基坑監(jiān)控坐標(biāo)法轉(zhuǎn)化測量技術(shù)

董振偉 朱榮浩 董旭

摘要：深基坑監(jiān)控需要監(jiān)測基坑水平位移，高程等重要的控制指標(biāo)，以保證現(xiàn)場的施工安全。本文通過監(jiān)控量測所得到的的施工測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用全站儀和坐標(biāo)轉(zhuǎn)化原理，使技術(shù)人員通過計算快速得出測點(diǎn)垂直于基坑邊線方向的偏移值，為今后的基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù)。

Abstract： The monitoring of deep foundation pit needs to monitor the horizontal displacement， elevation and other important control indexes in order to ensure the construction safety on site. In this paper， the coordinates in the construction measurement coordinate system obtained by monitoring measurement are used， and the principle of total station and coordinate transformation is used to enable technicians to quickly calculate the offset value perpendicular to the direction of the edge line of the foundation pit through calculation， thus providing a theoretical basis for the coordinate transformation of the monitoring data of the foundation pit in the future.

關(guān)鍵詞：基坑監(jiān)測;監(jiān)測坐標(biāo)系;水平位移;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

Key words： foundation pit monitoring;monitoring coordinate system;horizontal displacement;coordinate transformation

中圖分類號：TU753 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）30-0131-02

0 ?引言

基坑監(jiān)控是基坑施工中的一個重要的環(huán)節(jié)，在基坑的開挖施工的過程中，對基坑的巖土的變化，基坑支護(hù)的水平位移，沉降變化，進(jìn)行各種觀察分析工作，并將所監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情的發(fā)生和險情的發(fā)展情況，以及時采取安全措施[1]。

對于復(fù)雜的基坑施工來說，支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測有著較高的精度要求，隨著高精度的全站儀的出現(xiàn)，目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)是極坐標(biāo)法。而目前出現(xiàn)的問題是利用全站儀所測出的坐標(biāo)是施工測量下的坐標(biāo)，而監(jiān)控量測所需要的水平位移量是垂直于基坑邊線方向的偏移值（習(xí)慣上定義垂直于基坑邊線的坐標(biāo)系北方向正，東方向為正，反之相反）[2-4]，因此需要對坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本文以某大橋深基坑監(jiān)控數(shù)據(jù)為例，以此驗算基坑監(jiān)測水平位移量的求解方法。

1 ?工程概況及基坑監(jiān)控內(nèi)容

某特大橋深基坑與河岸齊平，基坑采用上部放坡+下部鋼板樁圍堰、型鋼支護(hù)開挖+臨河側(cè)鋼板樁加固止水的方法，見圖1。監(jiān)測的重點(diǎn)在每個基坑設(shè)置8個圍護(hù)樁頂水平和豎向位移觀測點(diǎn)，監(jiān)測基坑土體和圍護(hù)樁的水平和豎向位移、道路豎向位移，具體布置位置如圖2。

2 ?監(jiān)測數(shù)據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化

在基坑開始施工前，根據(jù)設(shè)計院所給的坐標(biāo)系，在基坑周圍設(shè)置兩個控制點(diǎn)，以保證全站儀利用后方交匯功能，測站點(diǎn)可以靈活選擇，具體測站布置如圖2，所測得數(shù)據(jù)是施工測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，由于基坑支護(hù)鋼板樁為直角長方形，為方便監(jiān)控時坐標(biāo)計算方便，重新建立基坑的坐標(biāo)系，讓坐標(biāo)系平行于基坑的長邊和短邊。

