一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法技术

本发明专利技术提供一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，提出监测断面的优化坑外监测井布置方式，可更加真实的反映坑外水位变化情况；通过数据无线传输收集与处理，实现单监测井与监测断面的地下水位数据可视化，直观反映坑外地下水位的变化情况；同时引入坑外水位预警速率比η

【技术实现步骤摘要】
一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法
本专利技术涉及建筑工程深基坑周边地下水位监测
，尤其涉及一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法。
技术介绍
随着经济水平发展，城市建筑群、地下轨道交通、管线布置等越来越来越密集，且纵横交错，为深大地下空间的开发带来极大的困难，而深大地下空间又是当今城市发展必经之路，因此如何保证在深大地下空间施工过程中周边建筑物、构筑物以及地下管线的安全使用，已是目前制约深大地下空间开发的最大因素之一。深大地下空间施工过程中对周边建筑物、构筑物以及地下管线造成安全隐患的主要原因是变形问题，深究其原因是由于深大地下空间开挖施工过程中引起周边地下水位变化，导致土体下陷、变形而带动周边环境发生变形，轻则影响其正常使用，重则甚至发生倒塌等重大安全事故。为此，目前国内深大基坑施工过程中均进行坑外地下水位监测，观测基坑施工过程中对周边水位变化影响，以预防基坑开挖导致周边水位变化过大而给周边建筑物、构筑物及地下管线带来的安全隐患。目前地下水位监测技术通常采用在围护结构外侧一定距离以及周边建筑物、构筑物及地下管线附近布设若干水位观测井，通过定时去量测地下水位，及时发现地下水位变化，评估基坑施工对周边建筑物、构筑物及地下管线的影响，该方法对基坑安全施工起到了一定的积极作用，但是仍然存在一定的缺陷，如：监测井单井布置只能反映监测井单点水位变化，并不能反应整个基坑范围内水位整体变化趋势情况；同时水位数据处理不够直观，往往一堆数据堆积在施工管理人员面前，很难直观的展现水位变化，考验管理人员的水平；同时水位预警往往依靠施工人员的经验评断，无法可靠研判水位变化趋势。为规避上述问题，往往将预警水位值设置为很高的安全水位，虽能规避一定的风险，但是此种做法也同样制约了工程施工。为此，鉴于上述传统地下水位观测方式的缺点与不足，本专利技术旨在设计一种可视化的深基坑周边地下水位监测系统及预警阈值，以期解决传统监测方式不能反应整个基坑范围内水位整体变化趋势情况、水位数据展示不够直观且无法可靠研判水位发展趋势的缺点，以实现既能实时反映基坑周边水位变化趋势、水位数据处理结果可视化展示，又能通过一个定量指标反映地下水位变化趋势，及时做出预警的目的。
技术实现思路
针对上述传统深基坑周边地下水位监测系统存在的缺陷，本专利技术提出一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，通过提出监测断面的优化坑外监测井布置方式，可更加真实的反映坑外水位变化趋势情况；通过数据无线传输收集与处理，实现单监测井与监测断面的地下水位数据可视化，直观反映坑外地下水位的变化情况；同时引入坑外水位预警速率比ηit参数，通过分析坑外地下水位变化的特点，运用数理统计平均差的原理，得出深基坑坑外水位预警速率比ηit稳定性异常预警阈值[ηicr]的计算方法(或)。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：坑外水位监测孔平面布置设计；步骤2：坑外水位监测孔结构设计；步骤3：坑外水位监测孔质量检验；步骤4：坑外水位监测数据收集与处理；步骤5：坑外水位监测数据整理可视化：通过表格图表处理功能，生成每个水位井或监测断面水位变化折线图；步骤6：深基坑坑外地下水位预警响应阈值确定：定义坑外水位预警速率比ηit为第i时间坑外水位变化速率Vit与初始时间坑外水位变化速率Vi1比值；依据数理统计原理，运用坑外水位预警速率比ηit的均值及其平均差σi作为深基坑坑外地下水位预警响应阈值；根据工程地质与水文条件以及基坑及周边环境的重要等级，选择减一倍或二倍平均差作为深基坑坑外水位预警速率比ηit稳定性异常预警阈值，即：或进一步的，步骤1的坑外水位监测孔平面布置设计，具体包括：(1)坑外水位监测孔位布置：坑外水位监测点布置沿基坑周边采用断面法进行布置，即垂直基坑边方向，每一个监测断面由n个等间距的监测孔构成，相邻垂直断面间距s根据周边环境重要性进行选择，基坑重要部位及受力较大部位增设监测断面；(2)坑外水位监测孔深布置：水位监测管的埋置深度在控制地下水位之下3～5m，对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度需深入承压水层内部。进一步的，步骤2的坑外水位监测孔结构设计，具体包括：监测水管采用钢制或塑料制管，整个水管分为三段，第一段为上部管口段，不开设孔洞，保证封孔质量；第二段为滤水段，开设一定的滤水孔洞，外包裹滤水材料；第三段为泥沙沉淀段，不开设孔洞，用来沉积滤水段中进入的泥沙；管底设置单向阀，用来清理泥沙沉淀段沉积的泥沙，保证滤水段的正常工作。进一步的，步骤3的坑外水位监测孔质量检验，具体包括：实验前先测出管中水位标高或埋深，然后向管内注清水，观测水位恢复至原水位或接近原水位所需的时间，满足规定的时间内则认为该监测孔合格。进一步的，步骤4的坑外水位监测数据收集与处理，具体包括：水位监测采用地下水位监测仪，水位监测仪将水位变化数据通过无线传输功能上传至指定电脑端；采用EXCEL计算表格编制计算公式实现一键处理原始数据，获得该组水位井的初始水位值Si0、实时水位值Sit、水位变化值变化速率Vit信息；第i井t时刻水位值与初始水位值的差值由公式(1)计算确定，第i井t时刻水位值变化速率由公式(2)计算确定；式中：-第i井t时刻水位值与初始水位值的差值；Vit-第i井t时刻水位值变化速率；Sit-第i井t时刻水位值；Si0-第i井初始水位置。进一步的，步骤5的坑外水位监测数据整理可视化，具体包括：通过表格图表处理功能，生成每个水位井或监测断面水位变化折线图；包括：单井实时水位数据折线图(Sit～i)；单井水位变化数据折线图单井水位变化速率折线图(Vit～i)；监测断面初始水位折线图(Si0～i)；监测断面水位实时水位折线图(Sit～i)；地下水回灌过程断面水位折线图(Sit～i)。进一步的，步骤6的深基坑坑外地下水位预警响应阈值确定，具体包括：(1)坑外水位预警速率比的确定：定义坑外水位预警速率比ηit为第i时间坑外水位变化速率Vit与初始时间坑外水位变化速率Vi1比值，由步骤4计算出初始时间坑外水位变化速率与第i井t时间坑外水位变化速率，其值由公式(3)确定：ηit＝Vit/Vi1(3)式中：ηit-第i井t时刻坑外水位预警速率比；Vit-第i井t时刻水位值变化速率；Vit-第i井初始时刻水位值变化速率；(2)深基坑坑外地下水位预警响应阈值确定：依据数理统计原理，运用坑外水位预警速率比ηit的均值及其平均差异常值作为深基坑坑外地下水位预警响应阈值，其中，坑外水位预警速率比ηit的均值代表坑外地下水位稳定性评价参数，该参数ηit平均差σi代表坑外地下水位稳定性评价参数；具体为先实时统计ηit的平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：坑外水位监测孔平面布置设计；/n步骤2：坑外水位监测孔结构设计；/n步骤3：坑外水位监测孔质量检验；/n步骤4：坑外水位监测数据收集与处理；/n步骤5：坑外水位监测数据整理可视化：通过表格图表处理功能，生成每个水位井或监测断面水位变化折线图；/n步骤6：深基坑坑外地下水位预警响应阈值确定：定义坑外水位预警速率比η

