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CN111928817B - 采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统与方法 - Google Patents

采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统与方法。所述系统包括设置于环撑结构体上的多个水平沉降监测仪，所述环撑结构体包括多个支撑柱，所述多个支撑柱构成环形结构，相邻的两个支撑柱通过钢索连接，构成H型结构；多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X；每次检测到所述水平沉降值X时，在所述检测到所述水平沉降值的所述钢索连接位置利用轴力计监测所述钢索的轴向支撑力
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。所述方法包括利用数值模拟方法，获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式，基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。

Description

采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统与方法
技术领域
本发明属于土木施工监控技术领域，尤其涉及一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统与方法。
背景技术
随着我国经济快速发展，城市地价不断上涨，为提高空间利用率，高层、超高层建筑日益增多，由于其结构及使用要求，深坑基开挖深度以及地下结构埋深也随之不断加大。深坑基工程多位于城市市区内，拟建场地周围建筑物繁多、道路交错、地下管线纵横分布，因此给深坑基支护工程提出更严格、更复杂的技术要求，不仅要满足变形控制的要求，还要确保支护结构的稳定，以确保基础施工期间地下管线、相邻建筑、道路等重要设施的正常使用和支护结构安全。深坑基工程呈现出了深度深、规模大、条件多、变形小的趋势，一些以往的深坑基设计与施工技术难以满足现代深坑基工程的需要。
国外对坑基工程的研究开始相对较早。1976年Goldberg等以63个坑基实测数据为基础，研究了软黏土地层中以钢板桩为代表的坑基柔性围护结构侧移量、沉降分布形态与开挖深度之间的关系，研究结果表明在软黏土中地表最大沉降最高可以达到2.5％H(H为开挖深度，参见deep excavations and tunneling in soft ground)。
总体来说，高层建筑物深坑基施工过程中， 由于坑基开挖、周边荷载增加、机械震动等因素而导致坑基变形， 甚至坍塌。通过对其沉降与水平位移监测， 可以有效的掌握坑基随着时间的沉降与水平位移变形规律， 从而为坑基的施工与安全提供可靠的数据保证。
申请号为CN202010308509.8的中国发明专利申请提出一种基于三维激光扫描技术的深基坑实时监控预警方法，包括如下步骤：S1，在满足各监测点和基坑面监控要求的位置上安装三维激光扫描仪；S2，将首次扫描的监测点数据和点云模型数据作为初始数据；S3，在三维激光扫描仪监控过程中，每次扫描时首先照准后视点进行仪器基准位置校核；S4，通过数值列表和动态曲线的方式实现显示监测数据和变形趋势；S5，实时生成点云模型变形分析图和最大变形数据；S6，生成全部监测点位和面点云的数据曲线和扫描图像，系统将选取最大变形值，并高亮显示最大变形值及其发生部位；S7，当监测数据超出预警值时，控制终端控制现场广播发送广播预警。
申请号为CN202010115079.8的中国发明专利申请提出一种超深覆盖层地连墙形成的工作井安全监测仪器安装方法，在预埋测斜管内注入清水，平衡部分外部超高泥水混合物的压力，避免预埋的测斜管不被挤压变形，保证其正常工作。通过在上层钢筋笼顶部安装定滑轮，可以快速敷设监测仪器的引出电缆，提高仪器电缆敷设施工效率。使用气泵+气缸作为动力驱动，远程控制土压力计主动顶出，与被测土体可靠接触，方便可靠。土压力计主动顶出过程通过手持式读数仪与排气检验水箱能相互验证，反映气泵打气过程，V型底座可清除下降过程中被测土体侧突出的土块。在超高密度的泥水混合物下，避免土压力计感应面被混凝土包裹而无效，保证其感应面可靠顶到被测土体，准确反映土体对工作井周围的压力。
然而，发明人发现，对于环形深坑基的工程监测，现有技术并未提出有效的技术方案，同时，现有的监控技术只能针对已有的数据进行分析，无法提前预警和监控；更重要的是，无法根据实际情况进行参数校正和调节。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测 系统与方法。所述系统包括设置于环撑结构体上的多个水平沉降监测仪，所述环撑结构体 包括多个支撑柱，所述多个支撑柱构成环形结构，相邻的两个支撑柱通过钢索连接，构成H 型结构；多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置用于检测所述钢索 连接位置的水平沉降值X；每次检测到所述水平沉降值X时，在所述检测到所述水平沉降值 的所述钢索连接位置利用轴力计监测所述钢索的轴向支撑力
Figure 723924DEST_PATH_IMAGE001
。所述方法包括利用数值模 拟方法，获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式，基于所述拟合关 系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
具体来说，在本发明的第一个方面，提供采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，所述监测系统包括设置于所述工程的深坑基范围内的环撑结构体上的多个水平沉降监测仪；
作为本发明的具体针对对象，所述环撑结构体包括多个支撑柱，所述多个支撑柱构成环形结构，相邻的两个支撑柱通过钢索连接，构成H型结构；
更具体的，所述环撑结构体的所有相邻的两个支撑柱构成的H型结构的所述钢索连接位置的高度不完全相同；
所述多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置，用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X；
作为本发明创造性的一个方面， 对应于所述多个水平沉降监测仪中的每一个，每 次检测到所述水平沉降值X时，在所述检测到所述水平沉降值的所述钢索连接位置利用轴 力计监测所述钢索的轴向支撑力
Figure 527932DEST_PATH_IMAGE002
；
所述钢索的轴向支撑力
Figure 725695DEST_PATH_IMAGE002
采用如下公式得到：
Figure 273351DEST_PATH_IMAGE003
;
其中，
