智能全站儀和電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行基坑位移監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

朱曉江

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪工程院，新疆 昌吉 831100)

智能全站儀和電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行基坑位移監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

朱曉江*

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院測(cè)繪工程院，新疆 昌吉 831100)

基坑監(jiān)測(cè)是保障基坑施工安全的必要有效的技術(shù)環(huán)節(jié)，以某基坑工程為例，介紹了基坑工程概況和監(jiān)測(cè)技術(shù)要求，給出了基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)方案，對(duì)智能全站儀使用極坐標(biāo)法進(jìn)行基坑水平位移監(jiān)測(cè)和電子水準(zhǔn)儀使用水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行基坑豎向位移監(jiān)測(cè)的精度進(jìn)行了分析。闡述了基坑監(jiān)測(cè)的實(shí)施情況，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，從而對(duì)該方法運(yùn)用于基坑監(jiān)測(cè)進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)。

基坑監(jiān)測(cè)；智能全站儀；電子水準(zhǔn)儀；監(jiān)測(cè)方法；結(jié)果分析

1 引 言

隨著城市建設(shè)的高速發(fā)展和地下空間的開發(fā)利用，基坑工程越來越多。在基坑開挖施工過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向被動(dòng)和主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載，并將導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體變形。一旦變形的量值超過容許范圍，將導(dǎo)致基坑失穩(wěn)破壞，對(duì)周邊環(huán)境造成不利影響。因此基坑監(jiān)測(cè)的目的在于[3]：①監(jiān)測(cè)基坑工程的變化，確保基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和相鄰建筑物的安全。②檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)和各種假設(shè)的正確性，指導(dǎo)基坑開挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。為此，本文以新疆某人防地下車庫(kù)的基坑開挖工程為例，闡述了對(duì)該基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，確保了工程施工安全。

2 基坑位移監(jiān)測(cè)方法與精度分析

2.1 工程概況及監(jiān)測(cè)技術(shù)要求

該基坑為烏魯木齊市區(qū)內(nèi)某地下車庫(kù)基坑，該場(chǎng)地屬于流侵蝕堆積高慢灘地貌，勘探深度 30 m內(nèi)未見地下水。基坑開挖區(qū)域南北長(zhǎng)約 80 m左右，東西寬約 25 m左右，且基坑邊坡頂部都進(jìn)行了噴漿保護(hù)，南側(cè)為已完工區(qū)域，北側(cè)距高層樓房較遠(yuǎn)，西側(cè)緊鄰7層多層樓約 5 m，東側(cè)鄰近6層樓房約 9 m，如圖1所示。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工區(qū)段的地質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和所處的周邊環(huán)境條件，新疆某人防地下車庫(kù)的基坑開挖工程安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)(包括水平位移監(jiān)測(cè)和垂直位移監(jiān)測(cè))和臨近基坑建筑物沉降監(jiān)測(cè)。其監(jiān)測(cè)技術(shù)要求(《基坑支護(hù)總說明》)主要有：基坑變形監(jiān)測(cè)的報(bào)警值為最大變形值達(dá)到 30 mm、沉降速率 3 mm/d；并根據(jù)報(bào)警值 30 mm參照《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009中表6.2.3和6.3.3，要求水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差 ≤1.0 mm，豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差 ≤0.3 mm。

圖1 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位分布圖

文獻(xiàn)[1]中水平位移監(jiān)測(cè)精度要求、豎向位移監(jiān)測(cè)精度要求如表1、表2所示。

水平位移監(jiān)測(cè)精度要求 表1

豎向位移監(jiān)測(cè)精度要求 表2

2.2 測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了進(jìn)行基坑位移監(jiān)測(cè)，在基坑外圍布設(shè)了3個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和3個(gè)垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。在基坑里面基坑頂部布設(shè)了若干水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基坑半坡布設(shè)了若干三維監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其點(diǎn)位分布如圖1所示。

2.3 監(jiān)測(cè)方法及精度分析

基坑頂部水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基坑半坡三維監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移使用智能全站儀極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)；半坡三維監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移使用全站儀三角高程方法監(jiān)測(cè)；頂部豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移使用電子水準(zhǔn)儀幾何水準(zhǔn)方法監(jiān)測(cè)。

(1)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移精度分析

全站儀極坐標(biāo)法的原理是：對(duì)于某監(jiān)測(cè)點(diǎn)i，若設(shè)站與J1點(diǎn)，J3為定向點(diǎn)，使用NET05(測(cè)角精度0.5″，測(cè)距精度：0.8 mm+1 ppm)全站儀測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)與定向點(diǎn)間的水平角β、測(cè)站點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離S，則i點(diǎn)平面直角坐標(biāo)(x，y)為[4]：

(1)

式中，α為J1-J2的方位角。

當(dāng)忽略起算點(diǎn)誤差，對(duì)式(1)求微分得：

(2)

根據(jù)誤差傳播定律，將式(2)轉(zhuǎn)為中誤差：

(3)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)i的中誤差：

(4)

