关于基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究

李杰

海南深勘勘察设计有限公司 海南 海口 570208

1 基坑监测数据处理分析

1.1 工程概况

海口华润中心3期地块位于海口市国贸中心，东侧紧邻国贸三横路，西侧靠近明珠路，北侧紧挨天邑国际、琼泰大厦等建筑，往外为滨海大道，南侧紧邻金贸东路。基坑位于海口市繁华商业区，北面为已有高层建筑，东、南、西三侧为现有市政道路，地理位置特殊，周边的环境较复杂，最大开挖深度达15.7m，开挖范围内主要为块石填土层和淤泥质软土层及饱和可液化砂土层，地质条件差，地下水位高，监测的难度大。本项目的级别按一级考虑[1]。

1.2 基坑监测方案

1.2.1 监测点平面布置

测点布置注意事项如下：

（1）监测控制网

本工程基坑围护形式主要为：“支护桩+内支撑”；止水帷幕采用咬合桩+桩后搅拌桩。共布置3个基准点，监测控制网分两种：平面控制网用于水平位移监测；水准控制网用于垂直位移监测。

（2）控制点布设

平面控制点和水准控制点计划为同点（共设置3个点，由甲方提供）,用于控制整个监测区垂直及水平位移。基准点设在基坑施工影响范围之外较稳定的地方,无条件布设固定观测墩时用划＂十＂字的测量道钉埋设[1]如下图1。

图1 控制点剖面图

本项目各项观测点布置，位置示意图如下图2：

图2 观测点位置示意图

1.2.2 监测方法

建立控制网联测。本次基坑监测共设置工作基点3个，分别位于基坑东北侧、基坑东南侧、基坑西南（详见监测点平面布置图），水准控制网采用水准路线测量。定期进行水准控制网联测（二月一次），当基准点前后两次标高超过允许值，即以新高程值为起算高程；对水准仪定期进行i检查（一月一次），保证水准测量资料可靠性。

平面基准点采用导线法测量坐标，坐标系统采用假设独立坐标系统，按二级导线测量要求进行测量。定期进行平面控制网联测（二月一次），检查各基准点的坐标，保证平面测量资料可靠性。

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本项目冠梁水平位移监测采用工作基点进行，每期变形测量作业开始，先将工作基点与基准点进行联测，再利用工作基点对监测点进行观测，基准点与工作基点之间联测的精度等级达到二级[1]。

1.2.3 监测工作内容及数量

根据本工程的实际情况，本工程监测的项目和具体数量如下表1。

表1 监测工作内容及数量统计

1.2.4 基坑监测成果及分析

基坑监测成果如下：

基坑四周水位总变化量统计分析。从基坑各个检测点数据可看出，基坑北部监测点平均总变化量为-417.43mm；基坑东部监测点平均总变化量为-137.2mm；基坑南部监测点平均总变化量为-1240.88mm；基坑西部监测点平均总变化量为2927.83mm；地下水位变化总量均超过预警值。根据监测实际情况，多次出现地下水位异常下降情况，通过监测数据异常，现场巡查发现基坑底部存在漏沙漏水，导致基坑周边塌陷。针对该情况予以预警，并配合施工方科学合理的灌浆封堵。灌浆处理后仍存在漏点，针对水位异常分析，亦相应进行预警和汇报，注浆处理期间，但仍存在漏点。施工单位也分别进行回填或封堵处理，直至后续开挖完成及基底施工完成。以上情况在监测时已实时进行了预警和汇报。

1.2.5 监测总结

（1）从施工进场进行监测开始，直至基坑回填完成，我司共完成基坑顶竖向位移（沉降）监测185次（累计2058点·次）和基坑顶水平位移监测185次（累计2058点·次）、锚索拉力监测73次（累计657点·次）、周边地表路面竖向位移监测185次（累计1665点·次）、水位监测73次（累计1460井·次）。（2）监测数据经整理及分析，各项累积变化量均在允许值范围内，且日变化速率较小，满足设计要求，同时监测过程中没有出现因基坑支护结构失稳导致的基坑四周开裂、坍塌等意外状况，基坑监测情况整体良好，圆满完成监测任务。

1.3 基坑监测数据中存在的问题隐患

1.4 基坑监测数据分析处理的措施

第一，需要专业的建设监理工程师跟上时代的步伐，掌握各类监控技术，能够全面、灵活运用。目前，国内已有不少专家针对地基资料的监测方法，本文就不多言述。例如，VBA技术、小波分解技术、异常检测技术是目前常用的监测技术，而各类监测资料的处理主要有沉降监测、变形监测、水平位移监测、基坑监测监测等。第二，在监控的时候，要尽可能地全面监控，不能只盯着某个特定的参数，也不能只盯着某个区域，更要盯着整个项目。不仅要监控地面的状况，还要监控地面的结构，以及周围的地形。同时，对周围的环境进行监控。由于，对周围的环境和围护结构的监控不力，造成了严重的施工事故，严重损害施工人员生命，和项目顺利进行。第三，要做好信息反馈。信息反馈既是一种数据监控，也是一种不容小视的重要内容。在工程现代化和信息化现代，信息反馈是实现信息化的重要手段。地下水位的问题，也要通过数据的方式来处理。地下水的沉陷几乎是一个不可避免的问题，一旦涉及到地基，就会被提及，这是一种陈词滥调，但也有可能出现问题。地下水的监控很注重时间，如果有下沉和快速的变化，要立即进行检查。如果没有妥善解决地下水位的问题，很容易造成周围建筑地基的损坏，地下管线的损坏。第四，要强化产业管理，制定切实、行之有效的法规。有关的政府部门应该承担相应的职责。这些法规的颁布，既为企业提供了对数据监控的实际指导，又为建筑企业提供了一种有效的监控手段，从而提高了项目的安全品质，有助于整个杭也的规范化[2]。