Figure 36908DEST_PATH_IMAGE004
为基准面高程；
Figure 277396DEST_PATH_IMAGE005
为所述钢索连接位置的前次水平沉降值；
Figure 431297DEST_PATH_IMAGE006
为所述轴力计的基准标定常数；
Figure 579381DEST_PATH_IMAGE007
为所述轴力计当次检测到的自振频率；
Figure 400707DEST_PATH_IMAGE008
为所述轴力计的初始自振频率。
需要指出的是，在上述公式中，充分了体现了参数动态校正和调整的方面，即
Figure 546517DEST_PATH_IMAGE009
这部分是对所述轴力计的基准标定常数的动态校正和调整。
利用上述技术方案，设所述工程的深坑基预定目标开挖深度为Hb；
则在开挖深度为Hc时，所述钢索连接位置的水平沉降值X与主动土压力
Figure 250031DEST_PATH_IMAGE010
的关系 如下：
Figure 372446DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 313857DEST_PATH_IMAGE012
此时，
Figure 692886DEST_PATH_IMAGE013
是在现有技术的基准值基础上结合
Figure 821379DEST_PATH_IMAGE014
进行了动态调整，并考虑 了轴向支撑力
Figure 311266DEST_PATH_IMAGE015
的影响。
在本发明的第二个方面，提供一种基于前述的监测系统实现的深坑基工程监测方法。
具体而言，所述方法包括：
在多个不同的开发深度时，检测得到所述钢索连接位置的多个水平沉降值
Figure 841604DEST_PATH_IMAGE016
；
对应于所述多个水平沉降值
Figure 329218DEST_PATH_IMAGE016
，同时利用轴力计监测所述钢索的多 个轴向支撑力
Figure 210586DEST_PATH_IMAGE017
；
利用数值模拟方法，获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式；
基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
更具体的，所述基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力，具体包括：
基于所述拟合关系式，预测在所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力；
基于所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力，得出所述深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
本发明的上述方法可以通过计算机系统自动化的程序指令实现。因此，在本发明的第三个方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行程序指令；通过存储器和处理器执行所述程序指令，用于实现本发明的上述方法。
本发明的技术方案针对环撑结构体的具体特点设置监测点，然后基于实际变化的动态测定值进行参数动态校正和调整，从而得到拟合关系式，使得拟合关系更为准确。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统中使用的环撑结构体示意图
图2是图1所述系统得到拟合关系式的示意图
图3是图1所述系统得到主动土压力的原理示意图
图4是利用图1所述系统实现的深坑基工程监测方法的主要流程图
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参见图1，是本发明一个实施例的采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统中使用的环撑结构体示意图。
图1中，所述监测系统包括设置于所述工程的深坑基范围内的环撑结构体上的多个水平沉降监测仪；
所述环撑结构体包括多个支撑柱，所述多个支撑柱构成环形结构，相邻的两个支撑柱通过钢索连接，构成H型结构；
所述多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置，用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X；
更具体的，参见图1所示，所述环撑结构体的所有相邻的两个支撑柱构成的H型结构的所述钢索连接位置的高度不完全相同。
接下来参见图2-图3。
对应于所述多个水平沉降监测仪中的每一个，每次检测到所述水平沉降值X时，在 所述检测到所述水平沉降值的所述钢索连接位置利用轴力计监测所述钢索的轴向支撑力
Figure 707426DEST_PATH_IMAGE018
；
如此一来，对应于多个水平沉降值
Figure 357850DEST_PATH_IMAGE019
，同时利用轴力计监测所述钢索 的多个轴向支撑力
Figure 813103DEST_PATH_IMAGE020
；
利用数值模拟方法，可获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式。
基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
更具体的，所述钢索的轴向支撑力
Figure 683232DEST_PATH_IMAGE018
采用如下公式得到：
Figure 452605DEST_PATH_IMAGE021
;
其中，
Figure 223115DEST_PATH_IMAGE022
为基准面高程；
Figure 52530DEST_PATH_IMAGE023
为所述钢索连接位置的前次水平沉降值；
Figure 908491DEST_PATH_IMAGE024
为所述轴力计的基准标定常数；
Figure 543872DEST_PATH_IMAGE025
为所述轴力计当次检测到的自振频率；
Figure 903309DEST_PATH_IMAGE026
为所述轴力计的初始自振频率。
在图3中，设所述工程的深坑基预定目标开挖深度为Hb；
则在开挖深度为Hc时，所述钢索连接位置的水平沉降值X与主动土压力
Figure 903626DEST_PATH_IMAGE027
的关系 如下：
Figure 981303DEST_PATH_IMAGE028
其中，
Figure 420375DEST_PATH_IMAGE029
。
在图1-3中，作为一个实例，
所述水平沉降监测仪为可进行水平监测和垂直监测的全站仪，用于检测所述钢索 连接位置的水平位移量
Figure 132854DEST_PATH_IMAGE030
和垂直位移量
Figure 366389DEST_PATH_IMAGE031
。
