基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法
【專利摘要】本發(fā)明基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，具體指一種用于房屋建筑、軌道交通、市政設(shè)施等工程的基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，涉及建筑監(jiān)測預(yù)警【技術(shù)領(lǐng)域】。方法包括建立不同施工風(fēng)險(xiǎn)因素作用下的深基坑工程數(shù)值計(jì)算模型；對數(shù)值模擬所得的深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得出深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移隨施工風(fēng)險(xiǎn)因素變化的趨勢曲線圖；利用利危平衡點(diǎn)劃分趨勢曲線圖中的安全區(qū)域和非安全區(qū)域；結(jié)合規(guī)范規(guī)定的報(bào)警值和安全區(qū)域與非安全區(qū)域的面積之比，確定四級風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值等步驟。通過本發(fā)明使風(fēng)險(xiǎn)等級的評估更客觀，有針對性地進(jìn)行深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防和控制，保證施工安全。
【專利說明】基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑監(jiān)測預(yù)警【技術(shù)領(lǐng)域】，具體指一種用于房屋建筑、軌道交通、市政設(shè)施等工程的基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了盡量避免深基坑工程事故的發(fā)生，在施工過程中要對深基坑的土體特征、支護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，根據(jù)工程特點(diǎn)和控制目標(biāo)設(shè)置合理的預(yù)警指標(biāo)；當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警指標(biāo)時(shí)，相關(guān)人員需及時(shí)采取風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施或者調(diào)整施工方案，來保證施工安全。深基坑施工過程中的監(jiān)測方案一般根據(jù)實(shí)際需要選擇監(jiān)測項(xiàng)目，同時(shí)根據(jù)各個(gè)階段的工程概況和施工工藝及工程要求和目標(biāo)設(shè)置項(xiàng)目的預(yù)警指標(biāo)，包括變化量、變化速率、累計(jì)變化量和累計(jì)變化速率等；監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)反映在外部荷載作用下基坑變化情況，當(dāng)基坑變化發(fā)展到一定程度時(shí)，就可能會引起基坑風(fēng)險(xiǎn)事故，因此，可將風(fēng)險(xiǎn)與監(jiān)測預(yù)警聯(lián)系起來，建立不同風(fēng)險(xiǎn)等級與監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)之間的聯(lián)系。目前預(yù)警指標(biāo)的建立一般通過以下幾種方法:
[0003]一、主觀預(yù)判，即根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷設(shè)置預(yù)警指標(biāo)；
[0004]二、理論分析，將相關(guān)規(guī)范條文等理論作為衡量判定預(yù)警指標(biāo)的一種尺度；
[0005]三、頻度統(tǒng)計(jì)法，即對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究統(tǒng)計(jì)，選用頻率較高的數(shù)據(jù)作為預(yù)警指標(biāo)。
[0006]以上方法均是定性地給出將要出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的預(yù)警指標(biāo)，無法考慮各種施工工況的情況下基坑處于不同風(fēng)險(xiǎn)等級時(shí)對應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)判定存在的上述問題，提供一種新的基于利危平衡點(diǎn)的深基坑風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)判定方法。
[0008]如所周知，在經(jīng)濟(jì)學(xué)中的盈虧平衡點(diǎn)又稱零利潤點(diǎn)、保本點(diǎn)，以盈虧平衡點(diǎn)為界限，當(dāng)銷售收入高于盈虧平衡點(diǎn)時(shí)企業(yè)盈利；反之，企業(yè)就虧損。
[0009]以此類比，在建筑領(lǐng)域中的風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)中引入盈虧平衡點(diǎn)的原理，建立“利危平衡點(diǎn)”概念，即當(dāng)施工風(fēng)險(xiǎn)因素量超過“利危平衡點(diǎn)”時(shí)，需要及時(shí)采取措施保證深基坑安全；反之，則深基坑處于相對安全狀態(tài)。
[0010]本發(fā)明將數(shù)值模擬和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的盈虧平衡點(diǎn)原理相結(jié)合，提出基于利危平衡點(diǎn)的深基坑風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值判定方法并基于如下前提:
[0011]一、將深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)劃分為四個(gè)等級:綠色風(fēng)險(xiǎn)(一級風(fēng)險(xiǎn))、黃色風(fēng)險(xiǎn)(二級風(fēng)險(xiǎn))、橙色風(fēng)險(xiǎn)(三級風(fēng)險(xiǎn))、紅色風(fēng)險(xiǎn)(四級風(fēng)險(xiǎn))；等級越高，風(fēng)險(xiǎn)越大；當(dāng)深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)等級達(dá)到橙色風(fēng)險(xiǎn)(三級風(fēng)險(xiǎn))時(shí)，深基坑處于較危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)相關(guān)單位人員必須采取相應(yīng)措施，保證深基坑施工安全。
[0012]二、深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移越大，深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)越大，當(dāng)深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移到達(dá)一定值時(shí)，深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)即從一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級轉(zhuǎn)到更高一級的風(fēng)險(xiǎn)等級，該水平或豎向位移臨界值即為每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，如黃色風(fēng)險(xiǎn)(一級風(fēng)險(xiǎn))預(yù)警值、藍(lán)色風(fēng)險(xiǎn)(二級風(fēng)險(xiǎn))預(yù)警值、橙色風(fēng)險(xiǎn)(三級風(fēng)險(xiǎn))預(yù)警值和紅色風(fēng)險(xiǎn)(四級風(fēng)險(xiǎn))預(yù)警值。
