一种基坑安全状态监测方法 【技术领域】
本发明涉及地下工程施工类，具体涉及的是一种基坑安全状态的监测方法。
背景技术
基坑工程安全状态监测一直还没有找到科学合理的方法。目前，基坑监测时，一般根据设计和施工经验提出报警值，如果基坑的监测结果达到报警值即认为基坑处于不安全状态，应引起重视，或者采取相应的应对措施。一般设定的报警值都偏低，实际施工时监测值很容易达到报警值，而大多时基坑大多没有安全问题。这种情况造成施工单位对监测结果缺乏分析和判断，容易达到报警值致使施工单位对报警不敏感，忽视基坑施工中存在的风险。由于报警值的确定主要是依据经验，使基坑的安全状态评价处于定性阶段。另外，这种安全状态评价方法只能对各个单独的监测项目，如测斜变形、支撑轴力或房屋沉降等的安全状态进行评价，不对整个基坑的整体安全状态进行系统评价。
由于没有定量的方法评价基坑目前的安全状态，也不针对数据预测下一步的安全状态，忽视对数据的处理，难以确定基坑目前的危险程度及下一步工况施工时的危险程度。这是目前的基坑监测和安全评价的主要缺点。
【发明内容】
本发明目的是针对以上方法的不足，提出一种新的基坑安全状态的监测方法。该方法通过对监测数据与极限状态的比较，定量计算目前基坑所处的安全状态；并预测得到基坑下一步的变形及受力情况，再通过与极限状态比较评定基坑下一步施工时的安全状态。这样，就实现基坑安全状态评价与预测，使基坑的安全状态评价由事后评价转变为事前评价。
本发明的实现由以下技术方案完成：
一种基坑安全状态监测方法，其特征在于首先确定基坑各监测项目，在基坑同一断面上设置能够相互印证的监测点，监测得到基坑施工至当前工况时各监测项目的监测值。然后，确定各监测项目产生破坏性后果时各监测项目的极限值，所述极限值根据情况不同通过理论分析、试验或数值分析获得。最后，计算所述各监测项目的极限值与监测值之比，得到各监测项目的表征基坑安全状态的相对值。所述相对值大于1时，则基坑处于安全状态；所述相对值小于1时，则基坑处于危险状态。
对上述各监测项目的相对值进行比较和排序，取所述相对值最小值，作为当前基坑本监测断面的总体安全状态评估值。所述相对值最小的监测项目即为基坑风险最大的点，其他监测项目的风险程度以比值大小排序，比值越小风险越大。
依据本次监测结果，对上述各监测项目的监测值进行反分析或统计分析，对下一步施工的监测结果进行预测，再计算所述各监测项目的极限值与预测值之比，得到下一步基坑安全状态的预测值。将所述各监测项目的预测相对值进行比较和排序，取所述预测相对值最小值作为下一步基坑的总体安全状态评估值，所述预测相对值最小的监测项目即为下一步基坑风险最大的点。
根据当前基坑的总体安全状态评估值与上述下一步基坑的总体安全状态评估值可以评定基坑的安全状态，如果两值均大于1，则按原方案继续施工；否则，修正方案，调整施工参数。
在上述极限值的确定时，可根据极限值的调查或试验结果确定极限值的概率分布函数，从而获得一定置信水平时的安全状态评估值。
本发明的优点是，用相对值代替绝对值进行评价，把已经监测得到的数据评价结果和采用预测得到的评价结果相结合，实现基坑安全状态的动态监测评价；能够实现基坑安全状态的定量评价，并且识别安全程度不同的风险点；能对基坑目前及下一步施工所处地安全状态进行系统的监测评价，对基坑施工时的安全控制有重要意义。
【附图说明】
图1为一个基坑的监测断面示意图。
【具体实施方式】
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
附图1中是基坑的一个监测断面，标号1-4表示的是支撑轴力1、立柱隆起2、测斜变形3、墙体弯矩4。
以下先介绍本发明方法原理及实施过程：
首先确定基坑各监测项目，在基坑同一断面上设置监测点；监测得到基坑施工至当前工况时的各监测项目的监测值，如支撑轴力T、立柱隆起Δ、测斜变形x及墙后地表沉降s等。
