研究基坑變形監測分析及預報方法

【摘要】針對在建筑項目施工中具有重要意義的基坑變形監測，在簡單敘述變形監測基本理論的基礎上，對基坑變形監測精度及周期進行深入分析，并提出基坑變形預報方法，以此為實際的基坑變形監測及控制工作提供可靠依據，實現保障基坑安全，避免安全事故發生的目標。

【關鍵詞】基坑變形監測;基坑變形預報

如今，建筑項目施工安全事故頻頻發生，這使得國家及人們都對工程建設標準引起高度重視，在建筑項目中，基坑作為最基礎的工程，對其有著十分嚴格的要求，基于此，變形監測逐步發展成熟。在上個世紀末，因科技水平有限，儀器設備的精度不高，在進行基坑監測時，以常規儀器設備為主。近幾年，社會發展迅速，基坑監測方法除傳統儀器外，還可利用現代化技術及裝置實現，這使得監測實現了向立體空間目標的轉變。高水平及高精度新儀器設備的使用，不僅方便了測量操作，還有效保證了觀測精度。

1、基本理論

建筑項目施工中，由于地下基礎持續發生變形，使上部主體結構難免出現一定程度的位移，對建筑安全造成威脅。為避免事故，項目施工中必須做好變形監測，并進行預報。在建筑項目的地下基礎中，基坑為重要組成部分，于主體結構建設之前，為地基基礎施工創造施工作業條件而開挖形成的地下空間，屬于臨時性工程，較不穩定。在建筑項目中，基坑作為基礎工程，必須對其進行監測，這是建筑變形監測重要內容[1]。

基坑有很大安全風險，其原因為有許多約束條件、結構體系復雜、有較多明顯的特征但安全儲備卻很小，尤其是大規模建筑，其基坑監測對技術提出了極高要求，只有保證監測技術水平，才能掌握基坑實際情況，進而使其處在安全穩定實際狀態，使后續主體結構施工順利完成。基于此，在建設初期就要制定合理可行的基坑監測實施方案，采用變形觀測方法對工程可靠性及質量進行確定，并制定預報方案，通過對變形的發展走勢的預測，為之后的工程建設提供正確指導。

對于基坑變形監測，它是以下工作內容的總稱：基坑主體部分及圍護結構發生的水平方向位移實時監測;基坑地基沉降數值測量;基坑回彈模量測量;基坑內、外部地下、地表水水位的實時觀測。其中，以水平及豎直方向的位移觀測最為重要。

在基坑變形監測過程中，應布置控制網來保證監測點實際精度，提高觀測數據真實性。監測項目正式開展前，先對基坑規模進行勘測，再確定工程概況和周圍自然環境，用于確定基坑等級與精度。在基坑周圍保持穩定的地方布置測點，并構建控制網，其精度以基坑的等級為依據，結合監測點對精度提出的要求及點位誤差進行反推，這樣做的目的在于對控制點是否可靠進行檢驗，待完成對控制網的檢驗，并確認合格后開始布置站點進行監測點的連續觀測[2]。

