自動(dòng)化全站儀在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

勞文斌

廣東省有色金屬地質(zhì)局水文地質(zhì)隊(duì) 廣東 廣州 510800

在高層建筑基坑開挖過程中，土壤的應(yīng)力情況會(huì)發(fā)生一定程度的變化，并且實(shí)施工程項(xiàng)目的實(shí)施，土壤的變形變得越來越明顯，從而產(chǎn)生的應(yīng)力也越來越強(qiáng)。所以為了有效地防止應(yīng)力對(duì)建筑帶來的安全隱患，加強(qiáng)施工過程中的基坑變形監(jiān)測(cè)尤為重要。所以為了有效地防止變形，必須采取先進(jìn)的檢測(cè)工藝和監(jiān)測(cè)設(shè)備，密切關(guān)注今后內(nèi)部的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化，指導(dǎo)工程人員及時(shí)地采取有力措施，防止變化對(duì)建筑所帶來的影響。在基坑變形監(jiān)測(cè)過程中，自動(dòng)全站儀憑借著自動(dòng)識(shí)別和智能定位功能及較強(qiáng)的時(shí)效性，受到了廣大施工人員的青睞，在監(jiān)控過程中可以減少圍巖變形的程度，向技術(shù)人員及時(shí)反饋地形的位移變化。

1 高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)的重要性

高層建筑的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，并且施工難度相對(duì)于常規(guī)建筑更高，尤其在季風(fēng)變形監(jiān)測(cè)過程中，我們要保證變形對(duì)建筑的影響在可控狀態(tài)，這樣才能保證施工安全和施工質(zhì)量，提高居民的居住效果。當(dāng)前的高層建筑基坑施工過程中，周圍的土壤和原始建筑面積往往會(huì)存在一定的差異，并且土壤在開發(fā)之前往往處于靜止?fàn)顟B(tài)，但是在開工以后，土壤對(duì)于內(nèi)部土地結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生土體的變形，為整個(gè)建筑留下安全隱患，所以必須采取相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工藝和自動(dòng)化全站儀器，嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)基坑的變化情況，從而提高施工質(zhì)量，保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全和施工人員的人身安全。

2 自動(dòng)全站儀在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)全站儀的應(yīng)用流程

自動(dòng)全站儀在使用過程中提高了建筑工程的施工工藝，同時(shí)隨著儀器的不斷發(fā)展，其使用的場(chǎng)合也越來越多。目前，自動(dòng)全站儀所使用的直接坐標(biāo)法，在高層建筑沉降監(jiān)測(cè)、變形監(jiān)測(cè)和水平方向的監(jiān)測(cè)中都得到了廣泛地使用，與傳統(tǒng)的方法相比，該監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)⒛繕?biāo)快速定位，并且定位精度更高，對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)的原始信息記錄更加清晰，一旦發(fā)生坐標(biāo)變化，立即反饋給工作人員，保障基坑監(jiān)測(cè)變形不至于影響到整個(gè)建筑的正常施工。

在自動(dòng)化全站儀的應(yīng)用過程中，自由設(shè)站點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置是保障監(jiān)測(cè)精度的首要影響條件。醫(yī)護(hù)人員在使用儀器設(shè)備時(shí)，要根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，在安裝儀器設(shè)備時(shí)要指向基準(zhǔn)點(diǎn)的方向，獲得方位角和相應(yīng)的距離，從而自動(dòng)生成監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系中的自由設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)（下文用P點(diǎn)表示）。與此同時(shí)，由于基坑施工范圍相對(duì)較小，所以在整個(gè)高層建筑的基坑監(jiān)測(cè)過程中，可以在構(gòu)建自由設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，將其看作短距離監(jiān)測(cè)，采用最小二乘法，根據(jù)該點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得一個(gè)近似的坐標(biāo)值，這種近似坐標(biāo)值并不影響監(jiān)測(cè)的精度。