[0013]三、施工風(fēng)險(xiǎn)因素的變化會引起深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移的變化；當(dāng)深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移達(dá)到橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警時(shí)，此時(shí)對應(yīng)的施工風(fēng)險(xiǎn)因素量即為利危平衡點(diǎn)。
[0014]所述施工因素，如超挖、堆載、基坑降水等。
[0015]所述施工因素量，如超挖量、堆載量、基坑降水水位等。
[0016]本發(fā)明所述方法的具體步驟如下(如附圖1所示):
[0017]第一步:深基坑工程數(shù)值建模
[0018]運(yùn)用有限元分析軟件，依照具體工程案例，建立不同施工風(fēng)險(xiǎn)因素作用下深基坑工程的數(shù)值模型；
[0019]其中，有限元分析軟件，如PLAXIS2D/3D，ANSYS，F(xiàn)LAC2D/3D, MIDAS，ABAQUS 等。
[0020]第二步:獲取圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移數(shù)據(jù)
[0021]通過對數(shù)值模型進(jìn)行模擬計(jì)算，獲得隨施工因素量變化的深基坑圍護(hù)墻頂部的水平或豎向位移數(shù)據(jù)。
[0022]第三步:曲線擬合
[0023]運(yùn)用有曲線擬合功能的軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移隨施工風(fēng)險(xiǎn)因素量變化的趨勢曲線(如附圖2所示)。
[0024]所述運(yùn)用有曲線擬合功能的軟件，如MATLAB、ORIGIN等。
[0025]第四步:橙色和綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值的確定
[0026]根據(jù)相關(guān)監(jiān)測規(guī)范對基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移的監(jiān)測報(bào)警值做了相應(yīng)規(guī)定，當(dāng)深基坑圍護(hù)墻頂部水平位移累計(jì)絕對值為25?30mm，或豎向位移累計(jì)絕對值為10?20mm時(shí)，便達(dá)到監(jiān)測報(bào)警值。
[0027]本方法取監(jiān)測報(bào)警值的上限值作為橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，取橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值乘以安全系數(shù)0.5，作為綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值作為綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值；以水平位移為例，取30mm作為橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，30mmX0.5 = 15mm作為綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值(如附圖3所示)。
[0028]第五步:利危平衡點(diǎn)的確定
[0029]深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移達(dá)到橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值時(shí)所對應(yīng)的施工因素量即為利危平衡點(diǎn)。
[0030]第六步:趨勢曲線圖區(qū)域劃分
[0031]由趨勢曲線，利危平衡點(diǎn)，橙色、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，最大位移值和最大施工因素值共同圍成的若干區(qū)域，包括定義的安全區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域。
[0032]所述安全區(qū)域包括絕對安全區(qū)域Astl、較安全區(qū)域Asl和安全區(qū)域As2 ；
[0033]所述危險(xiǎn)區(qū)域包括較危險(xiǎn)區(qū)域Dsl，危險(xiǎn)區(qū)域Ds2。
[0034]由y軸、X軸、最大施工因素值、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值圍成為絕對安全區(qū)域As(l。
[0035]由y軸、利危平衡點(diǎn)、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值、趨勢曲線圍成為安全區(qū)域As2。
[0036]由y軸、趨勢曲線、橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值圍成為較安全區(qū)域Asl。[0037]由橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值、最大施工因素值、趨勢曲線圍成為較危險(xiǎn)區(qū)域Dsl。
[0038]由最大位移值、利危平衡點(diǎn)、趨勢曲線圍成了危險(xiǎn)區(qū)域Ds2。
[0039]利用趨勢曲線區(qū)域面積的比值，確定黃色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值和紅色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值(如附圖4所示)。
[0040]第七步:四級風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值的確定
[0041]選取影響深基坑施工的主要施工風(fēng)險(xiǎn)因素，重復(fù)第一至六步驟，確定各施工風(fēng)險(xiǎn)因素下深基坑的四級風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)警值(如附圖5所示)，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級選取預(yù)警值的最小值作為最終風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值。
[0042]如上所述，本發(fā)明在建筑領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)等級評價(jià)中，將數(shù)值模擬和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中的盈虧平衡點(diǎn)原理相結(jié)合，運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過幾個(gè)步驟，多快好省地，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的只能定性地給出將要出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的預(yù)警指標(biāo)，無法考慮各種施工工況的情況下基坑處于不同風(fēng)險(xiǎn)等級時(shí)對應(yīng)的預(yù)警指標(biāo)等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為本發(fā)明基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法的工作流程框圖；