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移精度分析

綜上，使用NET05智能全站儀采用極坐標(biāo)法進(jìn)行二等邊角測(cè)量觀測(cè)水平位移，監(jiān)測(cè)精度據(jù)計(jì)算小于 1.0 mm；使用Trimble DiNi03電子水準(zhǔn)儀采用二等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)豎向位移，測(cè)站高差中誤差小于 0.3 mm，水平位移觀測(cè)和豎向位移觀測(cè)均能滿足GB50497-2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中水平位移監(jiān)測(cè)和豎向位移監(jiān)測(cè)的精度要求。

3 基坑監(jiān)測(cè)的實(shí)施與結(jié)果分析

3.1 基坑監(jiān)測(cè)的實(shí)施

該基坑開挖深度為8 m，基坑類別為二級(jí)，水平位移與豎向位移監(jiān)測(cè)等級(jí)均為二等，使用NET05智能全站儀按二等邊角測(cè)量技術(shù)要求觀測(cè)以及使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量。基坑監(jiān)測(cè)時(shí)間為5月底～8月初，觀測(cè)頻率為1次/d。

(1)基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量

在對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)前，先進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量，以獲得基準(zhǔn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)與高程。對(duì)3個(gè)水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)使用NET05智能全站儀按二等邊角網(wǎng)測(cè)量技術(shù)要求觀測(cè)，平面坐標(biāo)系為假定坐標(biāo)系，給J1設(shè)定一假定坐標(biāo)，由于J1-J2的方位大致接近東西方向，為便于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移計(jì)算分析，假定J1-J2的坐標(biāo)方位角為270°，因此可得J1-J3的坐標(biāo)方位角，使用J1作為已知點(diǎn)，J1-J3為已知方向，進(jìn)行平差計(jì)算，從而得到各基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)成果。

豎向位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)使用電子水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)技術(shù)要求將3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)施測(cè)1條閉合水準(zhǔn)路線，假定S1的高程，從而求得其他基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

(2)水平位移監(jiān)測(cè)

水平位移監(jiān)測(cè)等級(jí)采用極坐標(biāo)法邊角測(cè)量，在已知點(diǎn)上設(shè)站，將另外的2個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和所有的水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)按全圓觀測(cè)方法進(jìn)行水平角觀測(cè)，觀測(cè)6測(cè)回；垂直角也觀測(cè)6測(cè)回。距離觀測(cè)4測(cè)回，對(duì)所有的頂部、半坡水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果按式(1)進(jìn)行計(jì)算，從而得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。

(3)豎向位移監(jiān)測(cè)

豎向位移監(jiān)測(cè)由基準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)，將基坑頂部的豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)一起，施測(cè)一閉合水準(zhǔn)路線，觀測(cè)等級(jí)二等。觀測(cè)結(jié)果使用水準(zhǔn)平差軟件平差計(jì)算得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。

半坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程使用NET05智能全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量，從而計(jì)算得到高程，所得結(jié)果作為參考，半坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)以水平位移監(jiān)測(cè)為主。

3.2 數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

水平位移和三角高程計(jì)算，測(cè)距邊經(jīng)過氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)改后的斜距[2]，使用垂直角，由于測(cè)區(qū)范圍小，最長(zhǎng)測(cè)距邊 82 m，可不進(jìn)行測(cè)區(qū)高程面的化平或參考橢球面的化平，直接使用改正后的斜距用垂直角化平，結(jié)合水平角、垂直角，采用極坐標(biāo)法和三角高程計(jì)算公式本別計(jì)算得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。

豎向位移監(jiān)測(cè)的水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)通過《科傻CODAPS》或《水準(zhǔn)平差軟件》平差計(jì)算，由于測(cè)區(qū)范圍小，只加入標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差改正和閉合差改正。

水平位移符號(hào)向基坑內(nèi)為正，向外為負(fù)；豎向位移符號(hào)，沉降為正，抬升為負(fù)，如圖2所示。

圖2 東側(cè)水平位移過程線圖

E2、E4隨著地下車庫(kù)墻體施工遮擋于6月14觀測(cè)不到，其余點(diǎn)6月28日由于基準(zhǔn)點(diǎn)更換位置，E3棱鏡調(diào)制方向?qū)е掠?5 mm左右的變化量，但隨后變化穩(wěn)定；E5、E7、E9是隨著工期的進(jìn)行在7月1日新增加的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，E5由于施工的原因?qū)е滦杞?jīng)常拆卸棱鏡，從而導(dǎo)致其有輕微的波動(dòng)，其最大的累計(jì)變化量最大為 9.5 mm。8月1日因施工單位夜間施工，由施工單位人員拆卸棱鏡造成E5、E7、E9三個(gè)點(diǎn)，位移量整體上升，隨后監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化量均保持平穩(wěn)。東側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體位移方向指向坑內(nèi)，但位移量較小，整體變化平穩(wěn)緩慢，如圖3所示。

