江興林，李利文，李超

(濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東濟(jì)南 250013)

1 引言

基坑監(jiān)測作為基坑施工過程中的重要方面，其主要意義在于保障基坑施工安全，對基坑將要發(fā)生的坍塌事故等提出預(yù)警分析，并驗證基坑設(shè)計，為基坑設(shè)計提供參考。目前來說，對于形狀比較簡單的基坑，水平位移監(jiān)測的主要方法有測小角法、活動覘標(biāo)法、交會法、全站儀法及GPS靜態(tài)觀測法等，但對于形狀不規(guī)則的復(fù)雜基坑或者叫異型基坑，全站儀法是比較常用方法。對于后期的數(shù)據(jù)處理，大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理軟件都是收費(fèi)的。通過實踐，筆者認(rèn)為，在沒有數(shù)據(jù)處理軟件時，使用Excel軟件，設(shè)計各種計算表格，也能方便快捷的實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能。

2 全站儀法基坑監(jiān)測實施

圖1 某基坑監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

圖1是某基坑監(jiān)測點(diǎn)布置圖，可以看出基坑的形狀比較復(fù)雜，綜合考慮，選擇全站儀法進(jìn)行外業(yè)觀測，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

2.1 控制網(wǎng)的建立及施測

按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，水平位移觀測需布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。本工程基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在基坑影響范圍外的較穩(wěn)定區(qū)域(距離較遠(yuǎn)，圖1未顯示)，工作基點(diǎn)布設(shè)在基坑周圍相對穩(wěn)定且便于觀測的地方，為H、I、J、K四個點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)均采用強(qiáng)制對中標(biāo)志。

水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)按照相應(yīng)等級的基坑觀測及限差要求進(jìn)行觀測，并按照要求，對基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)定期進(jìn)行穩(wěn)定性檢測，檢測周期一般在一個月左右。

2.2 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)、施測

由于基坑監(jiān)測貫穿于整個基坑施工過程，持續(xù)時間較長，為保證監(jiān)測點(diǎn)穩(wěn)定可靠，所有監(jiān)測點(diǎn)均做成強(qiáng)制對中標(biāo)志，以減少對中誤差。監(jiān)測點(diǎn)附近噴涂醒目顏色的油漆并加強(qiáng)對基坑施工隊伍的宣傳，做好監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)工作。

使用萊卡TCA2003全站儀架設(shè)在工作基點(diǎn)上采用測回法進(jìn)行外業(yè)觀測，記錄監(jiān)測點(diǎn)相對于工作基點(diǎn)的角度和距離。

2.3 數(shù)據(jù)處理

(1)原始數(shù)據(jù)處理

根據(jù)場地情況，以工作基點(diǎn)H為原點(diǎn)H(XH，YH)，以H到J連線方向為坐標(biāo)Y軸，垂直Y軸方向為X軸建立獨(dú)立坐標(biāo)系。通過工作基點(diǎn)控制網(wǎng)測量獲得每個工作基點(diǎn)在此坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。該坐標(biāo)系應(yīng)與當(dāng)?shù)厥褂玫淖鴺?biāo)系統(tǒng)或整個工程使用的工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)測，得出坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

監(jiān)測點(diǎn)的施測和坐標(biāo)計算有兩種情況:

①當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)P是以H點(diǎn)為測站點(diǎn)，以J為定向點(diǎn)施測時，設(shè)置HJ起始方向為90°就可以通過觀測值直接獲得HP邊的坐標(biāo)方位角αHP和邊長SHP，由此根據(jù)平面直角坐標(biāo)正算公式，即可求得監(jiān)測點(diǎn)P的坐標(biāo)，

②當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)是從其他工作基點(diǎn)施測時，如以I點(diǎn)為測站點(diǎn)，以H為定向點(diǎn)時，應(yīng)首先計算邊IH的坐標(biāo)方位角αIH，外業(yè)施測時可以設(shè)置IH起始方向為αIH，但會增加外業(yè)計算困難，容易出錯，不如在外業(yè)施測時設(shè)置IH起始方向為0，內(nèi)業(yè)計算時加上這個方位角，然后利用平面直角坐標(biāo)正算公式計算監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)。

