基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算

姜锋,李正

(天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算

姜锋,李正

(天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

在基坑开挖过程中,深层水平位移会在诸多因素的影响下产生,从而对基坑的稳定性以及施工带来一些不利影响。为了控制基坑开挖过程中深层水平位移的位移范围,保障基坑的稳定性,促进基坑开挖的顺利进行,通常在基坑开挖的过程中会设计一套基坑深层水平位移监测方案,即用相关仪器对基坑深层水平位移进行观测。但该方法仅能反映基坑侧壁斜孔的局部位置变化,且在该监测方式下是无法从整体上掌握基坑边的深层水平位移变化。针对这一情况,为了加强对基坑侧壁深层水平位移的掌握与控制,采用一种常见的数学软件Maple来对某工程中开挖基坑侧壁的深层水平位移进行拟合计算,探讨最接近实际深层水平位移取值的范围,为后期基坑开挖工作提供可靠的数据支撑,促进基坑开挖工作的顺利进行。

基坑侧壁;深层水平位移;平面拟合计算

0　引言

在基坑开挖的过程中常常会出现基坑深层水平位移,造成这一现象的因素较多,最为常见的主要是挖土工程周边出现侧向运动,土体位移造成的原有结构失衡出现水平位移。在这一因素的影响下,对基坑进行开挖需要于动工之前对深层水平位移的范围取值进行有效的监测或者计算,为实际施工提供相关的数据支撑,避免对工程的稳定性造成不利影响。常见的处理方法是深层水平位移监测法,这一方法具有一定的实际效果,但是在应用过程中依旧存在一定的缺陷,例如在对基坑侧壁深层水平位移进行监测的过程中,监测范围具有一定的局限性,仅能够监测到基坑侧壁斜孔的局部位置变化,无法从整体上掌握基坑边的深层水平位移变化。故而,依据有限的监测结果,采用一种有效的数学计算方式对基坑侧壁深层水平位移进行平面拟合计算具有必要性。本文将以某工程为例,采用该种计算方法进行试验说明,为类似状况提供有价值的参考「1-3]。

1　计算方法

在基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算过程中,需要采用测斜仪监测下所得的相关数据作为计算数据支撑。因此,在计算之前需要搭建一个空间坐标系,作为计算前提。空间坐标系主要搭建在需要计算的基坑侧壁中,以若干个测斜孔监测所得数据为样本,将X轴定为顺着基坑的方向,将Y轴定为顺着测斜管深度的方向,将Z轴定为与X轴和Y轴所在平面相垂直的方向。X值的取值范围是X轴方向上距离原点的距离;Y值的取值范围是地表与测斜管之间的距离,注意取负值;Z值得取值范围是测斜管的深层水平位移下的变形值。在搭建完成这一空间坐标系之后,首先建立一个关于X、Y的二元多项式函数,在这一函数下,可表示出位移变形值Z。以下为该函数的函数表达式「4-5]。Z=f(x,y):

依据以上计算公式以及监测过程中得到的相关数值进行回归拟合。这一过程中所需要运用到的函数如下。

在进行拟合回归的过程中,由于目的是为了得出函数(1)中所得结果的精度以及与实际监测数值之间的误差,故而需要通过函数(2)、(3)、(4)中的最大绝对值差以及拟合计算数值与实测变形位移值之间的误差值△zi,回归迭代中的误差值,平均绝对值差,这些来对拟合精度进行准确的判断,以拟合精度是否达到要求为标准,进行下一步的分析。当拟合精度未能达到要求时,拟合计算将会停止,当拟合精度达到要求时,将会通过不断的反复拟合计算来缩小误差。这一过程完成之后,结束拟合计算,计算中所得到的结果就是深层水平位移的二元多项式函数。且这一函数与实际深层水平位移值具有较高的拟合程度,通过这一函数计算出的相关位移值基本上在实际测量值附近,这对于未能实现测量的其他基坑侧壁部分的深层水平位移值的获取具有十分重要的意义。依据这一函数可以利用数学软件Maple进行三维图形的绘制,将工程中基坑整个侧壁的深层水平位移进行直观的表现,这对基坑开挖具有极高的实际应用价值。对计算方法进行分析之后,将在工程实例中对这一方法的应用效果进行验证。

