深基坑水平位移监测新方法的研究与应用*

沙 磊

(安徽省地质实验研究所(国土资源部合肥矿产资源监督检测中心),安徽 合肥 230041)

随着城市建设的发展，高层建筑不断涌现，建筑物基坑开挖的深度和规模也越来越大。为保证深基坑开挖施工的安全，必须对基坑进行变形监测。在基坑监测工作中，一般在基坑外围埋设平面基准点，然后利用导线测量[1]、前方交会等方法，计算在基坑边缘的工作基点的坐标，最后在工作基点上架设全站仪测量监测点。当基坑场地无相对稳定的工作基点，随着深基坑的开挖，就必须对工作基点定期进行检测，这样导致复测工作量较大。对于布设闭合导线控制网[1]，或布设相互垂直的两条视线[2]，对基坑周边环境要求较高，也很难找到合适地方作为控制点。对一些特殊场地，在两个以上工作基点上架设仪器，才能观测到所有监测点，因此上述方法在造价以及高效性、实用性等方面都存在不足。本文采用边角交会建立平面控制网，结合全站仪自由设站方法[3,5，7-8]，在多个工作基点上架设全站仪进行观测，既提高了工作效率，也能满足监测精度要求。

1 建立监测控制网新方法

1.1 导线测量建立控制网

城市的深基坑在开挖工程中，为了保护城市环境，施工场地必须进行围挡施工，场地空间往往非常狭窄，可实现传递的视线通道较少，在仅有一个视线通道时，导线测量就有很大的局限性，城市闹区基坑外围环境，人车流量都较大，观测工作易受影响。选择在外围已建建筑物的房顶埋设基准点，通常现场环境要求高，有合适的条件才能满足。因此通过导线测量建立控制网 ，很难寻找到合适位置布设基准点。随着深基坑的开挖，必须对工作基点定期进行检测，后期复测工作量较大，工作效率也较低。

1.2 边角交会建立控制网新方法

1.2.1 新方法基准点布设

传统导线测量的基本思路是，在基坑外围稳定区域建立基准点，通过闭合导线测量估算工作基点坐标，这里采用逆向思维方式，以假定工作基点坐标反推基准点坐标，通过边角交会测量建立控制网，再结合自由设站方法。如图1所示，选择3倍坑深影响范围外，原有建筑物上安装棱镜作为基准点(G1、G2)，在基坑边缘布设工作基点(J1、J2)，并能与基准点通视。在基坑开挖前，不妨设J1为原点，J2为后视点，分别在J1、J2架设全站仪，通过高精度全自动全站仪观测ΔJ1J2G1和ΔJ2J1G2，测得两个三角形的各边长度及夹角，在进行平差计算，从而得出基准点G1、G2的坐标。

图1 监测控制网

1.2.2 新方法工作基点检测

在深基坑开挖及使用过程中，需要对于工作基点稳定性进行检测，考虑到深基坑水平位移产生的力学原理，往往在基坑开挖及周边载荷增加、大雨过后等关键节点时产生较大位移，因此每次观测都进行工作基点稳定性的检测，其观测的工作效率较低，特别是基坑变形相对稳定时段，工作基点产生的变形，相对基坑监测精度可以忽略不计时，工作基点复测的意义不大。如何保证基坑观测的质量，也能提高观测工作的效率。这里采用如下方法，给工作基点与基准点的距离变化设置一个阈值[4]，每次监测时都与基准点进行照准观测，及时对工作基点与基准点的距离变化进行判断。由于工作基点与基准点距离变化的直观性，对工作基点稳定性判断方便快捷，工作效率得到了较大提高。

设J1G1、J1G2测距变化值为ΔS，这里对阈值的设置取测距观测中误差mS的2倍。当观测的距离变化ΔS小于阈值2mS时，可以采用忽略不计原则，以工作基点上次坐标作测站点进行测量，这样就减少了基坑变形相对稳定阶段复测工作量；当观测的距离变化ΔS大于等于阈值2mS时，以基准点反算测站点新坐标，以工作基点新坐标作测站点进行测量，这时又弥补了基坑变形相对稳定阶段，未复测工作基点所丢失的变形量。

