基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)最佳間距設(shè)置的研究

1、       基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)最佳間距設(shè)置的研究                     摘要：目前基坑工程中的樁體深層水平位移監(jiān)測(cè)主要依靠測(cè)斜管和測(cè)斜儀完成。實(shí)際工程中一般采用0.5m的監(jiān)測(cè)間距，而當(dāng)樁身較長(zhǎng)時(shí)，深層水平位移監(jiān)測(cè)就會(huì)成為一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。如果能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)設(shè)點(diǎn)的密集度降低，無疑可以節(jié)省較大的人工和時(shí)間成本。然而，樁體水平位移線形可有多種形式

2、，不同形式的曲線危險(xiǎn)點(diǎn)出現(xiàn)位置均不一致。因此，如何在擴(kuò)大測(cè)試間距的同時(shí)保證測(cè)得數(shù)據(jù)不會(huì)漏掉關(guān)鍵的測(cè)試點(diǎn)成為一個(gè)重要難題。本文基于多組基坑樁體深層水平位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，對(duì)不同線形水平位移測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了隔點(diǎn)提取分析。利用不同間距的水平位移測(cè)試數(shù)據(jù)以spline插值函數(shù)插值得到以0.5m為間距的測(cè)點(diǎn)結(jié)果，并與實(shí)際0.5m為間距的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)增加測(cè)點(diǎn)間距監(jiān)測(cè)的可能性進(jìn)行了討論。關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)；深層水平位移；spline插值；最佳間距1研究方法和數(shù)據(jù)處理基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移是基坑監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目之一，在深基坑監(jiān)測(cè)過程中確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)，通過減小監(jiān)測(cè)間距可達(dá)到節(jié)省時(shí)間和人工成本的目

3、的。定義為：蝶形、反s形、開口形、拋物線形以及激凸形5大類。分析時(shí)，對(duì)原有間隔為0.5m的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行隔點(diǎn)提取，分別將間距為1.0m、1.5m和2.0m的數(shù)據(jù)提取出來進(jìn)行spline插值；插值后的曲線用于與原曲線進(jìn)行對(duì)比。不同形狀的測(cè)斜曲線在應(yīng)用spline插值方法補(bǔ)全數(shù)據(jù)的同時(shí)，可能存在不同程度的偏離情況。因此，對(duì)不同形狀的測(cè)斜數(shù)據(jù)分別以不同間隔點(diǎn)進(jìn)行插值處理，以便于分類討論。通過觀察上述不同類型測(cè)斜曲線的不同間距數(shù)據(jù)插值結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，1.5m和2.0m兩種測(cè)點(diǎn)間距無論何種測(cè)斜曲線形，利用spline插值后的曲線數(shù)據(jù)與0.5m間距曲線數(shù)據(jù)對(duì)比偏差都過大，因此，以上兩種測(cè)試間距在實(shí)際工程中都不

4、具備實(shí)現(xiàn)的可能性。只有測(cè)點(diǎn)間距設(shè)置為1.0m時(shí)，利用spline插值得到的完整曲線與0.5m間距測(cè)得數(shù)據(jù)的spline插值曲線相符度較高。尤其是開口形和拋物線型兩種，1.0m間距和0.5m間距的spline插值曲線幾乎看不出偏差。為更全面地考察擴(kuò)大間距監(jiān)測(cè)的合理性，需要對(duì)蝶形、s形和激凸形這3種線形的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的偏差分析。2曲線偏差的應(yīng)力反分析對(duì)上述蝶形、s形和激凸形3種線形測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的插值進(jìn)行偏差分析，利用abaqus的應(yīng)力分析模塊進(jìn)行。首先，在1.0m間距測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)spline插值得到的完整曲線中提取出間距為0.5m的水平位移數(shù)據(jù)點(diǎn)；再參考位移法，利用提取得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)和以0.5m間距測(cè)得

5、的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)分別建立梁?jiǎn)卧轿灰颇Ｐ?，利用?shù)據(jù)點(diǎn)的水平位移作為位移邊界條件施加在梁?jiǎn)卧?，?duì)其受力情況進(jìn)行反分析。其中，考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為到達(dá)某一深度停止而并非全長(zhǎng)，因此將梁?jiǎn)卧喈?dāng)于樁底位置處設(shè)立僅限制縱向位移（重力方向）的單向約束。梁?jiǎn)卧木植孔鴺?biāo)在長(zhǎng)度方向上選為與整體坐標(biāo)的y軸正方向一致。從計(jì)算結(jié)果的變形曲線來看，2種數(shù)據(jù)分析得到的樁身變形曲線相符程度較高，看不出明顯線形差別。就應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來看，無論時(shí)大主應(yīng)力還是小主應(yīng)力（分別代表著梁?jiǎn)卧孛嫔系淖畲笫芾褪軌簯?yīng)力），1.0m間距得到的計(jì)算結(jié)果均小于0.5m間距結(jié)果。這說明，蝶形數(shù)據(jù)擴(kuò)大間距測(cè)量得到的結(jié)果在應(yīng)力分析中偏于危險(xiǎn)。但就最危險(xiǎn)

6、點(diǎn)的分布位置來看，0.5m計(jì)算云圖的大主應(yīng)力最大區(qū)域?yàn)?5.6342016.16907m，而1.0m的計(jì)算結(jié)果則為14.7329516.30709m間；0.5m計(jì)算云圖的小主應(yīng)力最大區(qū)域?yàn)?8.3544318.92040m，而1.0m的計(jì)算結(jié)果則為18.3898118.98198m。這表明，蝶形組利用1.0m間距數(shù)據(jù)找到的樁體最不利位置范圍基本可以包含0.5m數(shù)據(jù)求得的最不利位置。與蝶形組類似，從計(jì)算結(jié)果的變形曲線來看，反s形的2種間距數(shù)據(jù)分析得到的樁身變形曲線相符程度也很好，看不出明顯線形差別。就應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來看，無論是大主應(yīng)力還是小主應(yīng)力（分別代表著梁?jiǎn)卧孛嫔系淖畲笫芾褪軌簯?yīng)力），1.

