深基坑施工地表沉降预测时序分析

蔺 俊 林

(中冶天工集团有限公司，天津 300308)



深基坑施工地表沉降预测时序分析

蔺 俊 林

(中冶天工集团有限公司，天津 300308)

对深基坑施工地表沉降预测时序问题进行了分析，结合现有国内外研究成果，通过对经验进行总结，并借助于模型计算，对深基坑施工地表沉降规律进行了研究，以满足实际施工需要。

深基坑，地表沉降，预测时序

0 引言

深基坑地表沉降预测时序分析，注重对深基坑施工的数据信息进行获取，对深基坑施工予以技术支持，保证深基坑施工顺利进行。通过沉降预测时序分析，能够对深基坑施工过程中数据监测存在的误差问题进行解决，保证数据信息的可靠性，提升深基坑施工的质量，降低或是消除深基坑施工对地表建筑产生的不利影响。对地表沉降预测的时序分析，借助于模型分析，能够使数据探究更加贴近实际情况，降低数据误差，有利于深基坑施工的信息化发展。

1 深基坑地表沉降特征分析

在对深基坑施工地表沉降预测时序分析过程中，地表沉降特征的把握，能够保证时序预测的针对性，对于问题解决，有着一定的支撑作用[1]。关于深基坑地表沉降特征，主要表现在以下几点。

1.1 地表最大沉降位置

在进行深基坑施工过程中，地表最大沉降位置主要在基坑的边缘。在基坑开挖后，沉降曲线呈现出三角形分布特征。在进行深基坑处理时，会设置一定的支撑装置，但是墙后最大地表沉降产生的距离与围护墙之间有一定的距离，并且与开挖深度的关联性不大，地表沉降呈现出一个不对称的沉降盆[2]。具体情况如图1所示。

从图1来看，基坑周围沉降现象的发生，与深基坑的形态有着一定的关联性，并且在对深基坑进行支护过程中，最大沉降发生处与围墙之间存在一定距离，在超过这一距离后，地表沉降开始逐渐减小。

1.2 地表沉降的估算特征

在对地表沉降进行估算过程中，学术界对这一问题的看法有着一定的差异性，学者们对这一问题持不同的观点。有学者指出，在进行地表沉降估算过程中，借助于Peck曲线，不同地区的地表沉降呈现出不同的规律，如软土区的沉降范围在4L(L表示深基坑开挖深度)；也有学者指出，在对地表沉降范围确定过程中，可以根据支护结构滑动棱体宽度进行表示，即：Ltan(π/4-φ/2)(其中，φ为内摩擦角)[3]。结合学术界的研究成果，文章认为，在对地表沉降范围估算过程中，需要考虑到地层的性质、墙体的深度、开挖支护方法等，在对其沉降范围界定时，可以利用有限元方法进行分析。

2 工程案例

在对深基坑施工地表沉降预测时序分析过程中，本文选择天津某工程作为研究案例(以下简称A工程)。A工程在进行深基坑开挖过程中，面临着复杂的周围环境。该工程地下埋深为3层，采用桩基础施工，地下3层的标高在12.15 m，梁板厚度为1.6 m，基底的设计标高为13.7 m，基坑深度为13.7 m。考虑到地下室需要外扩的情况，两侧临近商业街的距离在2.45 m左右，西南角毗邻居民区的距离为13.5 m，距离违章平房12.6 m[4]。在进行深基坑开挖过程中，对A工程的情况进行了监测，关于监测到的地表沉降信息如图2所示。

对A工程周围地表沉降信息监测，其时间从2015年6月开始，到2016年3月份结束，监测的总时间为200 d。在对监测信息获取时，其频率为每日一次。图2为A工程某一时间段的地表沉降监测信息。在对A项目进行监测时，首先对监测的目标予以明确，之后对监测的工具进行了有效选择，并设置了10个监测点。这10个监测点分别为东西方向监测点6个，南北两侧监测点4个。

3 深基坑施工地表沉降预测时序分析

3.1 时间序列趋势分析

在对深基坑施工地表沉降采取预测时序分析过程中，需要对时间序列趋势进行把握，分析在某一时刻t内地表沉降情况。这一过程中，对观察的数值yt进行记录，并将yt构建期望值数列E(yt)，从而对某一时刻内，地表沉降的变化情况进行获取。具体情况如式(1)所示：

E(yt)=f(β0,β1,β2，…，t)，t=1,2,3…

(1)

在式(1)中，E(yt)的数值存在着显著的上升或是下降的变化。

3.2 时序回归分析

在对深基坑施工地表沉降预测时序分析时，需要对数据进行获取，并对数据进行处理，之后为地表沉降情况提供依据和参考，以保证深基坑施工更具针对性。在数据预处理过程中，需要对样本信息进行获取，并对样本的属性值进行设置[5]。假设样本信息的经验等级值为y(i)，样本属性值为xij，对变化范围界定，构建等级评价模型，则有：

(2)

