基坑支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測最佳間距設(shè)置的研究

1、       基坑支護結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測最佳間距設(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)測主要依靠測斜管和測斜儀完成。實際工程中一般采用0.5m的監(jiān)測間距，而當樁身較長時，深層水平位移監(jiān)測就會成為一項費時費力的工作。如果能夠?qū)⒈O(jiān)測設(shè)點的密集度降低，無疑可以節(jié)省較大的人工和時間成本。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點出現(xiàn)位置均不一致。因此，如何在擴大測試間距的同時保證測得數(shù)據(jù)不會漏掉關(guān)鍵的測試點成為一個重要難題。本文基于多組基坑樁體深層水平位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了研究，對不同線形水平位移測試結(jié)果進行了隔點提取分析。利用不同間距的水平位移測試數(shù)據(jù)以spline插值函數(shù)插值得到以0.5m為間距的測點結(jié)果，并與實際0.5m為間距的測試結(jié)果進行對比，對增加測點間距監(jiān)測的可能性進行了討論。關(guān)鍵詞：基坑支護；深層水平位移；spline插值；最佳間距1研究方法和數(shù)據(jù)處理基坑支護結(jié)構(gòu)深層水平位移是基坑監(jiān)測的重要項目之一，在深基坑監(jiān)測過程中確保數(shù)據(jù)準確性的同時，通過減小監(jiān)測間距可達到節(jié)省時間和人工成本的目

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，對原有間隔為0.5m的測試數(shù)據(jù)進行隔點提取，分別將間距為1.0m、1.5m和2.0m的數(shù)據(jù)提取出來進行spline插值；插值后的曲線用于與原曲線進行對比。不同形狀的測斜曲線在應用spline插值方法補全數(shù)據(jù)的同時，可能存在不同程度的偏離情況。因此，對不同形狀的測斜數(shù)據(jù)分別以不同間隔點進行插值處理，以便于分類討論。通過觀察上述不同類型測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兩種測點間距無論何種測斜曲線形，利用spline插值后的曲線數(shù)據(jù)與0.5m間距曲線數(shù)據(jù)對比偏差都過大，因此，以上兩種測試間距在實際工程中都不

4、具備實現(xiàn)的可能性。只有測點間距設(shè)置為1.0m時，利用spline插值得到的完整曲線與0.5m間距測得數(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。為更全面地考察擴大間距監(jiān)測的合理性，需要對蝶形、s形和激凸形這3種線形的數(shù)據(jù)進行進一步的偏差分析。2曲線偏差的應力反分析對上述蝶形、s形和激凸形3種線形測點數(shù)據(jù)的插值進行偏差分析，利用abaqus的應力分析模塊進行。首先，在1.0m間距測點數(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；再參考位移法，利用提取得到的數(shù)據(jù)點和以0.5m間距測得

5、的原始數(shù)據(jù)點分別建立梁單元水平位移模型，利用數(shù)據(jù)點的水平位移作為位移邊界條件施加在梁單元上，對其受力情況進行反分析。其中，考慮到監(jiān)測數(shù)據(jù)為到達某一深度停止而并非全長，因此將梁單元相當于樁底位置處設(shè)立僅限制縱向位移（重力方向）的單向約束。梁單元的局部坐標在長度方向上選為與整體坐標的y軸正方向一致。從計算結(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。就應力計算結(jié)果來看，無論時大主應力還是小主應力（分別代表著梁單元截面上的最大受拉和受壓應力），1.0m間距得到的計算結(jié)果均小于0.5m間距結(jié)果。這說明，蝶形數(shù)據(jù)擴大間距測量得到的結(jié)果在應力分析中偏于危險。但就最危險

6、點的分布位置來看，0.5m計算云圖的大主應力最大區(qū)域為15.6342016.16907m，而1.0m的計算結(jié)果則為14.7329516.30709m間；0.5m計算云圖的小主應力最大區(qū)域為18.3544318.92040m，而1.0m的計算結(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。就應力計算結(jié)果來看，無論是大主應力還是小主應力（分別代表著梁單元截面上的最大受拉和受壓應力），1.

7、0m間距得到的計算結(jié)果均小于0.5m間距結(jié)果。這說明，反s形數(shù)據(jù)擴大間距測量得到的結(jié)果在應力分析中也偏于危險。至于其最危險點的分布位置，0.5m計算云圖的大主應力最大區(qū)域為14.4578514.67916m，1.0m的計算結(jié)果則為14.3735015.07411m；0.5m計算云圖的小主應力最大區(qū)域為20.9215421.05038m，而1.0m的計算結(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插值方法補全數(shù)據(jù)，可以使得到的數(shù)據(jù)與0.5m間距測斜數(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間距測斜數(shù)據(jù)spline曲線存在個別誤差較大點，但對其用于預測樁體最不利位置的影響不十分明顯；利用1.0m測斜數(shù)據(jù)spline插值得到的位移數(shù)據(jù)進行應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，擴大間距測試并利用spline插值補缺數(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的初始缺陷引起的水平位移凸變點而導致的。3結(jié)論為了在深基坑工程深層水平位移監(jiān)

9、測中適當增加監(jiān)測間距，以達到降低時間成本、人工成本及勞動強度的目的。本文利用spline插值的方法分別對1.0m、1.5m、2.0m測試間距的多種測斜數(shù)據(jù)進行插值處理，然后將spline插值完成的數(shù)據(jù)分別與0.5m測試間距的實測水平位移數(shù)據(jù)進行對比。在數(shù)據(jù)對比過程中發(fā)現(xiàn)，只有開口形和拋物線形的1.0m間距spline插值曲線與其對應的0.5m測試間距水平位移實測曲線相符性較高，另外的蝶形、反s形和激凸形3種線形的插值曲線與0.5m測試間距的數(shù)據(jù)偏差較大。為了進一步驗證數(shù)據(jù)的相符性，本文對蝶形、反s形和激凸形3種曲線采用abaqus的應力分析模塊進行了應力反分析驗算；通過上述幾種不同類型的插值數(shù)

10、據(jù)與0.5m測試間距的水平位移實測數(shù)據(jù)的對比分析結(jié)果得出以下主要結(jié)論：當測斜曲線不存在明顯激凸點時，以1.0m間距的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行有限元應力反分析找出的樁身最危險點所在位置，與0.5m間距監(jiān)測數(shù)據(jù)進行反分析得到的最危險點位置吻合度較高。因此，以1.0m為間距替代0.5m間距進行監(jiān)測以控制工程的安全是具有一定可行性的。若擴大間距測得的測斜結(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，則說明樁體可能存在明顯的初始缺陷，應增加測點補充監(jiān)測以全面監(jiān)控樁體變形。利用擴大間距測得的測斜結(jié)果進行spline插值補充后，再進行有限元應力反分析得到的應力偏小于0.5m間距數(shù)據(jù)的計算結(jié)果，應考慮乘以一定的擴大系數(shù)后再進行分析和設(shè)計計算，以保證工程安全。本文所用最短樁的測點長度為21.5m，而1.0m的測試間距大于最短樁總測試長度的4.5%，可見本文所用分析數(shù)據(jù)均為樁身較長的情況。因此，本文所得結(jié)論適用于測點深度在21.5m以