基于實測數據的基坑安全警戒值分析

謝秀棟，郭云龍，鄭航

(福州大學 土木工程學院，福建 福州 350108 )

在對基坑工程進行監測時，一般是根據設計計算書與客觀環境，事先確定一個相應的報警標準，通過判斷擋土支護結構的內力和變形、周邊建筑物與地下管線的位移是否超出允許值，以此來判斷施工過程是否安全，是否處于可控狀態。相關人員在發現監測數據異常或超過預警值后，應組織專家對報警原因進行分析及采取應對措施。這種預警值和管理模式已經在基坑工程[1-2]、大壩工程[3]、高速公路沿線隧道等工程建設中廣泛采用并取得良好效果。設計文件上的預警值是根據穩定性沉降計算、結構力學、以及綜合巖土工程中的地基土承載力，工程地質條件等因素確定的，這就造成它的區域性與個性，即使在同一個城市也存在差異性。而對于周邊環境地基變形的允許值，雖然國家有相應的標準，但是由于建筑年代、建筑物的重要性及建筑的質量現狀都存在差異性，因此不能盲目地使用國家規定進行預警值的確定。如何在工程安全性有保證、變形控制達到要求的前提下，盡可能地降低造價，在安全性與經濟性中取一個較好的平衡點是一個值得研究的課題。本文以東南沿海某地的基坑工程監測數據為基礎，通過對測斜孔的歷史最大累積變形與其設計預警值的對比統計分析，探討合理的確定基坑監測項目的設計預警值。

1數據分析

數據分析，也稱數據庫中的知識發現，是指從存放在數據庫或其它信息庫中的大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數據中提取出隱含在其中的有用信息與知識的過程。

目前工程界較為常用監測數據來判定基坑的安全度，這是一種軟計算的方法，即用監測數據的全息性來取代計算工況，預測基坑未來的變形，與預警值進行比較來判斷基坑的安全度[4]。

2數據篩選與采樣

2.1 監測數據種類的選擇

一般來說，判別基坑安全狀態最主要的特征參數就是圍護墻的水平位移。圍護墻的水平位移是基坑開挖過程中，支護結構與土體互相作用的較為直觀的表現，綜合反映了支護結構的變形與受力情況，反映了基坑支護結構是否穩定與安全。在深基坑工程失效的幾種模式中，圍護結構均產生了較大的水平位移，因此可以認為圍護結構變形對基坑事故存在較好的指向性[5]。而且圍護結構的水平位移隨著基坑開挖深度的增加而增加，說明無論基坑是處于安全狀態或是危險狀態都有較好的相關關系。本文結合東南沿海某地區的12個基坑工程實例，以測斜孔為對象，測斜孔的歷史最大累積變形為數據分析指標，來探討基坑圍護結構水平變形的變化規律。

2.2 監測數據選取的限定措施

本次統計分析采用樣本的12個工程，260個測孔監測數據都是檢查后，輸入錯誤較少的工程與測孔。根據基坑工程中圍護結構變形發展的規律，采用下列限定措施來進行監測數據的采樣[1]。措施包括：

(1)因本次統計分析是為了探討基坑在施工過程中的警戒值，所以在選擇監測數據時選取從基坑開挖到底板澆筑這段時間的數據為研究對象。

(2)剔除施工工期小于25d的測孔數據。因為數據時間太短，很可能會在某些不利或有利因素的影響下，顯示出較大的離散性，這將對數據的規律性有較大的影響。

3歷史最大累積變形的數據分析

3.1 變形比統計分析

歷史最大累積變形反映了圍護結構施工時的最不利情況，對于測斜預警值的研究有重大意義。考慮到不同的工程基坑開挖的深度也不同，不能直接用歷史最大累積變形的最大值來進行比較，參考《上海地鐵基坑工程施工規程》中對基坑工程安全指標的相關規定，將最大累積變形除以基坑的開挖深度換算成變形比，來進行分析，將歷史最大累積變形的概率分布列于表1，將歷史最大累積變形匯總于圖1。

表 1 測孔歷史最大變形比的分布情況

從圖1中可以發現基坑的變形比大部分都在5‰以下，基坑的變形比小于7‰的情況更高達98.46%。圍護墻體的變形發展影響因素很多，歷史最大累積變形可以看成一個概率事件。在統計分析中，一般將概率小于5%的概率事件稱作小概率事件。在工程設計領域，許多規范對混凝土強度與可靠度分析的保證率也是95%。因此綜合考慮統計學與其在土木工程中的實際應用，可以認為將歷史最大累積變形中概率不大于95%的數據點作為基坑工程中安全預警指標確定的依據是合理的。通過圖1發現，基坑的歷史最大累積變形在分布概率為95%的變形比是5.93‰。

3.2實測值與設計預警值的比較分析

統計歷史最大累積變形實測值與設計預警值的比值，將歷史最大累積變形實測值與設計預警值的比值匯總于圖2，將歷史最大累積變形實測預警值的比值的概率分布列于表2。

表2實測值與設計預警值比值概率分布表

預警值的比值不大于1的占57.3%，不大于1.6的占79.2%，不大于1.8的占86.9%，不大于2.221的占95%。

設計預警值因計算方法等諸多因素導致設計預警值偏于保守。而表2中12個基坑工程變形數據的統計分析，高達42.7%監測值已經超過了設計預警值，但是基坑并沒有發生破壞，從工程實踐上說明設計預警值取值過于保守。因此有必要適當地提高設計預警值。

4結論

1)大部分次要評判指標的測點數較少，可以作為工程危險的參照指標，當主要指標預示工程危險時，起到驗證的作用。而圍護結構的水平變形是安全控制主要指標中的主要特征參數。

2)在95%保證率下的歷史最大累積變形比為5.93‰。在對基坑設計預警值與實測值進行比較時發現，只有57.3%的實測值小于設計預警值，顯然基坑的設計預警值過于保守，可以在保證基坑安全的前提下，適當提高設計預警值，減少因工程停工而造成的經濟與工期方面的損失。

參考文獻：

[1] 袁登科, 劉國彬. 南京地區深基坑測斜警戒值的探討[J]. 合肥工業大學學報: 自然科學版, 2009(10): 1566-1570.

[2] 張世飆, 夏述光, 左昌群, 等. 軟巖隧道圍巖變形量與變形速率臨界值及警戒值探討[A]. 湖北省公路學會. 中國公路學會第三屆全國公路科技創新高層論壇—湖北優秀論文集[C]. 湖北省公路學會, 2006: 4.

[3] 李志敏, 高承眾. 劉家峽水電站大壩監測警戒值的確定與應用[J]. 大壩與安全, 2008(01): 25-27.

[4] 劉 濤. 基于數據挖掘的基坑工程安全評估與變形預測研究[D]. 上海: 同濟大學, 2007.

[5] 張 瑾. 基于實測數據的深基坑施工安全評估研究[D]. 上海: 同濟大學, 2008.