關于基坑監測數據分析處理及預測預警系統研究

李杰

海南深勘勘察設計有限公司 海南 海口 570208

1 基坑監測數據處理分析

1.1 工程概況

海口華潤中心3期地塊位于海口市國貿中心，東側緊鄰國貿三橫路，西側靠近明珠路，北側緊挨天邑國際、瓊泰大廈等建筑，往外為濱海大道，南側緊鄰金貿東路。基坑位于海口市繁華商業區，北面為已有高層建筑，東、南、西三側為現有市政道路，地理位置特殊，周邊的環境較復雜，最大開挖深度達15.7m，開挖范圍內主要為塊石填土層和淤泥質軟土層及飽和可液化砂土層，地質條件差，地下水位高，監測的難度大。本項目的級別按一級考慮[1]。

1.2 基坑監測方案

1.2.1 監測點平面布置

測點布置注意事項如下：

（1）監測控制網

本工程基坑圍護形式主要為：“支護樁+內支撐”；止水帷幕采用咬合樁+樁后攪拌樁。共布置3個基準點，監測控制網分兩種：平面控制網用于水平位移監測；水準控制網用于垂直位移監測。

（2）控制點布設

平面控制點和水準控制點計劃為同點（共設置3個點，由甲方提供）,用于控制整個監測區垂直及水平位移。基準點設在基坑施工影響范圍之外較穩定的地方,無條件布設固定觀測墩時用劃＂十＂字的測量道釘埋設[1]如下圖1。

圖1 控制點剖面圖

本項目各項觀測點布置，位置示意圖如下圖2：

圖2 觀測點位置示意圖

1.2.2 監測方法

建立控制網聯測。本次基坑監測共設置工作基點3個，分別位于基坑東北側、基坑東南側、基坑西南（詳見監測點平面布置圖），水準控制網采用水準路線測量。定期進行水準控制網聯測（二月一次），當基準點前后兩次標高超過允許值，即以新高程值為起算高程；對水準儀定期進行i檢查（一月一次），保證水準測量資料可靠性。

平面基準點采用導線法測量坐標，坐標系統采用假設獨立坐標系統，按二級導線測量要求進行測量。定期進行平面控制網聯測（二月一次），檢查各基準點的坐標，保證平面測量資料可靠性。

關于建設“城市水庫”打造“浙中水鄉”的調研與思考……………………………………………………… 陳一新(9.7）

本項目冠梁水平位移監測采用工作基點進行，每期變形測量作業開始，先將工作基點與基準點進行聯測，再利用工作基點對監測點進行觀測，基準點與工作基點之間聯測的精度等級達到二級[1]。

1.2.3 監測工作內容及數量

根據本工程的實際情況，本工程監測的項目和具體數量如下表1。

表1 監測工作內容及數量統計

1.2.4 基坑監測成果及分析

基坑監測成果如下：

基坑四周水位總變化量統計分析。從基坑各個檢測點數據可看出，基坑北部監測點平均總變化量為-417.43mm；基坑東部監測點平均總變化量為-137.2mm；基坑南部監測點平均總變化量為-1240.88mm；基坑西部監測點平均總變化量為2927.83mm；地下水位變化總量均超過預警值。根據監測實際情況，多次出現地下水位異常下降情況，通過監測數據異常，現場巡查發現基坑底部存在漏沙漏水，導致基坑周邊塌陷。針對該情況予以預警，并配合施工方科學合理的灌漿封堵。灌漿處理后仍存在漏點，針對水位異常分析，亦相應進行預警和匯報，注漿處理期間，但仍存在漏點。施工單位也分別進行回填或封堵處理，直至后續開挖完成及基底施工完成。以上情況在監測時已實時進行了預警和匯報。