【技术特征摘要】
1.一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：坑外水位监测孔平面布置设计；
步骤2：坑外水位监测孔结构设计；
步骤3：坑外水位监测孔质量检验；
步骤4：坑外水位监测数据收集与处理；
步骤5：坑外水位监测数据整理可视化：通过表格图表处理功能，生成每个水位井或监测断面水位变化折线图；
步骤6：深基坑坑外地下水位预警响应阈值确定：定义坑外水位预警速率比ηit为第i时间坑外水位变化速率Vit与初始时间坑外水位变化速率Vi1比值；依据数理统计原理，运用坑外水位预警速率比ηit的均值及其平均差σi作为深基坑坑外地下水位预警响应阈值；根据工程地质与水文条件以及基坑及周边环境的重要等级，选择减一倍或二倍平均差作为深基坑坑外水位预警速率比ηit稳定性异常预警阈值，即：或


2.根据权利要求1所述的一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，步骤1的坑外水位监测孔平面布置设计，具体包括：
(1)坑外水位监测孔位布置：
坑外水位监测点布置沿基坑周边采用断面法进行布置，即垂直基坑边方向，每一个监测断面由n个等间距的监测孔构成，相邻垂直断面间距s根据周边环境重要性进行选择，基坑重要部位及受力较大部位增设监测断面；
(2)坑外水位监测孔深布置：
水位监测管的埋置深度在控制地下水位之下3～5m，对于需要降低承压水水位的基坑工程，水位监测管埋置深度需深入承压水层内部。


3.根据权利要求1所述的一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，步骤2的坑外水位监测孔结构设计，具体包括：监测水管采用钢制或塑料制管，整个水管分为三段，第一段为上部管口段，不开设孔洞，保证封孔质量；第二段为滤水段，开设一定的滤水孔洞，外包裹滤水材料；第三段为泥沙沉淀段，不开设孔洞，用来沉积滤水段中进入的泥沙；管底设置单向阀，用来清理泥沙沉淀段沉积的泥沙，保证滤水段的正常工作。


4.根据权利要求1所述的一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，步骤3的坑外水位监测孔质量检验，具体包括：实验前先测出管中水位标高或埋深，然后向管内注清水，观测水位恢复至原水位或接近原水位所需的时间，满足规定的时间内则认为该监测孔合格。


5.根据权利要求1所述的一种可视化的深基坑周边地下水位监测及预警阈值设计方法，其特征在于，步骤4的坑外水位监测数据收集与处理，具体包括：水位监测采用地下水位监测仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾佰渠，王小虎，徐鸿昌，叶巡安，
申请(专利权)人：中建三局第一建设工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42