深基坑围护位移及沉降监测中曲线回归分析法的运用技术

石涛

摘要： 在进行深圳市前海自贸区供冷站房基坑开挖及基础施工期间，对深基坑的围护结构及周边道路、建筑进行了位移、沉降及应力等的监控量测。并对监测的数据进行了曲线回归分析及预测，以便及早发现隐患，及时采取措施。进行曲线回归分析时对数据处理的技术方法进行了创新，大幅减少了计算的工作量，对其它进行监测工作的技术人员起到很好的借鉴作用。

Abstract： During the excavation and foundation construction of the foundation pit of the Qianhai Free Trade Zone in Shenzhen， the monitoring and measurement of the excavation structure and surrounding roads and buildings of the deep foundation pit were carried out. And curve regression analysis and prediction were carried out for the monitoring data， in order to early detect the hidden dangers， and take timely measures. In the process of curve regression analysis， the technical method of data processing is innovated， which greatly reduces the computational workload and makes a good reference for other technical personnel who carry out monitoring work.

关键词： 深大基坑；监控量测；曲线回归；技术创新

Key words： deep foundation pit；monitoring measurement；curve regression；technological innovation

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）35-0124-03

0 引言

随着社会的发展及人民生活水平的不断提高，城市大量建设高层及超高层的建筑物，通常高层及超高层建筑的施工时对应着深大的基坑，而深基坑的围护结构不仅要承受周边的巨大土体压力，且通常深基坑周边环境复杂，紧邻其它高大建筑、密布管线及坑旁道路的行人车辆密集。一旦出现地面开裂、围护结构坍塌等事故，势必造成重大经济损失及巨大的社会影响，所以在基坑开挖及基础结构施工期间，需对围护结构的沉降及水平位移等进行监测，以确保施工安全及周边建（构）筑物的安全，同时也是评估及调整围护结构设计的必要手段。但监测不能仅仅是为了发现当前存在的问题，还需对监测所得数据的未来趋势进行预测及判断，针对可能的隐患及风险预先采取有效的预防及控制措施，为进一步优化围护结构及保障施工安全提供可靠及翔实的理论依据。

1 工程简介

本项目为独立区域供冷站房，位于深圳市前海自贸区，广深沿江高速与听海路交叉口西南侧，场地西北侧临近前海湾海，设有边防警卫驻地，东北侧毗邻沿江高速匝道，西南侧临铲湾渠，东南侧为绿化及乔木丛。场域地现状为绿化场地，均有植被覆盖。

拟建工程为独立区域供冷站房，为全埋地下室建筑，局部有高出地面1～2层建筑。整体拟设1～2层地下室，2层地下室底板绝对高程约-16m，相对标高±0对应高程6.58m，基坑开挖深度最大约23m。结构体系为框架结构。开挖面积约11033m2。

本場地以前位于鲤鱼门养殖场内，以蟹、虾养殖池为主。原始地形高程范围为0.20～1.50m。2010年前后场地进行大规模填海造陆，成为现状陆域雏形，由于人为填土成分的不均匀性及厚度不一，淤泥土层局部区域被完全挤出，部分区域尚存在较厚的淤泥土层，由此形成了厚薄不均、性质各异的上部地层，工程条件复杂。

本项目基坑采用“咬合桩+内支撑”的支护方案。咬合桩桩径1.2m，桩身混凝土为C30（水下）分两序施工，一序桩（素桩）采用缓凝混凝土灌注。二序桩（荤桩）为钢筋混凝土桩，在相邻的2序桩施工之后初凝之前进行施工。桩顶设连通冠梁，围护结构于冠梁处设第一道钢筋混凝土支撑，以下每隔5m设一道，共4道。

因基坑围护工程涉及岩土工程及结构工程，其综合性强，影响结构安全的因素非常多，且目前的围护结构计算理论尚未完善，设计中运用较多是个体经验和地方经验，因此，施工期间进行围护结构的沉降、变形等的监测和对监测数据的分析及反馈，对确保施工期间基坑及周边建（构）筑物的安全、完善围护结构的设计是非常必要的。

2 监测方案

2.1 监测项目及监测点的布置

本项目基坑采用明挖形式，基坑整体为宽62m，长178m的长方形形状。根据相关规范，本工程针对基坑支护需进行的监测项目包括：基坑顶沉降监测、坑顶水平位移监测、地下水位监测、支护桩桩身深层水平位移；针对周边地下管线和道路进行的监测项目包括管线和道路沉降监测、管线的变形差等、针对桥梁桩基进行深层土体水平位移、桥桩桩顶水平位移及沉降监测。

