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，確保在項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)置一個觀察點。且每天均應(yīng)記錄每個觀察點的位移數(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，首先在項目施工開始前就應(yīng)預(yù)先埋設(shè)基準(zhǔn)點和沉降觀測點，利用精密水準(zhǔn)儀結(jié)合鋼尺進(jìn)行觀測，（基準(zhǔn)點不應(yīng)設(shè)計在項目影響的范圍之內(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)的同時還能夠?qū)斎氲脑紨?shù)據(jù)起到一個統(tǒng)計效果。輸出變形速率、變形量等結(jié)果圖，對潛在的危險進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而減少測量人員的工作量及工作失誤，為項目的安全實施提供有力的數(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、在程序計算過程中，應(yīng)當(dāng)首先導(dǎo)入上一期的觀測期數(shù)，同時利用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)點破壞或者新增數(shù)據(jù)點的情況下，應(yīng)按照對應(yīng)的監(jiān)測點順序輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)重新計算。

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為變量的個數(shù)，該理論在巖土工程方面應(yīng)用較多。灰色系統(tǒng)理論是將一些隨時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)資料時仍能夠完成預(yù)測功能的優(yōu)點。

在深基坑項目開展實施的過程中，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預(yù)測，同時還能夠根據(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破壞，從而反饋給設(shè)計及時調(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間內(nèi)變量之間的相互關(guān)系統(tǒng)計模型，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，該模型是一種計算公式，在計算過程中需要不斷預(yù)測、修正，同時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)計和力學(xué)模型，統(tǒng)計模型是一個傳統(tǒng)的方法，是利用統(tǒng)計原理對歷史檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，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)控數(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)注意的項點

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、運用多種數(shù)據(jù)處理分析模型處理分析實測深基坑變形監(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，施工周期時間長，對深坑基地進(jìn)行監(jiān)測則是一項非常重要的工作。通過對基坑變形監(jiān)測增加基坑時空效應(yīng)，同時還可以根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測報警，及時提出合理有效的參考建議，達(dá)到確保項目施工環(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，但在實際應(yīng)用過程中基坑的變形時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.