2.2 全站儀自由設(shè)站觀測(cè)的原理分析

基坑變形監(jiān)測(cè)是目前自動(dòng)化全站儀使用的主要場(chǎng)合，在自動(dòng)全站儀的工作下，可以對(duì)基坑的變形做到精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，并及時(shí)反饋給技術(shù)人員。在結(jié)合變形的監(jiān)測(cè)過程中，首先要在工程的附近建立一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，然后在觀測(cè)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置監(jiān)測(cè)的方位角，標(biāo)定儀器的分析功能和數(shù)據(jù)采樣功能。簡(jiǎn)單來說，全站儀觀測(cè)的技術(shù)原理主要是基于自由觀測(cè)，并在觀測(cè)過程中分析坐標(biāo)系觀測(cè)自由度和基坑的環(huán)境條件，然后通過綠色的基準(zhǔn)點(diǎn)來定位數(shù)據(jù)并不斷修正，最后通過計(jì)算機(jī)來針對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)樣本分析處理，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并可視化，最終實(shí)現(xiàn)獨(dú)立觀察分析。在基坑變形的監(jiān)測(cè)過程中，采用連續(xù)全天候地監(jiān)測(cè)，對(duì)于技術(shù)人員來說十分方便，從繁重的工作解放了出來。這種系統(tǒng)的自動(dòng)處理和分析功能，可以降低工作人員的任務(wù)量，同時(shí)自動(dòng)化的分析處理模式，也可以通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和光纖等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)使技術(shù)人員遠(yuǎn)離一線現(xiàn)場(chǎng)，提高技術(shù)人員的安全性。

2.3 全站儀自由設(shè)置場(chǎng)地坐標(biāo)變換

自動(dòng)化的全站儀觀測(cè)主要涉及到駐點(diǎn)和參考點(diǎn)兩類，在具體的應(yīng)用過程中可以自由設(shè)定 P點(diǎn)，但在設(shè)置過程中要充分的考慮周邊環(huán)境，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐幕厩闆r所設(shè)置的4個(gè)參考點(diǎn)作為參考。在具體的檢測(cè)過程中，可以根據(jù)參考點(diǎn)的假設(shè)，設(shè)置基本的距離值和方向值，然后反推出P點(diǎn)的坐標(biāo)。但一般情況下，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，由于監(jiān)測(cè)的基坑變形屬于小幅度的范圍，所以在計(jì)算時(shí)也可以設(shè)置一個(gè)平面坐標(biāo)，根據(jù)這個(gè)平面坐標(biāo)來計(jì)算出垂直和水平的近似值，然后再減掉平面坐標(biāo)的相對(duì)位置，即可得到點(diǎn)P。

3 自動(dòng)化全站儀在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 工程概況介紹

某大型高層建筑的深基坑開發(fā)深度約為20米，其寬度約為115米，四周的樓層高度分別為100米以上高樓大廈、15層樓、6層樓、8層樓。同時(shí)與城市交通動(dòng)脈之間的距離也相對(duì)較近，約為2500米?？梢钥闯?，該工程基坑周邊的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，并且施工的場(chǎng)所相對(duì)狹窄，所以為了確保工程順利完工，對(duì)于基坑變形的控制要求更加精細(xì)，基坑變形的控制要求不僅要滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同時(shí)還要在此基礎(chǔ)上更加嚴(yán)格。

3.2 自動(dòng)化全站儀在高層建筑基坑變形中的應(yīng)用方案

施工單位在基坑變形監(jiān)測(cè)過程中，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)流程采用自動(dòng)化全站儀器，確保測(cè)量的精度和時(shí)效性。在該工程的施工過程中，其監(jiān)測(cè)流程主要圍繞如下幾方面展開。

首先，設(shè)置監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，基坑和監(jiān)測(cè)基本點(diǎn)之間的距離要在基坑深度的三倍以上，并且在區(qū)域的選擇過程中，施工單位要選取基坑變形影響較小的區(qū)域，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，不會(huì)發(fā)生較大的偏移。并且在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)過程中，基坑水平距離和基本點(diǎn)之間的設(shè)置，技術(shù)人員選取了60米左右，符合標(biāo)準(zhǔn)基坑深度的三倍以上。在平面布局過程中，監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)為K1和K2。

其次，建立監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系。在平面布局過程中，基坑邊緣線和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的連線即可構(gòu)成平行關(guān)系，所以在該工程中技術(shù)人員將K1和K2的方位角設(shè)置為零度和180度，同時(shí)設(shè)置K2的坐標(biāo)為（500，500），然后在此基礎(chǔ)上利用儀器設(shè)備測(cè)量?jī)蓚€(gè)基本點(diǎn)之間的平行距離，結(jié)合方位，角和坐標(biāo)值即可構(gòu)建監(jiān)測(cè)所使用的臨時(shí)坐標(biāo)系，通過計(jì)算可以獲得另一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（374，500）。