式(2)中，z(i)为投影值，结合z(i)投影值，可以对x(i，j)中存在的异常信息进行提取。根据z(i)，可以对指标函数进行构建，则有：

Q(a)=Ss|Rsy|

(3)

式(3)中，Ss表示z(i)的标准差，Rsy则反映出了z(i)和y(i)之间的关系。结合式(2)和式(3)，可以对最佳投影的目标函数进行确定，则有：

maxQ(a)=Ss|Rsy|

(4)

在进行时序回归分析过程中，结合时间序列模型和最佳投影目标函数，对获取的数据信息进行线性回归和指数平滑分析(见图3，图4)，能够对深基坑地表沉降的情况予以把握，从而降低误差，对深基坑施工地表沉降规律进行较好的把握。

通过线性回归分析和指数平滑分析，能够对地表沉降的历程进行把握，结合文章研究的A工程情况，其地表沉降情况如图5所示。

从地表沉降的历程曲线来看，A工程不同工况的地表沉降情况有着一定的差异性。在这一过程中，地表沉降经历了先增大后减小的发展趋势，并且随着基坑深度的增加，地表沉降的幅度逐渐增大。同时，结合地表沉降情况来看，接近地表位置的沉降量较小，沉降的最大值主要出现在距离墙体一定距离的位置，其沉降产生的形式与带内支撑基坑的沉降方式保持一致性。从这一情况产生的原因来看，在进行深基坑施工过程中，地表沉降与支撑刚度有着密切的关联性，墙体与土体之间受到支撑力的影响，导致摩擦力增加，这对周围土体沉降产生了一定的阻碍作用，从而减轻了地表沉降现象的发生。另外，从地表沉降产生的原因来看，在进行施工过程中，可能出现降水的问题，降水会对地表沉降产生一定的影响。随着降水的产生，土体会出现再次凝固的现象，并且由于基坑内部的围护结构会受到降水的影响，在5 m范围内，沉降量会出现一定的变化，使降水集中区域与其他区域的地表沉降现象呈现出差异性的特征。结合地表沉降情况来看，工况7的地表沉降量最大。但结合A工程的施工情况，通过利用刚度较大的层板进行支撑，其对地表沉降的影响相对较低，能够使深基坑施工降低对地表建筑的影响，具有较好的应用效果。

3.3 分析结果

通过利用地表沉降预测时序分析，可以对A工程深基坑开挖过程中产生的地表沉降问题进行把握，降低数据获取过程中出现的误差问题，使地表沉降分析的针对性得到了较大幅度的提升，能够更加清晰的把握A工程在深基坑施工中产生的地表沉降问题。通过时序回归分析，得出以下结果：

1)地表沉降现象的产生，随着基坑开挖的深度增加，地表沉降逐渐增大。在这一过程中，前期的沉降梯度较小，但是到了后期，沉降梯度数值不断增大，地表沉降变形比较剧烈。

2)深基坑在施工初期，周围地表呈现出隆起的状态，但是随着深基坑施工工作的开展，地表沉降逐渐增大。产生这一问题的原因在于，随着基坑的开挖，墙体支撑受力作用，开始向外扩展，从而使周围的土体朝着垂直方向进行隆起，导致地表沉降逐渐增大。

4 结语

深基坑地表沉降预测时序分析的应用，能够对地表沉降规律进行较好的把握，借助于时序回归分析，有利于降低地表沉降数据获取的误差，更好的把握地表沉降情况。从深基坑施工地表沉降问题产生的原因来看，开挖深度以及基坑支撑刚度对地表沉降有着较大的影响，在这一过程中，做好对基坑周边的维护作用，减少周围土体的竖向隆起，可以有效地降低地表沉降作用，减小深基坑开挖对地表建筑的不利影响。针对于这一情况，在对地表沉降问题控制时，可以考虑以下对策：1)支撑刚度的提升，可以利用地下连续墙对基坑进行支护，以降低地表沉降；2)当土体开挖后，要及时的设置支护装置，并且对预加轴力进行较好的把握，以保证深基坑的支护效果，从而降低地表沉降；3)地表沉降问题控制过程中，还需要考虑到周围建筑物的情况，注重对超载问题进行解决，减少临近建筑物的附加应力，以减少负载现象对地表沉降的不利影响。

[1] 尹盛斌,丁红岩.深基坑施工时地表沉降预测的时序—投影寻踪回归模型[J].岩土力学,2011(2):369-374.

[2] 郭 健,查吕应,庞有超,等.基于小波分析的深基坑地表沉降预测研究[J].岩土工程学报,2014(S2):343-347.

[3] 刘 戈,冯双喜.深基坑施工中周围管线沉降预测与关联因素分析[J].建筑技术,2014(7):644-646.

[4] 王绍君,刘耀凯,凌贤长,等.软土深基坑施工过程对地表沉降影响力学行为分析[J].土木工程学报,2012(S2):226-230.

[5] 马召林,王晓琳,焦 雷.深基坑降水施工对地表沉降影响分析[J].低温建筑技术,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

蔺俊林(1982- )，男，工程师

TU751

A