[分享][技术]一种深基坑变形监测方案及数据回归分析方法

时间: 2020-07-31 21:04 阅读:


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摘 要: 基坑监测是检验基坑设计是否正确的重要手段,也是保证施工安全的必要措施。本文比较了各种基坑变形监测技术的适用性和优缺点,并结合工程实例,提出了一种深基坑变形监测方案及数据回归分析方法,得到了比较可靠的变形监测数据,有效地检验了深基坑变形监测方法和结果的合理性。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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关键词: 深基坑; 变形监测; 数据回归分析mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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0 引言mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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基坑工程是一项综合性很强的系统工程,是建筑地下设施、桥梁基础工程、道路施工中重要的组成部分[1]。基坑开挖后,由于荷载增加、土体变形、地下水位下降、支护桩强度不足等原因,引起周边环境变化,影响邻近建筑物或道路的安全使用。因此,基坑监测是基坑工程中至关重要的环节。随着城市建设的快速发展,建筑基坑规模及开挖深度不断增大,要求基坑变形监测技术及数据分析方法更加综合化。本文以广州增城知名地产凤凰城深基坑监测为例,比较了各种基坑监测技术的优缺点,提出了一种监测系统的布设方案和监测数据的分析方法,为深基坑变形监测工作提供理论和实践参考。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1 基坑变形监测方法mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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基坑变形监测方法有常规大地测量方法和现代新技术监测方法。常规大地测量方法,即测角、测边、水准测量等; 现代新技术监测方法有GPS、三维激光扫描、合成孔径雷达干涉测量等。基坑变形监测使用的仪器有全站仪、GPS、水准仪、经纬仪、测斜仪、水位计、频率仪等。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1.1 常规大地测量方法mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

常规大地测量方法是用传统大地测量仪器测量方向、角度、边长和高差等量所采用方法的总称[2]。主要优点有: 能提供变形体的整体变形状态; 通过组成网的形式,可以进行测量结果的校核和精度的评定; 灵活性大,能适用不同精度、不同变形体和不同外界条件。主要缺点有: 耗费大量的人力、物力; 不易实现连续监测和测量过程的自动化; 监测范围相对较小。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1.2 GPS 监测技术mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

GPS 系统以能够提供连续、实时和自动化服务等特点被广泛应用于变形监测领域。主要优点有: 测站间无须通视; 全天候监测,可以提供监测点的三维位移信息,监测精度高。主要缺点有: 对监测环境要求高,受地形或建筑物影响大; 垂直位移精度不高; 只能获取变形体上离散点的位移数据,不能得到表面的全部信息。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1.3 三维激光扫描技术mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

传统测量采用点测量,三维激光测量实现从点测量到面测量。主要优点有: 三维点云数据具有整体性、密集性、关联性的优势,可以很好地反映基坑的整体形变信息; 工作效率高,数据处理方便,能快速准确地生成三维数据模型。主要缺点有: 单个点云数据的定位精度不及全站仪、GPS 的测量精度; 点云数据的处理方法尚不完善; 成本较高。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1.4 合成孔径雷达干涉测量mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

合成孔径雷达干涉测量( InSAR) 是20 世纪发展起来的一种新型空间对地观测技术。主要优点有: 能够不受气候条件影响,全天候获取大面积地表精确三维信息,空间分辨率高; 可以获取连续的地表形变信息,并监测或识别出潜在的地面形变信息; 覆盖范围大,不需要建立监测网; 成本低。主要缺点有: 误差源多,影响观测精度。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1.5 基坑自动监测系统mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

基坑自动监测系统是采用数据库技术和网络传输技术保证数据的自动采集、传输、保存和安全查询[3]。系统的监测数据由数据采集终端采集后经现场服务器节点上传至平台,监测人员通过平台查询监测结果数据,了解基坑支护机构及周边环境的变形情况,从而实现水平位移和沉降监测、地下水位自动化检测、应力自动化监测的无人值守在线监测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

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2 工程实例mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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2.1 工程概况mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

本工程位于增城市新塘镇知名地产凤凰城内、凤凰大道西边丘陵坡脚下,原场地平面呈细长条形,走向由南北转东西,支护坡向由东北转南。山坡处于原始状况,植被茂密,坡度约30°—50°。基坑长约580 m,宽约80—220m,开挖底边线周长约1 421 m,开挖深度为4.6—13.1 m,距地下室外墙边线1.5 m。基坑支护边线周长约1 758 m( 含坑内不同深度开挖区段) 。基坑采用放坡+桩+锚索的支护形式,南侧靠近输油、燃气管线,西侧靠近山体区段,侧壁安全等级为一级,放坡区段为三级,其余区段为二级。观测时间500 d。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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2.2 主要方案设计mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

