CN110984114A - 一种深基坑全周期动态监测方法 - Google Patents

一种深基坑全周期动态监测方法 Download PDF

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张吉庆
刘毅
邵海波
侯中伟
刘立伟
吴兆柱
高宗宾
高隽
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D17/02Foundation pits

Abstract

一种深基坑全周期动态监测方法,包括前期监测布置,中后期开挖侧壁应力检测和异常数据识别三个步骤,在基坑布置全周期布置监测点,包括内圈变形监测点、外圈变形监测点和预设侧壁监测点,以及通过建立BIM模型数据库动态对比;针对每一个监测点,若本轮采集的监测值在预测值的0.88‑1.2倍区间内,确认为正常值,否则判定为异常值;若本轮判定为正常值,则对预测的均值进行迭代更新。本发明的优点在于:通过预测基坑开挖及环境状态参数的变化对监测值的影响,来确定监测项目的下一采集时刻预测采集值,并通过比对预测值及实际值来判定实际值是否异常,得出真实的监测数据,在整个基坑开挖的预警过程中起到重要的作用。

Description

一种深基坑全周期动态监测方法
技术领域
本发明涉及深基坑监测技术领域,特别是涉及了一种深基坑全周期动态监测方法。
背景技术
常规基坑工程监测手段不仅耗费大量人力,而且数据采集周期、精度和分析处理机制和管理方法,远远不能适应科学的管理与决策需求。随着深基坑对全周期监测的要求,深大基坑工程日益增多,催生了更多新一代传感、传输和监测数据处理技术在基坑工程中的研究应用;稳定、成熟、可靠的电子信息技术在土建工程中的推广应用,为基坑的自动化监测提供了强有力的技术基础。基坑自动化监测通常需要采集钢筋计频率、测斜仪倾角、水位计压强读数及单点沉降计的沉降数据,基坑监测中的异常数据是监测数据集中与常规数据不同的数据,它们不符合惯常的数据模式,其产生机制与大多数数据不同。异常数据包括两种类型,第一种是真实异常数据,包含着从应用角度看非常有意义的知识;第二种是噪音异常数据,是采集、传输或存储过程中的错误引起的,会误导分析的结果。目前对于异常数据的态度主要有两种,一是拒绝,从数据集中删除全部异常数据,优点是可以减少异常数据的误导作用,但会丢失有意义的信息;二是保留,保留所有异常数据,不会丢失任何信息,但分析结果会受到异常数据的误导。
如何获得更好的监测数据是整个预警系统的关键性资源,有高质量的数据才能更好地进行预警决策分析。而在大规模监测数据分析中获得清洁可靠的数据是一项困难的工作,其成本也很高,大约要花费项目中50%到70%的资源。实际监测过程中获取的数据有许多质量问题。首先,多种原因会产生异常数据,产生异常数据的原因通常包括:将异常数据从真实数据中区分出来非常困难,虽然有些异常数据可能是测量和记录过程中的错误引起的,但有些异常数据却代表着真实的监测量的状态,蕴涵着从预警角度看非常有意义的知识,最终如何识别危险工况是工程上的普遍问题。。
发明内容
本发明旨在提供一种深基坑全周期动态监测方法,包括前期监测布置,中后期开挖侧壁应力检测和异常数据识别三个步骤,第一步前期监测布置包括:(1)、在准备阶段,对需要监测的预开挖基坑进行放点,通过水平仪或者全站仪精确对监测点进行布置,监测点的布置范围为在基坑开挖线的外围2米位置布置内圈沉降观测监测点,在基坑外围开挖线的外围4米位置布置外圈变形监测点,在基坑外20米之内的建筑物上布置建筑沉降观测点;各点进行联测检核;