[0044]圖2為本發(fā)明不同超挖工況下基坑圍護(hù)墻頂水平位移曲線圖；
[0045]圖3為本發(fā)明超挖施工因素下橙色、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值的確定；
[0046]圖4為本發(fā)明基于利危平衡點(diǎn)的不同風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)警值的確定；
[0047]圖5為本發(fā)明不同堆載工況下基坑圍護(hù)的四級風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)警指標(biāo)。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述
[0049]第一步:深基坑工程數(shù)值建模
[0050]運(yùn)用PLAXIS2D軟件，建立上海某工程深基坑在超挖和堆載情況下，深基坑圍護(hù)墻頂部水平位移的數(shù)值模型。
[0051]第二步:
[0052]通過對數(shù)值模型進(jìn)行模擬計(jì)算，獲得深基坑圍護(hù)墻頂部的水平位移隨超挖量、堆載量變化時(shí)的變形數(shù)據(jù)(見表1、表2)。
[0053]表1不同超挖量情況下深基坑圍護(hù)墻頂部水平位移值
[0054]
【權(quán)利要求】
1.一種基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，其特征在于，包括如下具體步驟: 第一步:深基坑工程數(shù)值建模 運(yùn)用有限元分析軟件，依照具體工程案例，建立不同施工風(fēng)險(xiǎn)因素用下深基坑工程的數(shù)值模型； 第二步:獲取圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移數(shù)據(jù) 通過對數(shù)值模型進(jìn)行模擬計(jì)算，獲得隨施工因素量變化的深基坑圍護(hù)墻頂部的水平或豎向位移數(shù)據(jù)； 第三步:曲線擬合 運(yùn)用有曲線擬合功能的軟件對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移隨施工風(fēng)險(xiǎn)因素量變化的趨勢曲線； 第四步:橙色和綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值的確定 取監(jiān)測報(bào)警值的上限值作為橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，取橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值乘以安全系數(shù)0.5，作為綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值； 第五步:利危平衡點(diǎn)的確定 深基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移達(dá)到橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值時(shí)所對應(yīng)的施工因素量即為利危平衡點(diǎn)； 第六步:趨勢曲線圖區(qū)域劃分 由趨勢曲線，利危平衡點(diǎn)，橙色、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值，最大位移值和最大施工因素值共同圍成的若干區(qū)域，包括定義的安全區(qū)域和危險(xiǎn)區(qū)域； 所述安全區(qū)域包括絕對安全區(qū)域Astl、較安全區(qū)域Asl和安全區(qū)域As2 ； 所述危險(xiǎn)區(qū)域包括較危險(xiǎn)區(qū)域Dsl，危險(xiǎn)區(qū)域Ds2 ； 由y軸、X軸、最大施工因素值、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值圍成為絕對安全區(qū)域Astl ； 由y軸、利危平衡點(diǎn)、綠色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值、趨勢曲線圍成為安全區(qū)域As2 ； 由y軸、趨勢曲線、橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值圍成為較安全區(qū)域Asl ； 由橙色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值、最大施工因素值、趨勢曲線圍成為較危險(xiǎn)區(qū)域Dsl ； 由最大位移值、利危平衡點(diǎn)、趨勢曲線圍成為危險(xiǎn)區(qū)域Ds2 ； 利用趨勢曲線區(qū)域面積的比值，確定黃色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值和紅色風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值； 第七步:四級風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值的確定 選取影響深基坑施工的主要施工風(fēng)險(xiǎn)因素，重復(fù)第一至六步，確定各施工風(fēng)險(xiǎn)因素下深基坑的四級風(fēng)險(xiǎn)等級預(yù)警值，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級選取預(yù)警值的最小值作為最終風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，其特征在于，所述第一步中，有限元分析軟件，如PLAXIS2D/3D，ANSYS, FLAC2D/3D，MIDAS，ABAQUS。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，其特征在于，所述第三步中，有曲線擬合功能的軟件，如MATLAB、ORIGIN。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于利危平衡點(diǎn)的深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的判定方法，其特征在于， 所述施工因素，如超挖、堆載、基坑降水；施工因素量，如超挖量、堆載量、基坑降水水位； 所述第四步，監(jiān)測報(bào)警值，根據(jù)相關(guān)監(jiān)測規(guī)范對基坑圍護(hù)墻頂部水平或豎向位移的監(jiān)測報(bào)警值做了相應(yīng)規(guī)定，當(dāng)深基坑圍護(hù)墻頂部水平位移累計(jì)絕對值為25— 30mm，或豎向位移累計(jì)絕對值為10 — 20mm時(shí)，便達(dá)到監(jiān)測報(bào)警值。
【文檔編號】E02D17/02GK103984995SQ201410217810
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】周紅波, 紀(jì)梅, 蔡來炳, 孟柯 申請人:上海建科工程咨詢有限公司, 上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司