●   2.2.1 基准点布设mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

变形监测网的布设应充分考虑周边环境和基坑支护结构等情况,基准点一般选在远离待测基坑的稳定建筑物上或场地范围外不受基础压力影响的稳固处,数量不少于3 个,并选取另一个固定目标作为定向和检查方向,并在监测过程中定期对基准网进行联测检校,以确保基准点的稳定性[4]。本例中,在远离待测基坑的稳定处埋设3 个浅埋式基准点K1、K2 及K3 作为水平位移观测的基准点,点K1、K2 及K3 组成一个边角控制网,另外选取远处的一个固定目标T0 作为定向及检查方向。在远离待测基坑范围不受基础压力影响的稳固处,埋设3 个浅埋式水准点BM1、BM2 及BM3 作为沉降观测基准点,如图1所示。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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●   2.2.2 监测点布设mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

基坑支护结构监测点的布设应考虑基坑支护结构的材质、施工方法和施工场地工程地质条件的因素[5]。一般沿支护结构周边中部、阳角处布置,在圈梁顶变形最敏感的区段、基坑内侧、内力和变形大的代表性部位,应适当加密监测点。沉降观测的基准点可以和水平位移的基准点相同,选点时应考虑点位自身的沉降或因重物碾压等原因引起的点位沉降,布设在远离基坑的区域,以避免因基坑开挖、拟建建筑物加荷等引起点位沉降[6]mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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根据设计图纸的要求,在基坑坡顶共布设68 个水平位移观测点,编号分别为BX1—BX54、BX17-1、BX18-1、BX24-1—BX29-1、BX34-1、BX35-1、BX39-1、BX40- 1、BX25-2、BX34-2; 坡顶沉降观测点,与坡顶水平位移采用一体化观测点; 周边建筑物及地面沉降观测点,在需要监测的建筑物墙角底部高出20—40 cm 处及需要保护的周边地面上,采用冲击钻钻孔置入法布设沉降观测点25 个,编号为CJ1—CJ20、CJ1-1、CJ4-1、CJ5- 1、CJ19- 1、CJ20-1; 周边管线沉降观测点,在基坑周边管线的顶部地表共布设7 个沉降观测点,编号为S1—S7。各监测点位置如图1 所示。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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图1 凤凰城项目基坑支护监测点布置图mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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●   2.2.3 基坑变形监测内容mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

基坑变形监测包括基坑支护结构顶部、周边路面管线水平位移及沉降观测、支护桩测斜、锚索应力监测、地下水位监测[7]mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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1) 基坑支护结构顶部、周边路面管线水平位移观测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

基坑支护结构顶部、周边路面管线水平位移观测的特点有: 场地通视条件差,受施工影响大; 变形有明显方向性,主要位移一般指向临空侧; 对坐标的变化量精度要求高。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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本例中,采用独立坐标系统,坐标轴与基坑边线方向基本一致。采用索佳SET1X 型全站仪,分别在基准点K1、K2 及K3 上设站,按极坐标法进行观测,选取与基坑边线基本垂直方向的坐标增量作为观测点的本次位移量,各次位移量之和即为该点的累积位移量。按《建筑变形测量规范》JGJ8- 2007 中二级变形测量的精度要求施测,水平位移观测的精度为±1.0 mm[8]mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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2) 基坑支护结构顶部、周边路面管线垂直沉降观测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

基坑支护结构顶部沉降观测可以和水平位移采用一体化监测点,对于周边建筑物及道路、地下管线的沉降观测,还需另外布设监测点。一般布设在拐角、大转弯、沉降缝及其他地质条件变化明显的区段内,间距一般为10—15 m。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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本例中,采用索佳SDL1X 型精密电子水准仪配合条码标尺进行观测,观测时精读数取至0.01 mm。每次沉降观测前对基准点进行联测检校,确保其点位稳定; 每次观测应固定观测路线、观测人员和设站位置,避免在卷扬机、搅拌机等有震动影响的范围内设站。基准点联测及沉降点观测均组成闭合水准路线。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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3) 支护桩测斜监测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

支护桩测斜监测点一般布置在维护结构的各边跨跨中,对于较长的边线布设2—3 个。支护桩测斜管的埋设采用预埋法,土体测斜孔采用机械成孔埋设法。通过逐点测量测斜管内测斜探头轴线与铅垂线之间的倾角,可计算各点偏离垂线的水平偏差。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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4) 锚索应力监测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

锚索应力监测为板式围护体系一、二级监测等级必测项目。在仪器埋设前进行标定,开挖过程中按方案要求进行量测,并填写监测报表,绘制应力变化曲线图,分析拉力是否处于安全范围,在监测简报中提出监测分析和建议。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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5) 地下水位监测mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