2 水平位移的精度分析

2.1 自由设站点精度估算

深基坑在开挖及使用过程中，工作基点会产生一定的变形，通过测定位于变形区影响范围之外至少两个固定已知目标，即自由设站法计算测站点坐标，文献[3]给出全站仪自由设站法的原理及精度估算。

不妨设mJ为工作基点的位置误差，方向观测值中误差为m0，则自由设站点点位中误差为：

(1)

2.2 监测点精度

采用极坐标法对每个监测点进行观测，用极坐标法估算监测点观测中误差为(不考虑棱镜的安置误差)：

(2)

综上所述，监测点的点位中误差来源于两个方面：

(1)自由设站点点位中误差mJ；(2)极坐标法测定点位平面坐标误差m测。

因此监测点的点位中误差为：

⑶

3 工程应用实例

某商业酒店深基坑位于闹市区如图2所示，该基坑东侧是主干道，北侧及西侧是已建商业酒店，南侧为已建小广场，考虑到施工安全及已建商场正常营业，在道路一侧留有施工通道及施工生活区过道，其余三侧已被围挡封闭，基坑外围无合适现状房顶可以布设基准点，基坑开挖深度约14.7 m。

首先采用传统闭合导线方法建立监测控制网，在道路东侧埋设2个基准点B1、B2，在基坑周边布设2个工作基点J1、J2，由基准点与工作基点建立闭合导线控制网，随着基坑的开挖，需要对工作基点J1、J2的坐标进行复测，这是一项很复杂的工作。由于城市主干道人车流量较大，工作基点的复测工作易受到影响，测量工作效率不高。

采用本文提出的新方法，在基坑东侧商业楼侧面安装2个棱镜，作为基准点G1、G2，如图2所示。在深基坑开挖前，不妨假设工作基点J2为原点，J1为北方向，利用徕卡全站仪，测角精度1″，测距标称精度为(1.0+1×10-6×D)mm。分别在工作基点J1、J2上架设全站仪，对基准点G1、G2进行边角测量，然后进行平差计算，解算出基准点G1、G2的坐标。

图2 工程实例

在基坑开挖及使用过程中，在工作基点J1上架设全站仪，J1G1的观测距离为97.551 8 m，J1G2的观测距离为153.859 9 m，即测距中误差分别为1.09 mm、1.15 mm。考虑到监测过程有观测误差、仪器误差、外界环境影响等因素，根据观测统计数据及现场观测人员熟练程度，参考实际经验取测站与基准点距离变化阈值为2 mm。当测站与基准点距离变化量不超过2 mm时，相对于基坑变形位移精度可忽略不计，工作基点采用上次原坐标值；当测站与基准点距离变化量超过2 mm时，重新计算工作基点坐标，工作基点采用新坐标值。

在整个监测期间，工作基点J1点累计距离变化量达到17mm，进行了4次坐标修正，其余观测次数工作基点坐标与上次保持不变，工作效率得到较大提高。每次工作基点的复测，又能将未复测工作基点时所丢失的变形量改正过来，从而保证了整个监测过程的数据质量。随着基坑北侧地下室施工的完成，工作基点J1出现了遮挡，这时选取备用工作基点J2对南侧剩余监测点的进行监测，保证了整个观测过程基准的统一，顺利地完成了后续监测工作。

4 结 论

本文以边角交会测量建立平面控制网，在结合全站仪自由设站方法的基础上。通过设置距离变化阈值方法，检测工作基点的稳定性，进一步减少了内外业工作量。因自由设站法不用建设固定观测墩，不仅节约了经费，也提高了测量工作效率。在实际工程中，方案设计时需要进行精度估算，确定使用何种精度的全站仪，测几个测回等。