基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測的動態(tài)預(yù)報(bào)

肖文權(quán)

摘 要：基坑的安全性是工程施工中關(guān)注的重點(diǎn)之一，支護(hù)結(jié)構(gòu)是影響基坑安全性的一大因素，要確保基坑的安全性，就必須做好基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測的動態(tài)預(yù)報(bào)工作。本文筆者就對基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測建立了動態(tài)預(yù)報(bào)體系，并提出了相關(guān)理論依據(jù)和方法。

關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；位移；安全性；監(jiān)測；動態(tài)預(yù)報(bào)

基坑工程的施工最重要的就是確保基坑開挖的穩(wěn)定性，近幾年，我國有關(guān)基坑不穩(wěn)定而引發(fā)的施工安全事故經(jīng)常發(fā)生，造成這類事故的原因有很多，包括支護(hù)類型不恰當(dāng)、支護(hù)設(shè)計(jì)不科學(xué)、施工方法不當(dāng)?shù)龋瑫r，施工現(xiàn)場安全監(jiān)測工作不到位也是一大重要原因，由此可見，建立基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測的動態(tài)預(yù)報(bào)體系是非常必要的。

一、概述

在開展軟土工程施工的過程中，必須確保基坑開挖的穩(wěn)定性和安全性，近些年，基坑工程安全事故頻繁發(fā)生，僅以上海市為參考對象，在最近十年間，該市發(fā)生的基坑失穩(wěn)安全事故幾乎已經(jīng)達(dá)到上百起，導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)億元。之所以會出現(xiàn)這類安全事故，原因很多，其中最主要的原因包括施工荷載力偏低、水土壓力不夠、支護(hù)類型選擇不科學(xué)、外界因素干擾等。對以往的工程安全事故進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，除了管理、監(jiān)督等方面的因素外，當(dāng)前在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)的計(jì)算方法和理論也是一大重要因素，在施工監(jiān)測方面還沒有形成比較完善而成熟的規(guī)章制度，而且也不能根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況采取適當(dāng)措施對基坑開挖的可靠性作出科學(xué)估計(jì)。

對于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)工作來說，當(dāng)前比較常見的計(jì)算方法主要有兩種，即平面應(yīng)變問題分析法和彈性地基梁法。其中，第二種方法在理論和實(shí)踐上已經(jīng)取得較大進(jìn)步，國內(nèi)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也積累了不少，而且不乏創(chuàng)新性發(fā)展。盡管如此，由于軟土地層本身具有復(fù)雜的特性，這兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在許多亟待改進(jìn)之處，包括地層受力變形特征、水土壓力的確定、實(shí)效性仿真等，其中比較突出的問題是對空間效應(yīng)影響的判斷還沒有形成科學(xué)成熟的方法體制，這就導(dǎo)致計(jì)算出的數(shù)據(jù)和實(shí)際狀況有很大的差異。因此，在實(shí)際開展工程項(xiàng)目建設(shè)的過程中，必須提高對基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測的重視度，做好動態(tài)預(yù)報(bào)工作，使基坑施工安全質(zhì)量得到有效提升。

二、基坑支護(hù)工程的特點(diǎn)

對于基坑支護(hù)工程來說，不確定性是最為突出的一個特點(diǎn)，具體來說主要包括以下不確定性：第一，由于某些偶然變化而導(dǎo)致的不確定性因素。例如，施工現(xiàn)場的土壓力分布突然發(fā)生變化、意外發(fā)現(xiàn)地下管線、施工周邊環(huán)境變化等，這些偶然變化因素都會對基坑工程的順利施工產(chǎn)生一定程度的影響。第二，地基土的不確定性。地基土的特性本身就是變化的，在基坑的不同區(qū)域、不同的施工階段，地基土在支護(hù)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用及其所具備的抗力都會不斷變化。第三，變形的不確定性，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，變形控制是至關(guān)重要的一步，同時，這一步也是比較困難的一步，因?yàn)樵斐勺冃蔚囊蛩囟喾N多樣，包括地基土的特性、地下水位升降變化、構(gòu)件截面特征、墻體剛度等多方面的原因。第四，外力的不確定性，支護(hù)結(jié)構(gòu)上的外力并非固定不變，而是隨著施工手段、工藝流程、環(huán)境狀況等的變化而不斷變化的。上述這些不確定性足以證明在基坑施工整個過程中，做好安全性監(jiān)測的動態(tài)預(yù)報(bào)工作必不可少。

三、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

（一）支護(hù)結(jié)構(gòu)位移

我國大多數(shù)地區(qū)都將總位移量確定為基坑開挖變形監(jiān)控的預(yù)警指標(biāo)。比如，廣州市就提出一級基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上部的最大位移必須在3厘米以內(nèi)，且地面的沉降深度最高不能大于2.5厘米，北京地區(qū)也出臺了和該市差不多的規(guī)定。根據(jù)周邊環(huán)境的差異，應(yīng)提出針對性的要求，天津地區(qū)就提出在軟土地區(qū)開挖基坑的深度應(yīng)在8厘米左右，對于基坑施工場地10米以內(nèi)的范圍存在管線或者建筑物的地區(qū)，則明確規(guī)定支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移應(yīng)當(dāng)在3厘米～5厘米之間，對于周邊區(qū)域沒有建筑物的則可以增加到15厘米～20厘米。針對基坑周邊建筑物必須加以保護(hù)的區(qū)域，可依據(jù)實(shí)際情況需要設(shè)置最大位移量。