监测布置方案如下：

①深层土侧向位移监测。以测斜管及测斜仪量测，在基坑长边每侧等距布置6个监测点，短边等距布置3个监测点。共设置18个点。endprint

②冠梁变形及位移监测。设置位置与深层土侧向位移监测的测点相同，也为18个点。

③支撑混凝土轴力监测。其设置了9个点，分别为最外侧两处支撑及中间每间隔1处支撑设1个点。

④水位及孔隙水压力监测。在基坑长边每侧等距布置4个监测点，短边等距布置2个监测点。共设置12个点。

⑤道路及管线沉降监测，在周边道路上布置26个监测点，监测点间距为10m。

⑥桥梁等周边建筑物水平位移及沉降。在高速匝道桥桥墩上共设置了5个监测点。

2.2 各项目监测警戒值及检测频率

各项目监测警戒值及检测频率如表1所示。

3 沉降值回归计算及预测

通过监测，可以随时了解监测项目的变化情况，将监测值与警戒值进行对比分析，以判断基坑是否处于安全状态下，及是否需进行参数调整或采取保护措施。但为了进一步对可能发生危及围护结构本身及周围环境安全的隐患进行及时、准确的预测，确保基坑结构及周边建（构）筑物的安全。预测工作需采取数学方法对监测数据进行回归分析，得出监测数据中各变量的函数关系，然后根据函数关系对某变量在未来某时点的值进行预测，从而评估某变量未来可能出现的安全问题，以便及时采取措施，预防安全问题的出现。

通常采用最小二乘原理對监测数据进行回归分析，但此方法计算过程繁琐，面对众多监测项目的巨量数据，计算工作无疑是非常费时费力的。本项目总结、创新了一套简单易行，方便快捷的回归计算方法，大幅度降低了回归分析的计算工作量。以下以围护结构顶水平位移中的S7点监测值为例，详细说明了本项目进行回归分析的方法，S7测点的围护桩顶结构水平位移监测记录表见表2。

将表2的数据导入Excel表，利用其图表功能，以施工时间作为X轴，围护结构水平位移变形量为Y轴绘制的S7监测点的“桩顶水平位移—时间曲线”如图1所示。

由公式（4）、（5）可看出，在使用手工方法计算的情况下，计算量无疑是非常大的，为了减轻计算工作量，本项目创造性地运用了电子表格（Excel）强大的运算功能、制图功能进行监测数据的自动计算及回归曲线图的自动绘制。本项目创新的回归计算方法及步骤如下：

①将表2的监测数据导入Excel软件，编辑计算公式进行表3中其它部分相应数值的自动计算。

②根据表3计算所得x、y值，采用Excel软件绘图功能，绘制x、y数据的散点图，如图2所示。

③选中散点图的任意一个x、y坐标点，点鼠标右键，选中“添加趋势线”，选择“线性类型”后，Excel软件自动绘制出x、y的线性回归的直线，同时在图上还显示了线性回归的函数公式为y=-2.022x+2.6418和回归的相关系数R2=0.9928，见图2。

在图2中添加公式（6）的回归函数曲线，如图3所示。可见回归函数曲线与监测数据曲线呈较好的重合状况，说明采用的回归模型是合适。

4 采用回归函数对桩顶水平位移情况进行预测及分析

将公式（6）的t变量值取无穷大时，得到u=14.038mm，即为该桩顶的最终也是最大水平位移值为14.038mm，小于监测方案所规定的警戒值22.5mm。表明在基坑开挖及基础施工期间，S7点始终处于安全的状态，所采用围护设计方案是科学可行，安全稳定的。

5 结束语

①本文通过指数函数的回归模型对本项目围护结构的水平位移数据进行了分析及预测，其预测结果与监测的实际数据较为吻合，表明所采用回归模型时正确的。②虽本项目采用了指数函数作为回归模型，但具体项目要根据具体实测数据的曲线形状来选择，否则得不到正常的预测结果。正确选用回归模型可确保较为准确地掌握了建筑物的变形及位移趋势，为施工安全提供保障。③监测工作要有计划的进行，严格按照有关规定执行。因基坑的施工是一个较长时间的动态过程，只有按计划及时保证观测，才能发现隐患，及时采取控制措施。

参考文献：

[1]刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]JGJ120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]叶智玺，陈超.曲线回归分析在高层建筑物沉降预测中的应用[J].北京测绘，2014（6）.

[4]詹志勇.基坑变形分析和周围地面沉降的预测[J].建筑施工，2013（12）.endprint