(2)、所述内圈沉降观测监测点之间的间距不大于3米,外圈变形监测点之间的间距不大于6米,所述建筑沉降观测点根据周围情况设置,间距30米设置一个;内圈沉降观测监测点和外圈变形监测点均采用预埋钢件,所述预埋钢件下端采用水泥浆形成锚固体,上端采用对半螺纹开口钢筋,两个对半螺纹开口钢筋中间设置空隙,空隙中设置十字钢尺,两个对半螺纹开口钢筋通过外端套设螺母,通过螺母拧紧两个对半螺纹开口钢筋,从而夹紧钢尺;(3)、所述十字钢尺的上下左右均设置有刻度,水平变形通过直接读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面刻度水平距离与周边建筑墙面的距离的方法进行数据采集,根据数据变化计算基坑水平位移;沉降变形通过全站仪或水准仪直接读出十字钢尺的刻度,进行计算基坑沉降量,并将以上数据上传至BIM模型数据库中;第二步中后期开挖侧壁应力检测的方法包括:(1)、在基坑开挖过程中,随着基坑的深度变化,在基坑侧壁设置应力检测装置,其用于检测预设侧壁监测点的应力值,并将每个所述预设侧壁监测点的应力值上传至BIM模型数据库中; (2)、BIM模型数据库中其预存有待监测基坑的三维模型;在所述BIM模型数据库中输入对应的预设监测点的应力值,并将所述应力值按照其所对应的所述预设侧壁监测点的位置信息标记在所述三维模型中;在该预设侧壁监测点所在的水平线上间隔3-8米确定一侧壁监测点;(3)、应力检测装置还包括设置测量钢管柱,所述测量钢管柱上端分别设置位移传感器和角度传感器;所述位移传感器用于测量钢管柱的坐标,该位移传感器采用GPS定位系统;所述角度传感器用于测量所述侧壁监测点的投影至所述测量钢管柱所在平面时,所述测量钢管柱的竖直方向与所述投影与角度传感器的夹角值,并将所述夹角值上传至所述BIM模型数据库中;第三步异常数据识别包括:(1)、BIM模型数据库动态的储存通过前期收集的内圈沉降观测监测点、内圈沉降观测监测点的水平位移和基坑沉降量,以及通过分析侧壁监测点的位移和夹角数据;(2)、根据上述数据,获得当天各个监测点的变化曲线,监测值在预测值的0.88-1.2倍区间内,确认为正常值,否则判定为异常值;(3)、针对每一个监测项目,若本轮判定为正常值,则对预测的均值进行迭代更新。
还包括计算校核模块,所述计算校核模块用于校核所述监测点的位置值;所述计算校核模块的具体操作过程为:所述计算模块将所述位移传感器、所述位移传感器在所述侧壁上的投影和一所述侧壁监测点构建直角三角形,所述计算校核模块确定所述侧壁监测点在XY坐标系的坐标信息,并将所述位置信息按照所述侧壁监测点的对应关系标注在所述三维模型上,该坐标信息用于校核GPS定位的坐标初值。
在进行GPS定位时,可以因为数据遗失或计算故障等问题,需要对坐标初值进行校核。
所述位移传感器和所述角度传感器间隔预定时间t1、t2……tn,将预定时间的检测位移值和夹角值上传至BIM模型数据库。
所述计算校核模块从所述BIM模型数据库中调取t1、t2……tn时间所述侧壁监测点在所述XY坐标系的坐标信息(x1,y1)、(x2,y2)……(xn,yn),并进行如下计算:所述侧壁监测点在tn时间相对于t1时间的水平位移△x为:△x=xn—x1;
所述监测点在tn时间相对于t1时间的竖直位移△y为:△y=yn—y1;所述计算校核模块将所述水平位移△x和所述竖直位移△y上传至中BIM模型数据库中。
本发明点优点,在于在基坑布置全周期布置监测点,包括内圈变形监测点、外圈变形监测点和预设侧壁监测点,以及通过建立BIM模型数据库,通过动态的存储进行监测;针对每一个监测点,若本轮采集的监测值在预测值的0.9-1.1倍区间内,确认为正常值,否则判定为异常值;若本轮判定为正常值,则对预测的均值进行迭代更新。本发明的优点在于:通过预测基坑开挖及环境状态参数的变化对监测值的影响,来确定监测项目的下一采集时刻预测采集值,并通过比对预测值及实际值来判定实际值是否异常,得出真实的监测数据,在整个基坑开挖的预警过程中起到重要的作用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
本发明旨在提供一种深基坑全周期动态监测方法,包括前期监测布置,中后期开挖侧壁应力检测和异常数据识别三个步骤,第一步前期监测布置包括:(1)、在准备阶段,对需要监测的预开挖基坑进行放点,通过水平仪或者全站仪精确对监测点进行布置,监测点的布置范围为在基坑开挖线的外围2米位置布置内圈沉降观测监测点,在基坑外围开挖线的外围4米位置布置外圈变形监测点,在基坑外20米之内的建筑物上布置建筑沉降观测点;各点进行联测检核;