2　工程实例与平面拟合计算过程以及相应结果分析

2.1工程实例

本次研究所选取的工程实例中基坑开挖的深度取值为7.73 m,采用深层搅拌桩对基坑的一侧进行支护,将测斜管埋藏于土体中并设置埋设长度为19.0 m。在基坑开挖到-13 m时进行基坑测斜孔位移监测,设置4个测斜孔,依次编号为A1、A2、A3、A4,得出以下数据,见表1。

表1　基坑测斜孔位移监测数据(单位:mm)

这四个测斜孔均位于基坑的一侧,并且相邻之间的间隔为10 m。表1中显示的是该天从基坑开挖到13 m时四个测斜孔监测到的相关数据。

2.2平面拟合计算过程以及相应结果分析

依据上述工程实例以及在基坑开挖过程中对基坑一侧四个测斜孔的监测数据进行平面拟合计算,依据第一部分中计算方法将A1设为零点,将A1的水平距离设为x,测斜孔深度值设为y,测得的位移变形值设为z。利用数学软件Maple在这四组数据的基础上进行多项式拟合,拟合次数共为5次,依据拟合次数以及所得的拟合结果,分析拟合误差,见表2。

表2　拟合计算误差值(单位:mm)

从表2中可观察到在拟合过程中,第1、2、3、4次的误差皆具有明显的变化,而到了第5次时则出现比较细微的差别,表示在进行第4次拟合计算时,拟合所得数值的精度已经符合要求精度,故而在第五次拟合时才会出现迭代中误差的细微变化。因此,最终选取的拟合结果为第四次拟合中所得的二元四次多项式。接下来可依据工程需要进行三维图形的绘制,在此不加赘述。

3　结果分析

从上述的基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算方式到实际的工程应用中的情况可以看出,这种计算方式的原理是依据测斜仪在实际监测中所得的数据对实际监测中测斜仪无法监测到的数据进行一种比较科学的推算,从而获得与实际情况接近的整体的基坑侧壁深层水平位移状况。这一计算方法有效的利用了测斜仪的监测作用并一定程度上解决了测斜仪监测方法的局限性。但是,由于测斜仪在对基坑侧壁深层水平位移的监测过程中的局限性,导致所测得的数据在可靠性上具有一定的问题「6]。要确保拟合计算中所得结果与实际值误差较小,满足既定的精度要求,需要缩小相邻测斜孔之间的距离,增加测斜孔的数量,并且在不同的基坑侧壁支护结构下,该计算方法的可行性仍需要进行进一步的讨论。因此,目前需要对这一计算方法进行更加深入的研究以及全面的考虑。

4　结语

综上所述,在基坑开挖过程中采取斜测仪对基坑侧壁深层水平位移发生状况进行监测具有普遍的实际应用意义,本次研究针对斜测仪在监测过程中的局限性,采取了一种工程计算中常用的具有相当优势的数学软件Maple,以监测结果作为基础数据,对基坑侧壁水平位移进行整体拟合计算,所得结果在多次反复拟合计算的过程中误差逐渐降低,最终精度达到了准确值范围,为后期进行空间显示提供了可靠的数据支撑,更重要的是为后期实际施工提供了可靠的数据,以及有效的现场指导。另一方面,由于本次研究中的拟合计算方式以及支撑拟合计算的斜测仪监测所得数据具有一定的局限性,若要将本次研究方法进行推广仍需要进行进一步的深入研究准备。本次研究主要证明了基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算应用于保障基坑开挖的稳定性这一方面的可行性与发展前景。

「1] 李祥，周冬冬.基坑侧壁深层水平位移的平面拟合计算与空间显示「J].施工技术，2014(S2):10-12.

「2] 游晋华.浅谈基坑侧壁安全等级的确定方法「J].山西建筑，2010(23): 80-81.

「3] 黄晨亮，郭力群.泉州某软土基坑侧壁失稳分析及设计改进「J].工程勘察，2010(2):10-13，18.

「4] 杜长军，蒋陈，李相依.复合地基侧壁基坑SMW工法支护计算与优化设计「J].公路交通技术，2013(3):11-15.

「5] 涂晓方，曹全君，黄路明，等.北京地区深基坑侧壁滞留水的原因分析及对策「J].岩土工程界，2010(4):37-39.

「6] 毛育程.某工程基坑侧壁滑移的补救措施 「J].福建建设科技，2011(1):11-12.

TU47

A

1009-7716(2015)12-0126-02

2015-08-24

姜锋(1980-),男,江西景德镇人,高级工程师,从事桥梁设计工作。