7、0m間距得到的計(jì)算結(jié)果均小于0.5m間距結(jié)果。這說明，反s形數(shù)據(jù)擴(kuò)大間距測(cè)量得到的結(jié)果在應(yīng)力分析中也偏于危險(xiǎn)。至于其最危險(xiǎn)點(diǎn)的分布位置，0.5m計(jì)算云圖的大主應(yīng)力最大區(qū)域?yàn)?4.4578514.67916m，1.0m的計(jì)算結(jié)果則為14.3735015.07411m；0.5m計(jì)算云圖的小主應(yīng)力最大區(qū)域?yàn)?0.9215421.05038m，而1.0m的計(jì)算結(jié)果則為20.4373520.63062m。這表明，反s形組利用1.0m間距數(shù)據(jù)找到的樁體最不利位置范圍也可以包含0.5m數(shù)據(jù)求得的最不利位置。利用spline插值方法補(bǔ)全數(shù)據(jù)，可以使得到的數(shù)據(jù)與0.5m間距測(cè)斜數(shù)據(jù)保持一致的線形。此外，雖然反s

8、形和蝶形的0.5m間距和1.0m間距測(cè)斜數(shù)據(jù)spline曲線存在個(gè)別誤差較大點(diǎn)，但對(duì)其用于預(yù)測(cè)樁體最不利位置的影響不十分明顯；利用1.0m測(cè)斜數(shù)據(jù)spline插值得到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)力反分析找尋最不利位置的結(jié)果可以包含0.5m組分析得到的最不利位置。但是，擴(kuò)大間距測(cè)試并利用spline插值補(bǔ)缺數(shù)據(jù)也存在一定的缺陷。如第二節(jié)所述，spline插值方法線性與撓度曲線相一致，若樁體材料均質(zhì)均勻則線性應(yīng)多表現(xiàn)為開口形和拋物線形等較光滑的曲線。因此，本文蝶形和反s形中擴(kuò)大間距的spline曲線顯示的數(shù)據(jù)偏差，可能是由于樁體制作時(shí)的初始缺陷引起的水平位移凸變點(diǎn)而導(dǎo)致的。3結(jié)論為了在深基坑工程深層水平位移監(jiān)

9、測(cè)中適當(dāng)增加監(jiān)測(cè)間距，以達(dá)到降低時(shí)間成本、人工成本及勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。本文利用spline插值的方法分別對(duì)1.0m、1.5m、2.0m測(cè)試間距的多種測(cè)斜數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，然后將spline插值完成的數(shù)據(jù)分別與0.5m測(cè)試間距的實(shí)測(cè)水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。在數(shù)據(jù)對(duì)比過程中發(fā)現(xiàn)，只有開口形和拋物線形的1.0m間距spline插值曲線與其對(duì)應(yīng)的0.5m測(cè)試間距水平位移實(shí)測(cè)曲線相符性較高，另外的蝶形、反s形和激凸形3種線形的插值曲線與0.5m測(cè)試間距的數(shù)據(jù)偏差較大。為了進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)據(jù)的相符性，本文對(duì)蝶形、反s形和激凸形3種曲線采用abaqus的應(yīng)力分析模塊進(jìn)行了應(yīng)力反分析驗(yàn)算；通過上述幾種不同類型的插值數(shù)

10、據(jù)與0.5m測(cè)試間距的水平位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析結(jié)果得出以下主要結(jié)論：當(dāng)測(cè)斜曲線不存在明顯激凸點(diǎn)時(shí)，以1.0m間距的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元應(yīng)力反分析找出的樁身最危險(xiǎn)點(diǎn)所在位置，與0.5m間距監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析得到的最危險(xiǎn)點(diǎn)位置吻合度較高。因此，以1.0m為間距替代0.5m間距進(jìn)行監(jiān)測(cè)以控制工程的安全是具有一定可行性的。若擴(kuò)大間距測(cè)得的測(cè)斜結(jié)果顯示的位移變化曲線存在明顯的激凸形狀，即明顯區(qū)別于三次冪函數(shù)線形的凸起點(diǎn)，則說明樁體可能存在明顯的初始缺陷，應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)補(bǔ)充監(jiān)測(cè)以全面監(jiān)控樁體變形。利用擴(kuò)大間距測(cè)得的測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行spline插值補(bǔ)充后，再進(jìn)行有限元應(yīng)力反分析得到的應(yīng)力偏小于0.5m間距數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)考慮乘以一定的擴(kuò)大系數(shù)后再進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)計(jì)算，以保證工程安全。本文所用最短樁的測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)度為21.5m，而1.0m的測(cè)試間距大于最短樁總測(cè)試長(zhǎng)度的4.5%，可見本文所用分析數(shù)據(jù)均為樁身較長(zhǎng)的情況。因此，本文所得結(jié)論適用于測(cè)點(diǎn)深度在21.5m以