基坑水平位移監(jiān)測的一種新方法

方華明，王 智

（1.蘇州交通工程試驗(yàn)檢測中心有限公司，江蘇蘇州215128；2.同濟(jì)大學(xué)測量與國土信息工程系，上海200092）

0 引言

隨著城市建設(shè)步伐的加快，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是高層建筑和地下建筑物的增加，使地下空間利用需求大增。這些工程項(xiàng)目的出現(xiàn)使得建筑物地下深基坑的面積和深度向大而深的方向發(fā)展，基坑施工過程中，會(huì)對周圍建筑物產(chǎn)生影響，從而引起沉降和位移，因此需對基坑施工過程進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測不但可以有效地防范基坑施工期間事故的發(fā)生，同時(shí)也為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工及時(shí)提供反饋信息?；娱_挖施工是分層分段進(jìn)行的，通過將施工監(jiān)測結(jié)果與預(yù)估值作比較，可驗(yàn)證原開挖施工方案的正確性，或根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整施工參數(shù)，必要時(shí)采取附加施工措施，以達(dá)到信息化施工的目的。

基坑水平位移監(jiān)測常用方法有視準(zhǔn)線小角法、觀測點(diǎn)設(shè)站法及輔助四邊形法等。在采用視準(zhǔn)線小角法測定位移時(shí)，通常在視準(zhǔn)線的端點(diǎn)設(shè)站，其觀測點(diǎn)的位移的計(jì)算公式為：

該方法施測過程簡單，但是誤差隨著距離的增加而增加，因此要求觀測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距不能太遠(yuǎn)。當(dāng)采用觀測點(diǎn)設(shè)站法測定位移值時(shí)，位移量的計(jì)算采用公式：

該方法只能計(jì)算設(shè)站點(diǎn)的水平位移值，若有大量的變形觀測點(diǎn)，則運(yùn)用該方法施測過程將非常繁瑣。筆者在大量的監(jiān)測過程中總結(jié)出一種有效的水平位移監(jiān)測手段。該方法是將視準(zhǔn)線小角法和觀測點(diǎn)設(shè)站法相結(jié)合，只需儀器一次設(shè)站加改正便可完成所有觀測點(diǎn)水平位移的測算。

1 數(shù)學(xué)模型

如圖1所示，P、Q為基準(zhǔn)點(diǎn)，A、B為變形觀測點(diǎn)，計(jì)算時(shí)，首先利用觀測點(diǎn)設(shè)站結(jié)合公式（2）求得A點(diǎn)的橫向位移，再利用視準(zhǔn)線小角法（假設(shè)A點(diǎn)不動(dòng)）求得B點(diǎn)的位移，然后再計(jì)算由于A點(diǎn)的位移對測量B點(diǎn)產(chǎn)生影響的改正。

利用三角形內(nèi)角和相等可得：

即：

式中：

因此有：

考慮到實(shí)際測量時(shí)是測的大角，所以改正數(shù)應(yīng)取相反的符號(hào)。因此，由于A點(diǎn)位移影響B(tài)點(diǎn)橫向位移的改正值為：

經(jīng)改正后，A、B點(diǎn)的橫向位移量為：

式中：Δβi=此次觀測方向值-前次觀測方向值，Si為各觀測點(diǎn)到A點(diǎn)的距離。

2 工程實(shí)例

位于上海同濟(jì)大學(xué)嘉定校區(qū)的多功能振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中心是目前世界規(guī)模最大的振動(dòng)臺(tái)，2009年5月開始進(jìn)行基坑開挖施工，在其西北角相隔僅5 m左右是軌道交通磁懸浮試驗(yàn)線。為了監(jiān)測基坑施工對磁懸浮試驗(yàn)線造成的影響，以及為基坑開挖和振動(dòng)臺(tái)施工提供及時(shí)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，需對其進(jìn)行變形監(jiān)測。在基坑西北測及磁懸浮試驗(yàn)線的第P40號(hào)石柱墩子至第P53號(hào)石柱墩子上各布設(shè)7個(gè)和14個(gè)變形觀測點(diǎn)。在東北角及西南角各有一個(gè)控制點(diǎn)A和B（見圖2）。其中對觀測點(diǎn)的水平位移監(jiān)測便是用本文所述方法。

監(jiān)測時(shí)，架設(shè)J2經(jīng)緯儀于4號(hào)點(diǎn)，分別對各個(gè)變形觀測點(diǎn)讀取方向值，然后進(jìn)行室內(nèi)計(jì)算。本文僅以觀測點(diǎn)1至點(diǎn)7的水平位移計(jì)算過程進(jìn)行說明。根據(jù)式式（8）和（9）求出各個(gè)點(diǎn)的水平位移計(jì)算式：

根據(jù)式（3）便可計(jì)算出各點(diǎn)水平位移值，表1給出了其中兩次水平位移監(jiān)測成果，其中水平位移符號(hào)相對于基坑而言，向外為正，向內(nèi)為負(fù)。

表1 兩次水平位移監(jiān)測成果表點(diǎn)

通過綜合運(yùn)用視準(zhǔn)線小角法和觀測點(diǎn)設(shè)站法來對振動(dòng)臺(tái)和磁懸浮試驗(yàn)線進(jìn)行變形監(jiān)測，可以有效地了解基坑的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，為優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工提供依據(jù)。

3 結(jié)語

基坑施工過程中對周圍臨近建（構(gòu)）筑物、地下管線、地面等周邊環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，控制其變形在允許范圍內(nèi)。通過監(jiān)測可及時(shí)了解施工環(huán)境、地下土層、地下管線、地下設(shè)施、地面建筑在施工過程中所受的影響及影響程度；可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)生及險(xiǎn)情的發(fā)展程度，為及時(shí)采取安全補(bǔ)救措施提供情報(bào)。

通過將視準(zhǔn)線小角法和觀測點(diǎn)設(shè)站法相結(jié)合進(jìn)行水平位移監(jiān)測，可大大減少外業(yè)工作量，對基坑變形監(jiān)測有著借鑒意義。

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