1.2.5 監測總結

（1）從施工進場進行監測開始，直至基坑回填完成，我司共完成基坑頂豎向位移（沉降）監測185次（累計2058點·次）和基坑頂水平位移監測185次（累計2058點·次）、錨索拉力監測73次（累計657點·次）、周邊地表路面豎向位移監測185次（累計1665點·次）、水位監測73次（累計1460井·次）。（2）監測數據經整理及分析，各項累積變化量均在允許值范圍內，且日變化速率較小，滿足設計要求，同時監測過程中沒有出現因基坑支護結構失穩導致的基坑四周開裂、坍塌等意外狀況，基坑監測情況整體良好，圓滿完成監測任務。

1.3 基坑監測數據中存在的問題隱患

1.4 基坑監測數據分析處理的措施

第一，需要專業的建設監理工程師跟上時代的步伐，掌握各類監控技術，能夠全面、靈活運用。目前，國內已有不少專家針對地基資料的監測方法，本文就不多言述。例如，VBA技術、小波分解技術、異常檢測技術是目前常用的監測技術，而各類監測資料的處理主要有沉降監測、變形監測、水平位移監測、基坑監測監測等。第二，在監控的時候，要盡可能地全面監控，不能只盯著某個特定的參數，也不能只盯著某個區域，更要盯著整個項目。不僅要監控地面的狀況，還要監控地面的結構，以及周圍的地形。同時，對周圍的環境進行監控。由于，對周圍的環境和圍護結構的監控不力，造成了嚴重的施工事故，嚴重損害施工人員生命，和項目順利進行。第三，要做好信息反饋。信息反饋既是一種數據監控，也是一種不容小視的重要內容。在工程現代化和信息化現代，信息反饋是實現信息化的重要手段。地下水位的問題，也要通過數據的方式來處理。地下水的沉陷幾乎是一個不可避免的問題，一旦涉及到地基，就會被提及，這是一種陳詞濫調，但也有可能出現問題。地下水的監控很注重時間，如果有下沉和快速的變化，要立即進行檢查。如果沒有妥善解決地下水位的問題，很容易造成周圍建筑地基的損壞，地下管線的損壞。第四，要強化產業管理，制定切實、行之有效的法規。有關的政府部門應該承擔相應的職責。這些法規的頒布，既為企業提供了對數據監控的實際指導，又為建筑企業提供了一種有效的監控手段，從而提高了項目的安全品質，有助于整個杭也的規范化[2]。

2 淺議基坑預測預警系統

2.1 系統結構設計

1、實現基坑地質勘察、設計、施工進度、測點信息、監測儀器、監測數據、周邊建筑物信息及其它相關數據的儲存與整合。以GIS為基礎，從基礎上實現GIS的圖形顯示、圖形與屬性的關聯和可視化的檢索。2、實施監控管理。根據不同的監測對象，提出了屬性信息、數據輸入處理、統計分析、曲線繪制、輸出報告等功能。研究工程建設過程中的各種影響因子，建立了相應的模型，并對其發展趨勢進行了預測監控警報，設定各個監控項的警示量，對于超出設定的檢測點，可以進行預警。3、集中管理和分散管理。可以對多個基礎設施進行統一管理，同時也可以在一定程度上實現對多個基礎設施的監控數據的統一管理；系統內有分層的管理，可以讓各個層次的人員在同一時間進行工作[3]。

2.2 系統特點

具有很好的查詢能力。本系統的查詢體系可以完成多個情況多個條目的聯合檢索，既可以單獨或多個查詢，也可以是最優、全域檢索的效率。能夠對各個監控數據進行實時監控，實時顯示出基礎情況，便于做出相應的判斷。

是一種非常直觀而又明確的數據顯示。系統中的全部資料都會被放置到.NET控制項DataGridView中，可以根據行列式的次序進行顯示，并且可以通過接口進行更改和刪除，用戶使用方便，能夠及時地將主要監控信息反饋給用戶。

數據的安全防護和復原。在進行基礎施工的過程中，會產生大量的監控數據，并將其存儲在數據庫中，如果使用軟件將其移除，將整個項目全部移出，就必須進行備份。在向其它客戶傳輸工程資料時，僅需傳輸一份備用資料，而不會傳輸全部的工程資料，這樣做安全、可靠的。