地下水位监测包括坑内、坑外水位监测,坑外水位监测为基坑监测必测项目。地下水位测量有两种方法: 一是采用“钢尺电测水位计”进行测量,观测精度为0.5 cm;二是采用“压差”原理进行测量换算,这种方法的优点是使监测工作基本实现无纸化,方便后期的数据归档管理;缺点是测量比较费时,在管内水质含泥浑浊时,将导致计算结果有轻微偏差。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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2.3 数据处理与分析mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

●   2.3.1 回归分析模型mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

回归分析是根据高度相关的形态,建立适当的数学模型,来近似反映变量之间关系的统计分析方法[9]。它是相关现象之间不确定、不规则的数量关系的一般化。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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●   2.3.2 数据分析mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

按照回归分析方法,对增城市新塘镇知名地产凤凰城基坑的水平位移和沉降监测数据成果进行分析,将计算得到的坐标位移ΔX、ΔY 转化为该点沿基坑边界向基坑内( +) 外( -) 的数值变化情况。本文给出了2015 年11 月25 日至2015 年12 月30 日之间BX43—BX54 的累积水平位移量和累积沉降量,并绘制出对应水平位移监测点累积位移量和沉降监测点累积沉降量的过程曲线,如图2、图3 所示。通过曲线拟合和回归分析对数据成果进行处理分析。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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以BX51 点举例论证,对累积位移量和观测天数进行线性回归分析,通过二项式拟合插值得到累积位移量Y与监测天数X 的线性回归方程。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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图2 水平位移监测点累积位移量过程曲线mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

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图3 沉降监测点累积沉降量过程曲线mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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Y = -0.062 82X2+1.815 725X+3.114 825mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

通过回归分析,将水平监测位移点实际累积位移量与回归分析位移量对比,可以发现,实际累积位移量和回归分析位移量有一定差异,但总的分析曲线走势大致一致。通过此线性回归,可以较好地预测水平位移形变,反映点与点之间的沉降差异,作为建筑物的安全预报。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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以沉降点BX43 点从2015 年11 月25 日至2015 年12月22 日的38 次观测值为回归模型的分析点,对其进行回归分析,见表1、表2。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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表1 回归统计表mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

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1) 复相关系数R: 用来衡量自变量X 与因变量Y 之间的相关程度大小。一般复相关系数R 的绝对值在0.8—1之间,可判断回归自变量与因变量具有较强的线性相关。本例R= 0.946 739,表明观测天数与累积沉降量变化之间的关系高度正相关。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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2) 复测定系数R2 : 复相关系数R 的平方,用来说明自变量X 解释因变量Y 变差的程度,以测定因变量Y 的拟合效果。本例R2 = 0.896 314,表明用观测天数可解释累积沉降量变化变差的89.63%。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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3) 调整后的复测定系数R2 : 用来说明自变量X 能说明因变量Y 的程度。本例调整后的R2 = 0.890 389,说明用观测天数能解释累积沉降量变化的89.04%,累积沉降量变化的10.96%要由其他因素来解释。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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4) 标准误差: 用来衡量拟合程度的大小,也用于计算与回归相关的其他统计量。此值越小,说明拟合程度越好。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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5) 观测值: 用于估计回归方程的数据观测值个数。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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表2 说明,数据的残差较小,拟合效果较好。SignificanceF 代表的是显著性统计量P 值,即弃真概率( 模型为假的概率) ,显然1-P 是模型为真的概率,可见,P 值越小越好。本例P = 5.957 97E-18<0.000 1,故置信度达到99.99%以上。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

表2 方差分析表mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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采用回归分析对监测数据进行处理能够简单、快速、准确地得到深基坑变形情况、数据成果的可靠性和变形预测模型。但由于监测现场情况较为复杂,在运用数理统计方法进行预测时,还要结合现场实际情况及以往经验进行更为合理准确的判断和预测[10]mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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3 结束语mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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深基坑变形监测是很多大型工程必不可少的环节。在不同的地质条件下,仅采用一种监测方法很难满足现代深基坑变形监测工作的需要。要准确地反映基坑及周边建筑物的变形情况,必须采用合适的监测技术,结合现场巡查,运用数理分析方法等综合措施。本文对深基坑变形监测技术方法的适用性和优缺点进行了对比分析,介绍了深基坑变形监测的内容,并以凤凰城项目深基坑变形监测为例,提出了一种变形监测方案及结果回归分析方法,得到了比较可靠的基坑变形监测数据,有效地检验了变形监测方法和结果的合理性。mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等

来源:东晟图测绘圈  mkk七二检测-工程检测,教程,报告,记录,程序,考试,标准,招聘,求职等


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