为了达到根据监测数据定量确定基坑安全程度的目的，首先确定各种监测数据发展可能造成的破坏性后果。如：支撑轴力一直发展可能导致支撑失稳；立柱隆起可能导致支撑体系变形造成附加弯矩，引起支撑体系破坏；测斜变形一直发展一方面可能造成围护结构变形过大，引起墙后建(构)筑物变形过大，还可能由于弯曲变形过大导致围护结构弯矩过大，造成墙体折断；地表沉降过大会造成建(构)筑物变形过大。
下一步是确定发生上述破坏时各监测值的极限值。如：支撑轴力发展至支撑失稳时的轴力TL；立柱隆起引起支撑体系破坏时的隆起值ΔL；测斜变形引起墙后建(构)筑物过大变形时的极限变形xL；墙体达到弯曲极限状态时的弯矩ML等。上述极限状态值可以通过理论计算、试验或设计得到。
根据监测项目的实测值(或通过监测项目计算得到的计算值)和上述极限值做比较，可以得到监测项目安全状态的相对值，具体表示为：
δi=SLiSi]]>
式中，Si为监测项目或由监测项目所得的进一步计算值，如根据测斜变形可以计算出墙体所受的最大弯矩；SLi为监测项目或由监测项目所得的计算值的极限值。上式中所得的值＞1时，基坑处于安全状态，并且所得的计算值越大，基坑越安全；所得的值＜1时，基坑处于危险状态，并且所得的值越小，基坑越危险。考虑到确定极限值确定有时比较困难，可根据极限值的调查和试验结果确定极限值的概率分布函数。这样就可以通过上式确定达到一定置信水平时的基坑安全程度。
为研究基坑的总体安全状态，找到风险最大的点，采用下面对各项目进行比较和排序。取所有项目的最小值确定基坑的总体安全程度：
δmin＝min(δ1，δ2...δi...)
则δmin即为基坑目前所处的总体安全状态。按从小到大值进行排序，越靠前的项目发生事故的风险越大。
上述方法只评价了基坑目前所处的安全状态。实际施工中，下一步施工后基坑可能处于的安全状态也非常重要。根据监测数据进行反分析或统计分析，对下一步施工的监测结果进行预测，可得各监测项目下一步的预测值：
Si′＝Si+ΔS
仍采用前述方法评价下一步基坑施工可能达到的安全程度，得：
δi′=SLiSi′]]>
δ′min＝min(δ1′，δ2′...δi′...)
这样，既得到了基坑目前所处安全状态的定量评价结果δmin，又得到了下一步施工时可能的安全状态的定量评价结果δ′min。如果两者都安全则按原方案继续施工，反之，则修正方案，调整施工参数。
在本实施例中，如图1所示，为一个基坑的监测断面示意图，在同一断面上分别监测基坑在某一工况下的支撑轴力1、立柱上浮量2、测斜变形3及墙后沉降量4，具体监测项目如图所示为：基坑围护结构的水平变形x、支撑轴力T1～T4、立柱上浮ΔL，墙后土体沉降s等。
如果基坑监测结果为：地下连续墙最大变形x＝50mm，根据测斜监测结果可以反算出地下连续墙承受的最大弯矩为M＝706kNm；四道钢支撑轴力分别为T1＝200kN、T2＝751kN、T3＝1558kN、T4＝2089kN；立柱上浮为Δ＝14mm；墙后地表沉降为s＝30mm。
根据地表及地下建(构)筑物情况可以通过数值分析方法确定最大容许测斜变形为XL＝70mm；根据地下连续墙断面型式及配筋情况等可通过理论计算得地下连续墙所能承受的最大弯矩为ML＝1050kNm；根据基坑宽度及钢支撑型式可得支撑所能承受的最大轴力为TL＝3000kNm；根据钢支撑偏心抗弯性能可以算出最大容许立柱上浮量为ΔL＝50mm；根据地表及地下建(构)筑物情况可以确定墙后土体的最大容许沉降为sL＝50mm。
则根据本专利方法计算基坑的安全状态：
δmin＝min(XL/x，TL/Ti，ML/M，sL/s，ΔL/Δ)＝min(1.40，1.44，1.49，1.67，3.57)＝1.4
基坑各项目按风险从大到小排序为：墙体变形、最下道支撑、围护结构弯曲、地表沉降、立柱上浮；
如果可以收集现场统计结果，计算出XL的95％单侧置信下限为61，那么，该基坑的目前的安全程度达到1.22的把握就可以达到95％以上，可以判定基坑目前基本上是安全的。
根据实测数据发展趋势，可以预测下一个工况的受力和变形情况。根据预测结果计算可得下一工况下基坑的安全状态为δmin′＝1.2。
那么，根据监测情况就可以判定基坑目前及下一步的安全情况了。以此为依据，可以决策基坑不用采取应急措施，可以按目前施工参数进行下一步施工。