(2)、所述内圈沉降观测监测点之间的间距不大于3米,外圈变形监测点之间的间距不大于6米,所述建筑沉降观测点根据周围情况设置,间距30米设置一个;内圈沉降观测监测点和外圈变形监测点均采用预埋钢件,所述预埋钢件下端采用水泥浆形成锚固体,上端采用对半螺纹开口钢筋,两个对半螺纹开口钢筋中间设置空隙,空隙中设置十字钢尺,两个对半螺纹开口钢筋通过外端套设螺母,通过螺母拧紧两个对半螺纹开口钢筋,从而夹紧钢尺;(3)、所述十字钢尺的上下左右均设置有刻度,水平变形通过直接读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面刻度水平距离与周边建筑墙面的距离的方法进行数据采集,根据数据变化计算基坑水平位移;沉降变形通过全站仪或水准仪直接读出十字钢尺的刻度,进行计算基坑沉降量,并将以上数据上传至BIM模型数据库中;
水平位移记录表1:
表1
沉降量记录表2:
表2
第二步中后期开挖侧壁应力检测的方法包括:(1)、在基坑开挖过程中,随着基坑的深度变化,在基坑侧壁设置应力检测装置,其用于检测预设侧壁监测点的应力值,并将每个所述预设侧壁监测点的应力值上传至BIM模型数据库中; (2)、BIM模型数据库中其预存有待监测基坑的三维模型;在所述BIM模型数据库中输入对应的预设监测点的应力值,并将所述应力值按照其所对应的所述预设侧壁监测点的位置信息标记在所述三维模型中;在该预设侧壁监测点所在的水平线上间隔3-8米确定一侧壁监测点;(3)、应力检测装置还包括设置测量钢管柱,所述测量钢管柱上端分别设置位移传感器和角度传感器;所述位移传感器用于测量钢管柱的坐标,该位移传感器采用GPS定位系统;所述角度传感器用于测量所述侧壁监测点的投影至所述测量钢管柱所在平面时,所述测量钢管柱的竖直方向与所述投影与角度传感器的夹角值,并将所述夹角值上传至所述BIM模型数据库中;第三步异常数据识别包括:(1)、BIM模型数据库动态的储存通过前期收集的内圈沉降观测监测点、内圈沉降观测监测点的水平位移和基坑沉降量,以及通过分析侧壁监测点的位移和夹角数据;(2)、根据上述数据,获得当天各个监测点的变化曲线,监测值在预测值的0.88-1.2倍区间内,确认为正常值,否则判定为异常值;
(3)、针对每一个监测项目,若本轮判定为正常值,则对预测的均值进行迭代更新。
第三步异常数据识别,还包括定义监测值,定义监测值的变化由三部分构成:基坑开挖对监测项目带来的影响,环境状态参数变化给监测项目带来的影响以及误差异常影响,监测项目的最终监测值是上述三部分的综合体现,记监测项目的监测值为γ,基坑开挖状态为α,环境状态参数为θ,采集、传输及存储环节的误差为β,则γ=f(α,θ,β),函数f表征监测值是三个状态参数的综合反映,将监测值γ分解为α,θ,β三个影响参数的独立作用之和,γ=A (α)+B(θ)+C(β),其中函数A表示基坑开挖状态α对监测项目的影响,函数B表示环境状态参数θ对监测项目的影响,函数C表示采集、传输及存储过程中的误差,不作为对监测值的预测。
还包括计算校核模块,所述计算校核模块用于校核所述监测点的位置值;所述计算校核模块的具体操作过程为:所述计算模块将所述位移传感器、所述位移传感器在所述侧壁上的投影和一所述侧壁监测点构建直角三角形,所述计算校核模块确定所述侧壁监测点在XY坐标系的坐标信息,并将所述位置信息按照所述侧壁监测点的对应关系标注在所述三维模型上,该坐标信息用于校核GPS定位的坐标初值。
在进行GPS定位时,可以因为数据遗失或计算故障等问题,需要对坐标初值进行校核。
所述位移传感器和所述角度传感器间隔预定时间t1、t2……tn,将预定时间的检测位移值和夹角值上传至BIM模型数据库。
所述计算校核模块从所述BIM模型数据库中调取t1、t2……tn时间所述侧壁监测点在所述XY坐标系的坐标信息(x1,y1)、(x2,y2)……(xn,yn),并进行如下计算:所述侧壁监测点在tn时间相对于t1时间的水平位移△x为:△x=xn—x1;