（二）支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜

針對一些本身就存在安全問題的基坑進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，不同的城市在標(biāo)準(zhǔn)上也各不相同，上海市的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定基坑開挖深度和最大位移的比值應(yīng)在0.6%～1.2%之間，對于臨近建筑物和地鐵施工區(qū)域來說，要求正常狀態(tài)下最大位移和開挖深度的比值在0.5%～1%之間，一旦比值達(dá)到1%，則需要報(bào)警，這一標(biāo)準(zhǔn)主要是針對周邊沒有重要設(shè)施的區(qū)域。深圳市規(guī)定的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)為最大位移和開挖深度的比值達(dá)到0.25%～2%，當(dāng)周圍環(huán)境條件比較復(fù)雜的時候取較小值作為標(biāo)準(zhǔn)。針對釘墻支護(hù)形式，我國出臺的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在進(jìn)行基坑開挖的時候，基坑頂端的側(cè)向位移和開挖深度之間的比值若高于0.3%，則必須加大觀測力度，分析問題發(fā)生的根源，并及時進(jìn)行加固施工，此外，針對一些圍護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩等無明顯折點(diǎn)的曲線，一旦發(fā)現(xiàn)曲線上出現(xiàn)明顯折點(diǎn)，則應(yīng)當(dāng)視為報(bào)警情況進(jìn)行處理。

四、基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測的動態(tài)預(yù)報(bào)

（一）安全監(jiān)測預(yù)報(bào)的主要方式

在基坑開挖過程中，周邊土體和支護(hù)發(fā)生的位移往往難以很好地預(yù)測，這其中涵蓋圍護(hù)墻體側(cè)向最大位移、地表最大沉降等，一直以來，相關(guān)人員都將以往工程施工實(shí)踐中所得出的經(jīng)驗(yàn)作為預(yù)測變形程度的主要方法，近幾年，隨著理論與實(shí)踐的發(fā)展，施工開挖支護(hù)過程的有限元方法為基坑變形的判斷提供了更為細(xì)致、準(zhǔn)確的分析手段，但是對于怎樣確定土體輸入?yún)?shù)的問題卻仍然停留在經(jīng)驗(yàn)主義階段。當(dāng)前，預(yù)測基坑邊形的方式越來越多，包括智能預(yù)測控制法、反分析法、回歸分析法、統(tǒng)計(jì)時效曲線法等，本文筆者主要研究的是反分析法在變形預(yù)測方面的實(shí)際應(yīng)用。

（二）對反分析法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的流程

利用反分析參數(shù)、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)信息等，可對基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測構(gòu)建動態(tài)預(yù)報(bào)體系，并提出分析的基本原理和方法。這一流程包括以下幾步：首先，應(yīng)對現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行搜集和統(tǒng)計(jì)。其次，應(yīng)通過優(yōu)化反分析過程來獲取計(jì)算參數(shù)。最后，應(yīng)根據(jù)反分析計(jì)算所得出的數(shù)據(jù)來預(yù)估下一環(huán)節(jié)開挖穩(wěn)定性以及位移大小。這一優(yōu)化流程在基坑開挖過程中的應(yīng)用能大幅提升基坑開挖安全性預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時性，進(jìn)而對整個施工過程發(fā)揮出重要的指導(dǎo)意義。

（三）動態(tài)預(yù)報(bào)技術(shù)

基坑施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息主要分為測量信息、工程信息和地質(zhì)信息三種類型。其中，地質(zhì)信息主要涉及土層介質(zhì)的類型與分布、地下水位狀況、粘聚力等多方面的參數(shù)，測量信息指的是能在施工現(xiàn)場采用儀表等設(shè)備進(jìn)行量測的信息，包括支護(hù)位移大小、應(yīng)力增量等。工程信息主要涵蓋支護(hù)形式、開挖方案、土方量、工程施工實(shí)時進(jìn)度等信息。這些信息都屬于基礎(chǔ)性信息，將對預(yù)報(bào)計(jì)算和設(shè)計(jì)的科學(xué)性產(chǎn)生非常關(guān)鍵的影響。本文筆者借助力學(xué)模型，參照圖1所示過程對基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測構(gòu)建動態(tài)預(yù)報(bào)體系。

結(jié)語：

綜上所述，針對基坑支護(hù)工程的特點(diǎn)，對基坑支護(hù)位移和安全性進(jìn)行監(jiān)測，并構(gòu)建完善的動態(tài)預(yù)報(bào)體系是非常必要的，在建立動態(tài)預(yù)報(bào)體系的過程中，應(yīng)將現(xiàn)場信息搜集、圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和變性分析、優(yōu)化相關(guān)參數(shù)等相結(jié)合，這樣才能確保基坑支護(hù)位移和安全性監(jiān)測動態(tài)預(yù)報(bào)體系的科學(xué)性。

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