再次，水平位移監(jiān)測(cè)。施工單位在水平位移監(jiān)測(cè)過程中可以通過自由建站的子程序，在儀器中輸入方位角和上述坐標(biāo)結(jié)合P點(diǎn)的坐標(biāo)，采取極坐標(biāo)方法可以測(cè)量方向角和PK1及PK2之間的距離，然后再明確P點(diǎn)平面坐標(biāo)值的基礎(chǔ)上，依次對(duì)準(zhǔn)需要監(jiān)測(cè)的幾個(gè)點(diǎn)，這樣即可明確這幾個(gè)點(diǎn)在施工過程中的沉降變化情況和水平位移變化是否正常。

根據(jù)建筑物的周圍環(huán)境，基坑之間的距離約為70米是深度的三倍以上，所使用的監(jiān)測(cè)方法選擇在K1和K2兩點(diǎn)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)在放樣過程中盡量做到側(cè)邊平行，同時(shí)保證2點(diǎn)之間可靠連接，避免基坑產(chǎn)生較大的變形，對(duì)周邊的建筑產(chǎn)生破壞。同時(shí)采用全站儀設(shè)置K2的坐標(biāo)，并測(cè)量K1和K2兩點(diǎn)之間的水平距離即可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立坐標(biāo)系，然后通過調(diào)用子程序計(jì)算出K1的平面坐標(biāo)，最后根據(jù)任務(wù)的要求輸入相應(yīng)的數(shù)值即可確定方向角，建立監(jiān)控專用的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，在監(jiān)測(cè)基坑變形過程中，要確保整個(gè)過程連貫、完整，保證周邊建筑物及施工過程中的建筑物變形情況全面覆蓋，在該項(xiàng)目的施工過程中，設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量和范圍基本可以將整個(gè)建筑全面覆蓋。同時(shí)，也可以及時(shí)應(yīng)用工程地質(zhì)鉆機(jī)打孔來及時(shí)得到監(jiān)測(cè)結(jié)果，考慮到基坑與主干道等關(guān)鍵地區(qū)之間距離過近，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生不良的苗頭，馬上處理。

3.3 自動(dòng)化全站儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

自動(dòng)化全站儀中的參考點(diǎn)可以隨時(shí)被單元模塊所調(diào)用，在調(diào)整以后可以形成一個(gè)相對(duì)比較統(tǒng)一的平面坐標(biāo)系，然后通過測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離即可確定極坐標(biāo)值，然后經(jīng)過施工過程中的監(jiān)控對(duì)比以后即可判斷形成的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。在本工程中選取夾角為52°和45°及邊長(zhǎng)為100.2米的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，儀器選用TC2003高精度自動(dòng)全站儀，綜合性的測(cè)量角度誤差和距離誤差，本工程的檢測(cè)誤差為1.7毫米，而激光監(jiān)測(cè)的要求，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的計(jì)算誤差，控制在1.5～2毫米之間即可?？梢钥闯?，該工程所使用的自動(dòng)全站儀器可以基本符合工程監(jiān)測(cè)的使用需求，可以在類似的工程中大面積推廣。

4 結(jié)束語

隨著我國高層建筑的規(guī)模越來越大，深基坑施工過程中所產(chǎn)生的變形問題也越來越明顯。在高層建筑深基坑變形監(jiān)測(cè)方面，自動(dòng)全站儀可以起到很好的測(cè)量控制作用，并同時(shí)時(shí)有效地控制變形監(jiān)測(cè)的精度范圍，對(duì)完成整個(gè)工程有著重要的影響。高精度的自動(dòng)全站儀可以自由地設(shè)置P點(diǎn)，從而對(duì)于城市中的高層建筑施工所產(chǎn)生的深基坑變形問題有效地控制。除此之外，自動(dòng)化全站儀在操作過程中更加靈活方便，同時(shí)還可以為基坑施工提供十分準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，保障施工過程中的安全性和可靠性，進(jìn)而提高工程的整體施工進(jìn)度和質(zhì)量。