[发明专利]一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及基坑，即建筑基坑是指为进行建筑物（包括构筑物）基础与地下室的施工所开挖的地面以下空间，具体涉及基坑塌方灾害的预防警示方法。

背景技术

近几年珠三角地区经济增长迅速，主要城市建设规模宏大，城市化或城乡一体化进程逐年加快，各种不同类型的建设量大面广。国家制定出台的《珠江三角洲地区改革发展规划纲要》中，把珠三角地区的改革和发展提升到国家战略层面，拟将粤港澳建成亚太地区最具活力和国际竞争力的城市群，扩大对内对外开放，共建大珠三角优质生活圈，因此将大力发展城市基础建设，深基坑工程也将随之越来越多。但珠三角地区地质构造复杂，软土分布广，地下水丰富且活动性大，岩土工程特性复杂，给基坑工程建设带来诸多难题。同时基坑工程大多在人口稠密的城区，现场制约条件十分复杂，通常周围有重要的建筑物和地下管网，深基坑开挖有可能使其产生位移、沉降和变形，以至遭受破坏，极易造成严重的工程事故。因此，迫切需要对基坑工程的土体位移进行全过程的三维监测，进行有效快捷的安全监测和预警，动态设计和信息化施工已经成为深基坑工程设计和施工的发展趋势。

为了规范建筑基坑工程监测工作，保证监测质量，为优化设计、指导施工提供可靠依据，确保基坑安全和保护基坑周边环境，中华人民共和国住房和城乡建设部于2009年9月1日颁布并实施了《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）[以下简称《规范》。上述《规范》虽然对各种监测项目的监测方法以及如何根据监测项目、支护结构的特点和基坑等级确定报警值，且将报警值分为累计值和变化速率（见《规范》中表8.0.4），然而，其中所规定的报警值均为监测点的累计变化量和变化速率值，而由于实际基坑的墙（坡）顶的面积大，有限个监测点的变形情况是无法反应整个基坑结构中每一点真实变形的，即监测点的累计变化量和变化速率值没达到报警值，但基坑结构体系中其它点的累计变化量和变化速率值已达到或超过报警值时仍然会发生基坑失稳塌方事故。此外，《规范》还是一种依靠人工监测、统计的报警方式，显然相对滞后，无法给业主或设计施工方采取补救措施赢得更长的时间。

发明内容

本发明提供一种灌注桩垂直深基坑失稳塌方的预警的方法，该方法可根据有限个监测点的墙顶水平位移和竖向位移得到整个基坑结构中其它点的累计变化量和变化速率值，为进一步保障基坑的安全性提供一种更有效的科学手段。

本发明解决上述技术问题的技术方案如所述：

一种垂直深基坑失稳塌方的预警方法，该方法由以下步骤组成：

（1）对垂直深基坑及其周围区域进行地质勘察，获得勘察区域内每一种土质的分布范围及其在勘察区域中的位置和勘察区域的边界分布力的分布与作用方式以及勘察区域内每一种土质的分布范围及其在勘察区域中的位置；所述的勘察区域为长方体，基坑位于所述长方体的中部，基坑的顶面与所述长方体的上表面平齐，基坑的墙壁与所述长方体四个侧面的距离等于基坑深度的3～5倍，基坑的底面与所述长方体下表面的距离等于所述基坑的宽度的2～3倍；检测勘察区域内每一种土质的物理与力学参数，即密度、弹性模量和泊松比；

（2）在所述基坑墙壁的顶面自每一墙壁的中心向两边在每相隔10～20m设一竖直的测量桩，并使得，每一测量桩距基坑上口的边缘3～5m；每一测量桩的下端与基坑分底面位于同一水平面上，每一测量桩的上端露出基坑墙顶面；将桩体测斜仪水平固定在所述测量桩的上端，然后将每一桩体测斜仪与计算机进行有线或无线连接；

（3）在所述的计算机中用四面体网格生成软件将所述中部设有基坑的长方体剖分成有限个线性四面体元，然后将剖分结果作为一个离散域导入有限元分析系统中进行以下分析处理：

（3.1）根据各种土质的分布范围确定每一线性四面体元的弹性模量和泊松比，在有限元分析系统中建立每一线性四面体元的单元刚度矩阵，然后，集成每一单元刚度矩阵得到整体刚度矩阵[K]；

（3.2）在有限元分析系统中计算出每一线性四面体元的体积，再根据各种土质的分布范围确定每个线性四面体元的密度并逐一算出每个线性四面体元的重力，然后将该重力平均分配到对应的线性四面体元的4个节点上；

（3.3）先将所确定的边界分布力按其作用方式和作用力大小的分布情况分配到所作用的线性四面体元上，再均分到该线性四面体元上的4个节点上；

（3.4）将每个线性四面体元的4个节点上的重力和边界分布力按线性四面体元及其节点编号对应叠加得到整体荷载列阵{F}；