研究基坑变形监测分析及预报方法

文/文珺 湖南省核工业地质局三○三大队 湖南长沙 410119

如今，建筑项目施工安全事故频频发生，这使得国家及人们都对工程建设标准引起高度重视，在建筑项目中，基坑作为最基础的工程，对其有着十分严格的要求，基于此，变形监测逐步发展成熟。在上个世纪末，因科技水平有限，仪器设备的精度不高，在进行基坑监测时，以常规仪器设备为主。近几年，社会发展迅速，基坑监测方法除传统仪器外，还可利用现代化技术及装置实现，这使得监测实现了向立体空间目标的转变。高水平及高精度新仪器设备的使用，不仅方便了测量操作，还有效保证了观测精度。

1、基本理论

建筑项目施工中，由于地下基础持续发生变形，使上部主体结构难免出现一定程度的位移，对建筑安全造成威胁。为避免事故，项目施工中必须做好变形监测，并进行预报。在建筑项目的地下基础中，基坑为重要组成部分，于主体结构建设之前，为地基基础施工创造施工作业条件而开挖形成的地下空间，属于临时性工程，较不稳定。在建筑项目中，基坑作为基础工程，必须对其进行监测，这是建筑变形监测重要内容[1]。

基坑有很大安全风险，其原因为有许多约束条件、结构体系复杂、有较多明显的特征但安全储备却很小，尤其是大规模建筑，其基坑监测对技术提出了极高要求，只有保证监测技术水平，才能掌握基坑实际情况，进而使其处在安全稳定实际状态，使后续主体结构施工顺利完成。基于此，在建设初期就要制定合理可行的基坑监测实施方案，采用变形观测方法对工程可靠性及质量进行确定，并制定预报方案，通过对变形的发展走势的预测，为之后的工程建设提供正确指导。

对于基坑变形监测，它是以下工作内容的总称：基坑主体部分及围护结构发生的水平方向位移实时监测；基坑地基沉降数值测量；基坑回弹模量测量；基坑内、外部地下、地表水水位的实时观测。其中，以水平及竖直方向的位移观测最为重要。

在基坑变形监测过程中，应布置控制网来保证监测点实际精度，提高观测数据真实性。监测项目正式开展前，先对基坑规模进行勘测，再确定工程概况和周围自然环境，用于确定基坑等级与精度。在基坑周围保持稳定的地方布置测点，并构建控制网，其精度以基坑的等级为依据，结合监测点对精度提出的要求及点位误差进行反推，这样做的目的在于对控制点是否可靠进行检验，待完成对控制网的检验，并确认合格后开始布置站点进行监测点的连续观测[2]。

2、监测精度与周期

在基坑变形监测过程中，监测点实际精度主要取决于工程实际情况、仪器设备、监测方法、任务目的、允许形变量等。按照现行技术规范，对测量精度提出以下要求：

（1）特级：测站高差的中误差不能超过±0.05mm，观测点所在位置坐标的中误差不能超过±0.3mm，主要用于精密工程。

（2）一级：测站高差的中误差不能超过±0.15mm，观测点所在位置坐标的中误差不能超过±1.0mm，主要用于甲类建筑、古建筑与大型桥梁工程。

（3）二级：测站高差的中误差不能超过±0.50mm，观测点所在位置坐标的中误差不能超过±3.0mm，主要用于乙类建筑、重要管线及大型市政工程。

（4）三级：测站高差的中误差不能超过±1.50mm，观测点所在位置坐标的中误差不能超过±10.0mm，主要用于丙类建筑、道路、普通管线及小型市政工程。

可见，针对不同的工程项目，应确定相应的精度等级，进而按照相应的精度要求进行误差控制[3]。

监测周期应根据单位时间范围内基坑形变量、精度要求、变形具有的调整与外部因素来确定。在第一次进行观测时，需要连续观测至少两次，以中数为初始值。处在同一观测周期的基坑观测，需在相对短的时间内结束，而处在不同观测周期的基坑观测，应使用完全相同的设备、方法及路线。如果形变量相对较大，则应缩短监测的周期；而当形变量相对较小时，则可延长监测的周期。通常情况下，刚开始对基坑进行开挖时，变形发生速度相对较快，此时要缩短周期，增加观测的频率。一段时间之后，基坑将不断稳定，此时需要对监测的周期进行增加，但必须保证定期。当变形观测有很高要求时，人员应固定，不能有太大的变动，否则会影响到监测的过程及最终结果，并在最佳时间段开展监测，以有效降低误差。其中，最佳时间段是指体气候条件可以达到监测要求，且监测技术条件适宜的时间段，在这个时间段开展测量是降低误差的重要基础[4]。

3、基坑变形预报

对基坑进行变形监测的根本目的在于对观测获得所有数据进行检验，确认是否达到相关要求，同时对数据具有的特点进行分析，检测工程质量，确定对预报有价值的信息，最后给出完整的预报方案。监测技术不断发展，它的精度不断提高，对观测数据具有的特点进行的探索逐步深入，以此产生一系列新预报方法，如人工神经网络、回归分析、有限元分析及灰色系统分析。对基坑进行变形监测需要长期开展，所有时期的数据量均较大，内容繁琐，处理工作量巨大，单凭人员处理不仅劳动强度大，而且由于人员主观因素容易产生误差。自变量取观测的时间，因变量取变形监测量，这两者存在一定相互关系。以变形数据具有的特点为依据，形成数据分析统计结果，如图1所示，通过回归分析做出预报往往最为适用，采用数学建模分析的方法能确定拟合方程，从而获得准确、直观的预测结果[5]。比如某基坑工程的回归方程模型如图2所示。

图1 数据分析统计结果

图2 回归方程模型

结语：

综上所述，提出了一种以各测点变形监测精度要求为基础而对控制网等级进行反推的新型观测方案，这一观测方案的实施，使测点精度及控制网等级彼此制约，并能加快实际操作中布网与观测的速度，从而保证效率；在此基础上，通过对回归分析法的引入，对观测得到的所有数据实施建模与预测，能分析确定基坑变形规律，进而预报未来一段时间基坑变形趋势，以此及时发现问题，并提供预警预报功能，最终为基坑的信息化施工奠定良好基础。目前，这一方案已经在很多基坑工程，尤其是大型建筑项目深基坑或基坑周围存在复杂既有建筑群中使用，均获得了良好的成效，值得更大范围的推广应用。