2 浅议基坑预测预警系统

2.1 系统结构设计

1、实现基坑地质勘察、设计、施工进度、测点信息、监测仪器、监测数据、周边建筑物信息及其它相关数据的储存与整合。以GIS为基础，从基础上实现GIS的图形显示、图形与属性的关联和可视化的检索。2、实施监控管理。根据不同的监测对象，提出了属性信息、数据输入处理、统计分析、曲线绘制、输出报告等功能。研究工程建设过程中的各种影响因子，建立了相应的模型，并对其发展趋势进行了预测监控警报，设定各个监控项的警示量，对于超出设定的检测点，可以进行预警。3、集中管理和分散管理。可以对多个基础设施进行统一管理，同时也可以在一定程度上实现对多个基础设施的监控数据的统一管理；系统内有分层的管理，可以让各个层次的人员在同一时间进行工作[3]。

2.2 系统特点

具有很好的查询能力。本系统的查询体系可以完成多个情况多个条目的联合检索，既可以单独或多个查询，也可以是最优、全域检索的效率。能够对各个监控数据进行实时监控，实时显示出基础情况，便于做出相应的判断。

是一种非常直观而又明确的数据显示。系统中的全部资料都会被放置到.NET控制项DataGridView中，可以根据行列式的次序进行显示，并且可以通过接口进行更改和删除，用户使用方便，能够及时地将主要监控信息反馈给用户。

数据的安全防护和复原。在进行基础施工的过程中，会产生大量的监控数据，并将其存储在数据库中，如果使用软件将其移除，将整个项目全部移出，就必须进行备份。在向其它客户传输工程资料时，仅需传输一份备用资料，而不会传输全部的工程资料，这样做安全、可靠的。

整合了多数的监测手段。目前，对地基进行的监控已有多种形式，大部分的软件都具有单一或多种监控手段。这些项目包括水平位移，垂直位移，测斜，裂缝，倾斜，应力，支撑轴力，土压力，水压力等12个项目，基本能达到对基坑的监测要求[3]。

2.3 数据库设计

数据库的结构设计应遵循与实际相适应的原则，充分了解基础监控技术，从而全面涵盖每一个监测分项，建立全部窗体和字段名称，避免产生多余的数据。在该资料库中共有45个表格，它们由对应的栏位进行链接。共包含12个大型监测子项目15个表格，其中包含了各类监测方式的全部资料，还包含工程信息管理，用户用户信息，系统设置，报警值设置，预测预警，基坑信息，监测仪器信息，输出结果设置，人员信息等30个表格。所有的表格都有联系，并且每一个表格都有3个相关域：工程名称、分项名、分组名称。单独的表格也会为相关表格创建其它特殊的栏位。其优点在于，将各表格之间以某种关系进行联系，可以使用SQL查询语言，依据某个表格的链接字段名，在其他表格中寻找相关的资料。

2.4 详细设计与实现

数据入库：采用C#语言编制文字辨识程式，采用Excel物件辨识XLS档，资料存档，使用者依规定的方式输入资料，资料的形式应依一般使用习惯。

数据编辑：.NET中的数据集合与DataGridView相结合，实现了对数据集的实时添加、更新和删除。

数据分析：利用图象技术等技术，进行相关的运算法。例如，判断点在三角形内外算法，判断顶点连接顺序算法，递归算法，对每个监控值和变化量进行监测，并通过设定警报值来判断是否超过各个警报值的范围，如果超过，就会发出警报[3]。

数据查询：在C#中使用ADO.NET技术对SQL查询语言进行了包装，并对其进行了多种查询和组合。

结果导出：采用Excel可编程物件技术，根据国家有关工程设计和施工规程，推导出形式一致的表格、折线图、散点图等图形。

系统管理：利用.NET中的多种程序控制项，进行系统的接口与视窗的设计，将不同的设定或纪录储存于资料库或xml档案。主要内容有备份恢复工程、人员管理、相关单位、工程概况、施工阶段记录、报警值设置、用户用户信息管理、日志报表数据管理、系统设置和系统消息等。

系统可以很容易地完成资料的输入与修改，满足了大多数资料的需求，并且可以对现有资料进行安全的存储与还原，并且可以将工程信息、用户等的繁杂信息集中起来，储存起来，并且输出的结果简洁，便于查阅和使用。利用资料库的文字资料进行更新，可以更好地进行日后的维护与修订。利用尔曼滤波方法进行预报预报的模型具有很高的准确率。系统具有良好的人机交互、简单、稳定等优点，是一种非常好的监控手段。

3 监测数据分析预测

定量分析监控资料的模型是一个很有意义的研究手段。该方法可以很好地反映基坑开挖时的反应和周围环境的变形等，而无需进行复杂的数值仿真。这是一种易于被工地工人所了解的量化分析手段，可以根据该模型进行监测和监测，从而对基础设施的安全性进行评估。

同时，加大对工程建设的监控力度，将监测结果上报给业主和相关单位；对各种类型的监控工程，可以采用弹性预警标准。

4 结束语

基坑建设是首要环节，也是最基本的一项工作。中国人有一种古老的观念，那就是要欲盖高楼，首先要把基础打牢。而建立一个有效的管理体系，对于推动现代化工程自动化和信息化建设具有重要的作用。工程不仅仅是一项单纯依靠技术和技术而达到的产业，而是对精密的设备和不断更新的体系战略的需求。因此，在有了一定的理论和认识后，我们必须深入研究预测和预测技术，争取达到国际先进的一流水平。