W1、W2、W4隨著地下車庫(kù)墻體施工遮擋于6月14觀測(cè)不到，其余點(diǎn)6月28日后由于基準(zhǔn)點(diǎn)更換位置，W3、W5棱鏡調(diào)制方向影響導(dǎo)致變化量偏大，但后期變化值穩(wěn)定，7月23日施工單位對(duì)W5拆卸棱鏡又導(dǎo)致累計(jì)變化量增大至 15.4 mm，隨后變化值沒有發(fā)生很大變化，其他點(diǎn)變化量均比較穩(wěn)定，變化基本都在 ±4 mm范圍內(nèi)。

圖4、圖5顯示基坑坡頂和建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移很小，均在 1 mm左右變化，基本無(wú)豎向位移。

圖3 西側(cè)水平位移過程線圖

圖4 豎向位移過程線圖

圖5 建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移過程線圖

4 總 結(jié)

通過對(duì)基坑的位移監(jiān)測(cè)，使用NET05智能全站儀和電子水準(zhǔn)分別觀測(cè)水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果均沒有達(dá)到報(bào)警值，說明基坑和鄰近建筑物是安全穩(wěn)定的。從監(jiān)測(cè)結(jié)果看，基坑位移監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案得到了成功的應(yīng)用，同時(shí)也反映了基坑觀測(cè)方法的合理性。為了今后能更好地組織和實(shí)施，總結(jié)如下經(jīng)驗(yàn)：

(1)基坑監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)基坑工程概況(如地質(zhì)情況、開挖深度等特性)和基坑周邊環(huán)境(包括建筑物、地下管廊、道路等要素)制定總體監(jiān)測(cè)方案。即進(jìn)行監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)；結(jié)合設(shè)計(jì)單位基坑監(jiān)測(cè)總體要求和監(jiān)測(cè)規(guī)范依據(jù)制定監(jiān)測(cè)方法和觀測(cè)等級(jí)，并對(duì)觀測(cè)方法做精度估算，對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行精度論證。

(2)監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)備和實(shí)施過程依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有條件，一定要確保其穩(wěn)定性和實(shí)用性，本次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝就沒有考慮儀器架設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)更換的問題，棱鏡焊接安裝工藝較差，棱鏡方向的調(diào)整差異造成數(shù)據(jù)的偏離。

(3)智能全站儀人工只做目標(biāo)照準(zhǔn)一次測(cè)量后，智能機(jī)器便能自動(dòng)尋找目標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)照準(zhǔn)測(cè)量，對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)多的基坑工程，可以提高工作效率，為監(jiān)測(cè)工作帶來便利。

(4)豎向位移觀測(cè)方法的改進(jìn)，本次基準(zhǔn)點(diǎn)距監(jiān)測(cè)點(diǎn)都比較近，可固定1根尺子觀測(cè)，采用單站法多測(cè)回直接測(cè)點(diǎn)得到高差，可以大大提高觀測(cè)效率和精度。

基坑工程監(jiān)測(cè)是確?；邮┕ぐ踩头€(wěn)定，對(duì)基坑、緊鄰建筑物的有效保護(hù)，是施工過程中必不可缺少的組成部分，應(yīng)重視基坑的變形監(jiān)測(cè)，加大其資金的投入，避免因基坑變形失穩(wěn)可能造成的損失。

[1] GB50497-2009. 建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB50026-2007. 工程測(cè)量規(guī)范[S].

[3] 李青岳，陳永奇. 工程測(cè)量學(xué)[M]. 北京：測(cè)繪出版社，2008.

[4] 周斌麟，江金霞，譚夢(mèng)輝. TS30全站儀在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015，17(2)：110～113.

[5] 包民先，殷忠. DiNi12數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)的技術(shù)指標(biāo)探討及應(yīng)用[J]. 測(cè)繪工程，2011，20(6)：57～60.

Monitoring and Analysis of Displacement of Foundation Pit with Intelligent Total Station and Electronic Level

Zhu Xiaojiang

(Surveying Department of Xinjiang Hydroelectricity Institute of Surveying and Design，Changji 831100，Xinjiang)

To ensure the safety of construction of foundation pit excavation monitoring is necessary and effective technical aspects，in a pit project as an example，firstly introduces the requirements of the foundation pit engineering and monitoring technology，followed by the program，given the technology method of foundation pit excavation monitoring，horizontal displacement monitoring and electronic theodolite vertical displacement monitoring of foundation pit using leveling using polar coordinates of intelligence the accuracy of total station is analyzed，finally，describes the implementation of foundation pit monitoring，and the monitoring results are analyzed briefly，and the application of this method to summarize and evaluate the foundation pit monitoring.

foundation pit monitoring；intelligent total station instrument；electronic level；monitoring method；result analysis

1672-8262(2017)04-152-05

P258

B

2016—11—22

朱曉江(1987—)，男，碩士，工程師，主要從事水利水電工程測(cè)量等技術(shù)工作。