2、監測精度與周期

在基坑變形監測過程中，監測點實際精度主要取決于工程實際情況、儀器設備、監測方法、任務目的、允許形變量等。按照現行技術規范，對測量精度提出以下要求：

（1）特級：測站高差的中誤差不能超過±0.05mm，觀測點所在位置坐標的中誤差不能超過±0.3mm，主要用于精密工程。

（2）一級：測站高差的中誤差不能超過±0.15mm，觀測點所在位置坐標的中誤差不能超過±1.0mm，主要用于甲類建筑、古建筑與大型橋梁工程。

（3）二級：測站高差的中誤差不能超過±0.50mm，觀測點所在位置坐標的中誤差不能超過±3.0mm，主要用于乙類建筑、重要管線及大型市政工程。

（4）三級：測站高差的中誤差不能超過±1.50mm，觀測點所在位置坐標的中誤差不能超過±10.0mm，主要用于丙類建筑、道路、普通管線及小型市政工程。

可見，針對不同的工程項目，應確定相應的精度等級，進而按照相應的精度要求進行誤差控制[3]。

監測周期應根據單位時間范圍內基坑形變量、精度要求、變形具有的調整與外部因素來確定。在第一次進行觀測時，需要連續觀測至少兩次，以中數為初始值。處在同一觀測周期的基坑觀測，需在相對短的時間內結束，而處在不同觀測周期的基坑觀測，應使用完全相同的設備、方法及路線。如果形變量相對較大，則應縮短監測的周期;而當形變量相對較小時，則可延長監測的周期。通常情況下，剛開始對基坑進行開挖時，變形發生速度相對較快，此時要縮短周期，增加觀測的頻率。一段時間之后，基坑將不斷穩定，此時需要對監測的周期進行增加，但必須保證定期。當變形觀測有很高要求時，人員應固定，不能有太大的變動，否則會影響到監測的過程及最終結果，并在最佳時間段開展監測，以有效降低誤差。其中，最佳時間段是指體氣候條件可以達到監測要求，且監測技術條件適宜的時間段，在這個時間段開展測量是降低誤差的重要基礎[4]。

3、基坑變形預報

對基坑進行變形監測的根本目的在于對觀測獲得所有數據進行檢驗，確認是否達到相關要求，同時對數據具有的特點進行分析，檢測工程質量，確定對預報有價值的信息，最后給出完整的預報方案。監測技術不斷發展，它的精度不斷提高，對觀測數據具有的特點進行的探索逐步深入，以此產生一系列新預報方法，如人工神經網絡、回歸分析、有限元分析及灰色系統分析。對基坑進行變形監測需要長期開展，所有時期的數據量均較大，內容繁瑣，處理工作量巨大，單憑人員處理不僅勞動強度大，而且由于人員主觀因素容易產生誤差。自變量取觀測的時間，因變量取變形監測量，這兩者存在一定相互關系。以變形數據具有的特點為依據，形成數據分析統計結果，如圖1所示，通過回歸分析做出預報往往最為適用，采用數學建模分析的方法能確定擬合方程，從而獲得準確、直觀的預測結果[5]。比如某基坑工程的回歸方程模型如圖2所示。

結語：

綜上所述，提出了一種以各測點變形監測精度要求為基礎而對控制網等級進行反推的新型觀測方案，這一觀測方案的實施，使測點精度及控制網等級彼此制約，并能加快實際操作中布網與觀測的速度，從而保證效率;在此基礎上，通過對回歸分析法的引入，對觀測得到的所有數據實施建模與預測，能分析確定基坑變形規律，進而預報未來一段時間基坑變形趨勢，以此及時發現問題，并提供預警預報功能，最終為基坑的信息化施工奠定良好基礎。目前，這一方案已經在很多基坑工程，尤其是大型建筑項目深基坑或基坑周圍存在復雜既有建筑群中使用，均獲得了良好的成效，值得更大范圍的推廣應用。

參考文獻：

[1]夏偉，艾波，辛文鵬，方京.基坑變形監測分析及預報方法研究[J].北京測繪，2019，33（05）：579-584+166.

[2]郭濤.自回歸分析模型在基坑變形監測數據預報中的應用[J].長江工程職業技術學院學報，2017，34（03）：28-30.

[3]王萬平.基于小波神經網絡的基坑變形監測預報研究[J].自動化與儀器儀表，2017（02）：111-112+115.

[4]趙子新.基于時序分析的深基坑周邊建筑物變形監測預報[J].山西建筑，2014，40（29）：228-230+256.

[5]劉萬松，楊松林，于暉.深基坑變形監測數據時序分析法的建模與預報[J].北京測繪，2014（01）：111-113.

作者簡介：

文珺（1987.7-），女，本科，工程師，主要從事地基與基礎處理、地質災害防治方面的工作。