GPS在高边坡开挖测量中的应用

工程概况

该工程位于环莞快速与常虎高速立交处的收费站位置（A0+400～A0+500），山体边坡上部为含砂粘性坡积土，边坡中下部均为中、微风化花岗混合岩。山顶高程为76.8m，A匝道设计路面高程42.5m。边坡最大高度为34.3m，分4级放坡，（第一级72.5 m～76.8 m，坡比1:1），（第二级62.5 m～72.5m，坡比1:0.75），（第三级 52.5 m～62.5 m，坡比 1:0.5），（第四级42.5 m～52.5m，坡比1:0.3）。每级边坡高10m，每级边坡之间设一个2m宽的平台。（如图1所示）

高边坡测量放样

准备工作：（1）仪器设备：拓普康Hiper Ⅱ GPS仪一套（一基准站，一流动站，一个电子手簿），CASIO fx5800编程计算器一台，7.5m钢卷尺一把。（2）1米长竹竿及彩旗若干，白灰粉一袋。（3）准备好相应的图纸资料（道路平面图，平曲线线位图，高边坡平面图及立面图）。

放样实施。在山脚开阔地带设置好GPS基准站，（注意，基准站的架设位置很有讲究，一是要设置在地形开阔且比较高的地方，第二，天线上方不能有东西遮挡，短距离范围最好不要有高大建筑物或高大的铁塔等。），打开电子手簿，分别用蓝牙连接基准站、流动站，并设置好电台，待流动站上的蓝牙、电台等的信号灯全部为闪烁的蓝灯，手簿上显示有固定求解值（fixed）时，GPS-RTK便可正式工作了。分别用流动站在已知控制点F1、F2上测量并转换好坐标和高程后，用另一已知点F3作校核，确认无误后开始上山放样。

打开fx-5800p计算器，运行道路程序QH2-8，按道路平曲线线位图将所有计算参数输进去，便可计算该道路任意中边桩的坐标了。

高边坡必须自上至下开挖，因此我们要先放第一级坡。要精准地定好第一级坡的开挖坡口线，必须以第一级的坡脚线（第一级平台的里边线）为基准线，设该基准线上每隔10m有点A、B、C……，则先用计算器算出A点坐标，并用GPS放出该坐标，插上竹竿做个临时标记。用同样方法放出B点并做标记。放这两点的目的是作为下一步放坡口点的基准线。

用渐近法放样坡口点 根据第一级平台的设计高程（72.5m），用GPS测出的A点地面高程，算出它们的高差，然后按第一级坡的坡比（1∶1），算出A点开挖的坡口桩的理论水平距离a，用钢卷尺沿着BA的垂线（可将BA拉条绳子，把一块大的垂直三角板一条垂边贴住绳子，另一垂边朝向坡口方向），量取a，放出点A1。但A1并不一定是我们最终的坡口桩，因为a是计算出的水平距离，而山体是斜的，放出的A1的高程已不是A点的高程，而是可能高于A点，因此还得再测出A1点的地面高程，看它与第一级平台的设计高程差值是多少，根据坡比，重新算出自A点至坡口桩的理论值a1，自A点沿垂线方向量取a1，放出A2点。如此反复，直至用坡比和高差算出的水平距离来量取的点的地面高程与理论值相吻合，则说明该点就是A点的最终坡口桩。

按此方法，依次可放出其它任意里程的第一级坡口桩。特别要注意，若两坡口桩之间有明显的凹凸、深沟路堑、坑洞、台阶等地形变化特征点处，应加测坡口桩。

坡口桩放完后，就将相邻两桩之间拉线撒白灰连起来。坡口开挖线到每一层平台形成一个完整的坡度切面。

图1 设计的四级高边坡

图2 即将完工的四级高边坡

精度与效率

（1）放样精度。GPS仪（拓普康 HiperⅡ G）的精度指标是：静态 快速静态（平面：3mm+0.5ppm，高程：5mm+0.5ppm），RTK（平面：10mm+1ppm，高程：15mm+1ppm）。当采用GPS内置电台时，基准站覆盖的有效范围是5km左右。当采用外置电台时，RTK可在12-15km范围灵活测点放样。经过实地检验测量，点位定位的平面坐标误差小于5cm，高程误差小于3cm。完全可满足高边坡放样的精度要求。并且每个点的放样精度是一致的，这是由于GPS采用一站式测量，各个点位都是独立定位，不会产生误差传导和累积，所有的测量点位精度均匀。

（2）作业效率。在没有使用GPS仪之前，我们做过的工程都是用全站仪，或经纬仪配合钢尺等方法来放样高边坡的。其作业效率相比较显而易见：当采用全站仪或其它仪器放样时，要放完一级完整的坡面桩，往往需要大半天甚至一整天的时间，并且浪费很多人力，放样精度难以把握。而采用GPSRTK放样，做完同样的事情只需要一个小时左右，大大减少了作业的劳动强度，且放样质量有了保障。

高边坡开挖后的质量与评价

开挖差不多完成时，我们经过测算，各级坡的坡比，平台位置及坡脚标高，完全符合设计要求，唯一美中不足的是，第三级坡的坡面有部分超挖，（如文中图2所示），但经检测，并没有影响边坡稳定，只需采用适当的混凝土加固便可。经分析，造成该部位超挖的原因是：①爆破人员采用的炸药量偏大，②此处岩石有片理和裂隙，造成同一裂隙范围内的石块整体松动。由于我们发现及采取措施及时，在其它部位再没出现类似情况。

结束语

熟练使用GPS－RTK技术，对高边坡放样显得尤为轻松，不但速度快，而且很精准。特别是对于这些山高陡峭，地形复杂，实施常规测量很困难的情况，采用GPS-RTK技术进行测量，会起到事半功倍的效果。如果挖坡山体为土质时，便容易挖出漂亮的坡来。但若是石质的山体，一定要与爆破组取得密切沟通与配合，探讨出最理想的爆破措施，才能保证坡的形状与设计相符，不然很容易造成超挖和欠挖，达不到设计要求。