整合了多數的監測手段。目前，對地基進行的監控已有多種形式，大部分的軟件都具有單一或多種監控手段。這些項目包括水平位移，垂直位移，測斜，裂縫，傾斜，應力，支撐軸力，土壓力，水壓力等12個項目，基本能達到對基坑的監測要求[3]。

2.3 數據庫設計

數據庫的結構設計應遵循與實際相適應的原則，充分了解基礎監控技術，從而全面涵蓋每一個監測分項，建立全部窗體和字段名稱，避免產生多余的數據。在該資料庫中共有45個表格，它們由對應的欄位進行鏈接。共包含12個大型監測子項目15個表格，其中包含了各類監測方式的全部資料，還包含工程信息管理，用戶用戶信息，系統設置，報警值設置，預測預警，基坑信息，監測儀器信息，輸出結果設置，人員信息等30個表格。所有的表格都有聯系，并且每一個表格都有3個相關域：工程名稱、分項名、分組名稱。單獨的表格也會為相關表格創建其它特殊的欄位。其優點在于，將各表格之間以某種關系進行聯系，可以使用SQL查詢語言，依據某個表格的鏈接字段名，在其他表格中尋找相關的資料。

2.4 詳細設計與實現

數據入庫：采用C#語言編制文字辨識程式，采用Excel物件辨識XLS檔，資料存檔，使用者依規定的方式輸入資料，資料的形式應依一般使用習慣。

數據編輯：.NET中的數據集合與DataGridView相結合，實現了對數據集的實時添加、更新和刪除。

數據分析：利用圖象技術等技術，進行相關的運算法。例如，判斷點在三角形內外算法，判斷頂點連接順序算法，遞歸算法，對每個監控值和變化量進行監測，并通過設定警報值來判斷是否超過各個警報值的范圍，如果超過，就會發出警報[3]。

數據查詢：在C#中使用ADO.NET技術對SQL查詢語言進行了包裝，并對其進行了多種查詢和組合。

結果導出：采用Excel可編程物件技術，根據國家有關工程設計和施工規程，推導出形式一致的表格、折線圖、散點圖等圖形。

系統管理：利用.NET中的多種程序控制項，進行系統的接口與視窗的設計，將不同的設定或紀錄儲存于資料庫或xml檔案。主要內容有備份恢復工程、人員管理、相關單位、工程概況、施工階段記錄、報警值設置、用戶用戶信息管理、日志報表數據管理、系統設置和系統消息等。

系統可以很容易地完成資料的輸入與修改，滿足了大多數資料的需求，并且可以對現有資料進行安全的存儲與還原，并且可以將工程信息、用戶等的繁雜信息集中起來，儲存起來，并且輸出的結果簡潔，便于查閱和使用。利用資料庫的文字資料進行更新，可以更好地進行日后的維護與修訂。利用爾曼濾波方法進行預報預報的模型具有很高的準確率。系統具有良好的人機交互、簡單、穩定等優點，是一種非常好的監控手段。

3 監測數據分析預測

定量分析監控資料的模型是一個很有意義的研究手段。該方法可以很好地反映基坑開挖時的反應和周圍環境的變形等，而無需進行復雜的數值仿真。這是一種易于被工地工人所了解的量化分析手段，可以根據該模型進行監測和監測，從而對基礎設施的安全性進行評估。

同時，加大對工程建設的監控力度，將監測結果上報給業主和相關單位；對各種類型的監控工程，可以采用彈性預警標準。

4 結束語

基坑建設是首要環節，也是最基本的一項工作。中國人有一種古老的觀念，那就是要欲蓋高樓，首先要把基礎打牢。而建立一個有效的管理體系，對于推動現代化工程自動化和信息化建設具有重要的作用。工程不僅僅是一項單純依靠技術和技術而達到的產業，而是對精密的設備和不斷更新的體系戰略的需求。因此，在有了一定的理論和認識后，我們必須深入研究預測和預測技術，爭取達到國際先進的一流水平。