所述监测点在tn时间相对于t1时间的竖直位移△y为:△y=yn—y1;所述计算校核模块将所述水平位移△x和所述竖直位移△y上传至中BIM模型数据库中。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的内容和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深基坑全周期动态监测方法,包括前期监测布置,中后期开挖侧壁应力检测和异常数据识别三个步骤,第一步前期监测布置包括: (1)、在准备阶段,对需要监测的预开挖基坑进行放点,通过水平仪或者全站仪精确对监测点进行布置,监测点的布置范围为在基坑开挖线的外围2米位置布置内圈沉降观测监测点,在基坑外围开挖线的外围4米位置布置外圈变形监测点,在基坑外20米之内的建筑物上布置建筑沉降观测点;各点进行联测检核;(2)、所述内圈沉降观测监测点之间的间距不大于3米,外圈变形监测点之间的间距不大于6米,所述建筑沉降观测点根据周围情况设置,间距30米设置一个;内圈沉降观测监测点和外圈变形监测点均采用预埋钢件,所述预埋钢件下端采用水泥浆形成锚固体,上端采用对半螺纹开口钢筋,两个对半螺纹开口钢筋中间设置空隙,空隙中设置十字钢尺,两个对半螺纹开口钢筋通过外端套设螺母,通过螺母拧紧两个对半螺纹开口钢筋,从而夹紧钢尺;(3)、所述十字钢尺的上下左右均设置有刻度,水平变形通过直接读测钢尺读数或采用游标卡尺量测面刻度水平距离与周边建筑墙面的距离的方法进行数据采集,根据数据变化计算基坑水平位移;沉降变形通过全站仪或水准仪直接读出十字钢尺的刻度,进行计算基坑沉降量,并将以上数据上传至BIM模型数据库中;
第二步中后期开挖侧壁应力检测的方法包括:(1)、在基坑开挖过程中,随着基坑的深度变化,在基坑侧壁设置应力检测装置,其用于检测预设侧壁监测点的应力值,并将每个所述预设侧壁监测点的应力值上传至BIM模型数据库中; (2)、BIM模型数据库中其预存有待监测基坑的三维模型;在所述BIM模型数据库中输入对应的预设监测点的应力值,并将所述应力值按照其所对应的所述预设侧壁监测点的位置信息标记在所述三维模型中;在该预设侧壁监测点所在的水平线上间隔3-8米确定一侧壁监测点;(3)、应力检测装置还包括设置测量钢管柱,所述测量钢管柱上端分别设置位移传感器和角度传感器;所述位移传感器用于测量钢管柱的坐标,该位移传感器采用GPS定位系统;所述角度传感器用于测量所述侧壁监测点的投影至所述测量钢管柱所在平面时,所述测量钢管柱的竖直方向与所述投影与角度传感器的夹角值,并将所述夹角值上传至所述BIM模型数据库中;
第三步异常数据识别包括:(1)、BIM模型数据库动态的储存通过前期收集的内圈沉降观测监测点、内圈沉降观测监测点的水平位移和基坑沉降量,以及通过分析侧壁监测点的位移和夹角数据;(2)、根据上述数据,获得当天各个监测点的变化曲线,监测值在预测值的0.88-1.2倍区间内,确认为正常值,否则判定为异常值;(3)、针对每一个监测项目,若本轮判定为正常值,则对预测的均值进行迭代更新。
2.如权利要求1所述的一种深基坑全周期动态监测方法,其特征在于,还包括计算校核模块,所述计算校核模块用于校核所述监测点的位置值;所述计算校核模块的具体操作过程为:所述计算模块将所述位移传感器、所述位移传感器在所述侧壁上的投影和一所述侧壁监测点构建直角三角形,所述计算校核模块确定所述侧壁监测点在XY坐标系的坐标信息,并将所述位置信息按照所述侧壁监测点的对应关系标注在所述三维模型上,该坐标信息用于校核GPS定位的坐标初值。
3.如权利要求2所述的一种深基坑全周期动态监测方法,其特征在于,所述位移传感器和所述角度传感器间隔预定时间t1、t2……tn,将预定时间的检测位移值和夹角值上传至BIM模型数据库。
4.如权利要求3所述的一种深基坑全周期动态监测方法,其特征在于,所述计算校核模块从所述BIM模型数据库中调取t1、t2……tn时间所述侧壁监测点在所述XY坐标系的坐标信息(x1,y1)、(x2,y2)……(xn,yn),并进行如下计算:所述侧壁监测点在tn时间相对于t1时间的水平位移△x为:△x=xn—x1;所述监测点在tn时间相对于t1时间的竖直位移△y为:△y=yn—y1;所述计算校核模块将所述水平位移△x和所述竖直位移△y上传至中BIM模型数据库中。
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