所述多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置，用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X，
所述水平沉降值
Figure 665783DEST_PATH_IMAGE032
所述全站仪为徕卡TS09PLUS全站仪。
所述轴力计为钢弦式频率轴力计。
在图1-图3基础上，参见图4。
图4是利用图1所述系统实现的深坑基工程监测方法的主要流程图
图4给出了一种深坑基工程监测方法，所述方法包括：
在多个不同的开发深度时，检测得到所述钢索连接位置的多个水平沉降值
Figure 846229DEST_PATH_IMAGE033
；
对应于所述多个水平沉降值
Figure 976996DEST_PATH_IMAGE033
，同时利用轴力计监测所述钢索的多个 轴向支撑力
Figure 319116DEST_PATH_IMAGE034
；
利用数值模拟方法，获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式；
基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力，具体包括：
基于所述拟合关系式，预测在所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力；
基于所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力，得出所述深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
在上述实施例中，拟合关系式可以采用多种数值模拟方法或者数值模拟软件，数值模拟方法例如指数拟合、多项式拟合或者分布函数拟合等，数值模拟软件包括FLAC3D、有限元分析软件等，本发明对此不做限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，所述监测系统包括设置于所述工程的深坑基范围内的环撑结构体上的多个水平沉降监测仪；其特征在于：
所述环撑结构体包括多个支撑柱，所述多个支撑柱构成环形结构，相邻的两个支撑柱通过钢索连接，构成H型结构；
所述多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置，用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X；
对应于所述多个水平沉降监测仪中的每一个，每次检测到所述水平沉降值X时，在所述检测到所述水平沉降值的所述钢索连接位置利用轴力计监测所述钢索的轴向支撑力
Figure 169045DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，所述环撑结构体的所有相邻的两个支撑柱构成的H型结构的所述钢索连接位置的高度不完全相同；
所述钢索的轴向支撑力
Figure 366808DEST_PATH_IMAGE001
采用如下公式得到：
Figure 180043DEST_PATH_IMAGE002
;
其中，
Figure 412442DEST_PATH_IMAGE003
为基准面高程；
Figure 666312DEST_PATH_IMAGE004
为所述钢索连接位置的前次水平沉降值；
Figure 351371DEST_PATH_IMAGE005
为所述轴力计的基准标定常数；
Figure 702718DEST_PATH_IMAGE006
为所述轴力计当次检测到的自振频率；
Figure 789623DEST_PATH_IMAGE007
为所述轴力计的初始自振频率。
2.如权利要求1所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：
设所述工程的深坑基预定目标开挖深度为Hb；
则在开挖深度为Hc时，所述钢索连接位置的水平沉降值X与主动土压力
Figure 466592DEST_PATH_IMAGE008
的关系如下：
Figure 638947DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 793985DEST_PATH_IMAGE010
。
3.如权利要求2所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：相邻的所述H型结构的所述钢索连接位置的高度不同。
4.如权利要求2所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：
所述水平沉降监测仪为可进行水平监测和垂直监测的全站仪，用于检测所述钢索连接位置的水平位移量
Figure 250243DEST_PATH_IMAGE011
和垂直位移量
Figure 98113DEST_PATH_IMAGE012
。
5.如权利要求4所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：
所述多个水平沉降监测仪布置于所述H型结构对应的钢索连接位置，用于检测所述钢索连接位置的水平沉降值X，
所述水平沉降值
Figure 757765DEST_PATH_IMAGE013
。
6.如权利要求4所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：所述全站仪为徕卡TS09PLUS全站仪。
7.如权利要求2所述的一种采用多环撑沉降水平监测点的深坑基工程监测系统，其特征在于：所述轴力计为钢弦式频率轴力计。
8.一种深坑基工程监测方法，所述方法基于权利要求2-7任一项所述的监测系统实现，其特征在于，所述方法包括：
在多个不同的开挖深度时，检测得到所述钢索连接位置的多个水平沉降值
Figure 450914DEST_PATH_IMAGE014
；
对应于所述多个水平沉降值
Figure 246832DEST_PATH_IMAGE015
，同时利用轴力计监测所述钢索的多个轴向支撑力
Figure 265604DEST_PATH_IMAGE016
；
利用数值模拟方法，获取所述多个水平沉降值与所述多个轴向支撑力的拟合关系式；
基于所述拟合关系式，预测深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力，包括：（1）基于所述拟合关系式，预测在所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力；（2）基于所述深坑基预定目标开挖深度下的轴向支撑力，得出所述深坑基预定目标开挖深度下的主动土压力。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行程序指令；通过存储器和处理器执行所述程序指令，用于实现权利要求8所述的方法。
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