极坐标法在基坑支护水平位移监测中的应用

徐爱华, 鞠大为

(湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

极坐标法在基坑支护水平位移监测中的应用

徐爱华, 鞠大为

(湖北省地质局 地球物理勘探大队,湖北 武汉 430056)

传统的基坑水平位移监测方法基本是采用小角度观测。在城市建设基坑施工中,由于受场地影响较大,导致监测困难、工作量大,并且很难保证监测精度。运用极坐标监测方法进行基坑水平位移监测,采用检查点控制监测中出现的粗差来提高监测精度,建立平行于基坑的自由坐标系来减少计算工作量和消除多元误差积累。该方法可为类似项目借鉴和应用。

工程测量;极坐标法;基坑支护

随着城市建设的大力发展,深基坑施工越来越多,而深基坑监测尤为重要。深基坑垮塌事故不仅会造成财产损失,而且还会伴随人员伤亡事故发生。而深基坑水平位移监测数据,能直接反映深基坑支护的水平方向的变化情况,用于判断深基坑支护是否稳定起到重要作用。

1 传统监测方法的缺点

对深基坑水平位移监测,传统方法多为小角度法,即在每条支护结构边两端建立观测基点和方向点,基点和方向点的连线平行且靠近基坑支护,利用其角度变化量计算位移量(图1)。

图1 小角度监测示意图Fig.1 Schematic diagram of small angle monitoring

由于工作基点不能离基坑边缘太近,因此每条边的工作基点不能互用,每个基坑水平位移监测就必须建立4个工作基点和4个方向点。对于城市内基坑施工工程来说建立4个工作基点非常困难,因为城市内施工场地都被围墙等防护设施维护,基点距离支护太近会跟随支护一起移动,基点距离支护太远,会被围墙遮挡。而且来回设站观测工作量大,效率低下。

2 极坐标法

2.1 建立坐标系

以工作基点为坐标原点,建立自由坐标系。坐标系的X轴和Y轴必须平行和垂直于基坑支护的轴线(图2)。

图2 全站仪极坐标法监测示意图Fig.2 Schematic diagram of total station polar coordinate method monitoring

这样建立坐标系便于计算基坑支护各边的位移量。在基坑水平位移监测中，通常只需要测量出垂直于基坑边缘向基坑内的水平变量。通过图2可知，重复观测X值计算变量ΔX,就等于平行于Y轴的基坑支护体的水平位移量。重复观测Y值计算变量ΔY,就等于平行于X轴的基坑支护体的水平位移量。在计算中就省去了一些较为复杂的计算公式，便于在施工工地及时计算出基坑支护的水平位移量并做到及时预警。

2.2 点位建立

在基坑支护锁口梁上设立观测点,观测点采用与棱镜相配套的螺栓建立,以便观测时固定棱镜,这样可以消除置镜误差。在离基坑较远的房屋等稳定的建筑物上建立工作基点,为了尽量减小旋转角度,在基坑视线方向稳定处建立定向点,在基坑外围较远处建立稳固基点,便于对工作基点进行定期联测。在基坑周边稳定区域建立监测检查点,用来校正观测中的系统误差和观测误差。

2.3 观测方法

设置观测基点为坐标原点,取基坑轴线方向为零的方位角,并取整数作为每次观测的定向角值。按顺时针方向依次观测各监测点位的坐标和检查点位的坐标值。以每次观测的Y值变化量作为平行于X轴的支护水平位移量,以观测的X值变化量作为平行于Y轴的支护水平位移量。

2.4 精度分析

极坐标计算公式:Y=y+SINB×D,X=x+COSB×D(y,x为测站点坐标、B为方位角、D为测站到观测点的距离),不考虑工作基点的精度,利用测距精度(1+1)ppm(前边是常数误差,后边是比例误差),测角精度1″的全站仪作为观测仪器进行精度估算。方位角取值范围0°～90°,距离按200 m计算。测距中误差取值±2 mm,测角中误差取±1″。笔者以Y值为例计算,假定方位角为0°,角度每变化1 s对Y产生的变量为(SIN0°-SIN(0°+1″))×D=9.70e-6×200 000 mm=1.94 mm,假定方位角为90°,角度每变化1 s对Y产生的变量为(SIN90°-SIN(90°+1″))×D=4.7e-11×200 000 mm=9.4e-6 mm≈0,说明方位角从0°向90°变化,对Y值产生的误差由±1.94向0变化,最大值绝对值为1.94 mm。同理对X值的影响由0向±1.94变化,最大值绝对值为1.94 mm。

2.5 根据精度要求调整观测方案

2.5.1 技术规范

《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497—2009对水平位移监测精度要求[1],见表1。

表1 水平位移精度要求Table 1 Accuracy requirements of horizontal displacement

注:vd为变化速率即每天的变化量。

2.5.2 观测方案调整

根据精度分析知道X、Y的精度取决于观测仪器的精度和测站到观测点的距离。根据基坑类型不同、精度要求不同,在布设观测点、工作基点时,充分考虑精度要求,通过精度估算设计工作基点的位置和选用仪器的型号,以达到满足规范要求的精度。

3 结论

通过以上分析,利用高精度全站仪进行深基坑水平位移观测,明显优于利用小角度观测法进行深基坑水平位移观测。只要方案设计合理,观测精度完全可以满足规范要求。

[1] 中华人民共和国城乡建设部.建筑基坑工程监测技术规范:GB50497—2009[S].北京:中国标准出版社,2009.

Discussion on Horizontal Displacement Monitoring Method ofFoundation Pit Support by Polar Coordinate Method

XU Aihua, JU Dawei

(GeophysicalExplorationofHubeiGeologicalBureau,Wuhan,Hubei430056)

The traditional method of foundation pit horizontal displacement monitoring is basically using small angle observation.In the construction of urban construction foundation pit,due to the greater impact of the site,it results in monitoring difficulties,heavy workload.And it is difficult to ensure the accuracy of monitoring.The foundation pit horizontal displacement monitoring using polar coordinate monitoring method,it improves the monitoring accuracy by the checkpoint control gross error occurred in monitoring,establishes free-coordinate system to reduce the amount of calculation and eliminate multiple error accumulation.This method is beneficial to the similar projects for reference and application.

engineering survey; polar coodinate method; foundation pit support

TU473

A

1671-1211(2017)06-0789-02

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.023

2017-09-01;改回日期2017-09-25

徐爱华(1965-),男,高级工程师,地质测绘专业,从事工程测量工作。E-mail:317683689@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1642.002.html数字出版日期2017-10-25 16:42

费雯丽)