根據(jù)坐標(biāo)系換算公式[5]：

根據(jù)圖3所示，該基坑為直角長方形，XOY為施工測量坐標(biāo)系，X'OY'為監(jiān)控坐標(biāo)系，17#點(diǎn)為觀測點(diǎn)，D1點(diǎn)為監(jiān)測點(diǎn)，α為兩個坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)方位角，假設(shè)兩個坐標(biāo)系原點(diǎn)都為O，通過該公式將D1點(diǎn)全站儀測出的施工測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（x，y）轉(zhuǎn)換為監(jiān)控量測坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（x'，y'），監(jiān)測點(diǎn)DZ1的位移量通過本次換算所得到的橫坐標(biāo)減去上次觀測后所換算的橫坐標(biāo)的差值[5]。一般定義在監(jiān)測坐標(biāo)系下，以北方向和東方向為正。

而在實際施工應(yīng)用中，所建立的施工監(jiān)測坐標(biāo)系很難確定角度α，所以我們可以通過CAD軟件進(jìn)行畫圖驗算與公式法對比來求得角度α，在CAD軟件中將監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)展示在基坑施工電子平面圖中[6]，如圖4，輸入D1，D2的初始坐標(biāo)得到橫線L，定義該線為基坑南邊邊界，定義D1為任意一天的數(shù)據(jù)值，由于所監(jiān)測D1為不規(guī)則移動，過D1'向L做垂線，垂足到D1'的距離就是基坑觀測點(diǎn)D1的位移量S，可清晰看出觀測點(diǎn)是向基坑內(nèi)側(cè)還是向基坑外側(cè)移動，注意要用毫米單位方能達(dá)到精度要求，同理可得DZ1，DZ2的位移量。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，利用CAD繪圖驗算得到的監(jiān)測點(diǎn)D1點(diǎn)，D2點(diǎn)和DZ1點(diǎn)，DZ2點(diǎn)的位移距離，由圖4可知，D1'到L的距離為9.69mm，D2'到L的距離為0.58mm，由圖5可知，DZ1到L'的距離為0.75mm，DZ2到L'的距離為11.70mm。

整理兩次的觀測數(shù)據(jù)，選擇南邊D1點(diǎn)，D2點(diǎn)和東邊DZ1點(diǎn)，DZ2點(diǎn)，推算得到南北方向α=20°，東西方向α=19°，代入公式（1），得到轉(zhuǎn)化坐標(biāo)系后D1和D2的橫坐標(biāo)，DZ1和DZ2的縱坐標(biāo)，見表2，經(jīng)計算得到垂直于基坑邊線位移的變形量，D1和D2偏移9.69mm和-0.47mm，DZ1和DZ2偏移11.94mm和1.03mm，與CAD繪圖驗算整體差別不大，但是結(jié)果存在一定的誤差，最大誤差在0.28mm，最小誤差在0.11mm，證明其推算的角度與實際的坐標(biāo)方位角相吻合。

3 ?結(jié)論

經(jīng)過實踐應(yīng)用證明，兩種方法計算出的偏移量誤差在0.11-0.28mm之間，可以通過兩種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化方法相結(jié)合，可以得到兩個坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)方位角α，從而可以快速的得到鋼板樁的位移變形量，對于風(fēng)險系數(shù)較高的深基坑，在監(jiān)控中可以及早發(fā)現(xiàn)變形，預(yù)測變形趨勢，及時作出安全對策，保證施工人員的安全，對于各方重點(diǎn)關(guān)注基坑邊線垂向的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移量對于施工安全的影響，可以及時得到監(jiān)測信息。該兩種方法的結(jié)合對于今后的施工監(jiān)控量測具有很高的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪士良.淺談深基坑支護(hù)工程的變形與監(jiān)測[J].商品混凝土，2013（6）：144-145.

[2]YS，5229-96，巖土工程監(jiān)測規(guī)范[S].

[3]JTJ120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]黃澤健.坐標(biāo)法基坑監(jiān)測水平位移量的求解方法[J].工程建設(shè)，2006，06（38）：10-12.

[5]聶讓，許金良，鄧云潮.公路施工測量手冊[M].北京：人民交通出版社，2000：270-280.

[6]郭朝勇，等.AutCADR14（中文版）二次開發(fā)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：19-27.

作者簡介：董振偉（1991-），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。