上面兩種情況的監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)計算可在Excel中設(shè)計如下樣式的表格實現(xiàn)，如表1所示。

基坑水平位移計算表 表1

表1中改化后角度就是指的不是在H點(diǎn)設(shè)站的情況下對原始觀測角的相應(yīng)變換計算。本例中的1～7號點(diǎn)均是以H點(diǎn)為測站點(diǎn)，以J為定向點(diǎn)施測的，所以角度不需要進(jìn)行改化;9～12號點(diǎn)是以I點(diǎn)為測站點(diǎn)，以H為定向點(diǎn)施測的，需要加上IH的坐標(biāo)方位角97°40'17″，得到改化后的角度。

(2)水平位移量計算

通過上述方法就可以計算每個監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)，將監(jiān)測點(diǎn)本期計算的坐標(biāo)和上一期的坐標(biāo)以及最開始的原始坐標(biāo)進(jìn)行比較，得到本期位移量和累計位移量，生成對比表，如表2所示。

基坑水平位移對比表 表2

(3)水平位移量在基坑法線方向的改化

對于基坑監(jiān)測，我們關(guān)注的是在基坑法線方向上的變化情況，由于上述方法計算的位移量只是監(jiān)測點(diǎn)在工程獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變化量，通過該坐標(biāo)變化量還不能直接準(zhǔn)確判讀監(jiān)測點(diǎn)相對于該點(diǎn)處基坑法線方向的變化量，所以需要計算坐標(biāo)變化量在該點(diǎn)處基坑法線方向的變化量。這一過程可通過以下方式實現(xiàn):

首先根據(jù)設(shè)計方提供的基坑邊線的曲線方程和設(shè)計坐標(biāo)以及獨(dú)立坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)或工程獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系得出基坑邊線在工程獨(dú)立坐標(biāo)系下的新曲線方程y=f(x)。

根據(jù)導(dǎo)數(shù)的幾何意義并應(yīng)用直線的點(diǎn)斜式方程，可知曲線 y=f(x)在點(diǎn)M(x0，y0)處的切線斜率為f'(x0)，該點(diǎn)處曲線的法線斜率為，這樣就可以得出該點(diǎn)處基坑的法線方向。

圖2 圓形基坑監(jiān)測點(diǎn)示意圖

如圖2所示，左圖為基坑監(jiān)測點(diǎn)示意圖，右圖為左圖的局部放大圖，2為上期監(jiān)測點(diǎn)位置，2'為本期觀測點(diǎn)位置。該基坑側(cè)壁設(shè)計為圓形，監(jiān)測點(diǎn)沿側(cè)壁成對布設(shè)。通過上述方法計算出2點(diǎn)處的基坑法線方位角。由于監(jiān)測點(diǎn)的每次位移量相對于基坑半徑是個極小量，可以認(rèn)為該方位角是個定值，然后計算該連線與坐標(biāo)Y軸的夾角α，則2'相對于2的變化量22'在O2方向上的投影S可用下式計算:

其余各點(diǎn)也以此方法分別進(jìn)行計算，這樣形成新的基坑水平位移成果表，格式如表3。

基坑水平位移監(jiān)測成果表 表3

同理，其他形狀的基坑也可以通過上述方法計算坐標(biāo)變化量在基坑法線方向的變化量。

利用Excel的制圖功能根據(jù)累計位移量繪制水平位移曲線圖，樣式如圖3。

圖3 基坑監(jiān)測點(diǎn)水平位移曲線圖

這樣就實現(xiàn)了基坑水平位移監(jiān)測從外業(yè)觀測到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的全過程。

3 結(jié)語

在整個計算過程中，我們要做的主要工作就是將原始數(shù)據(jù)錄入計算表格，剩余的過程都可以通過設(shè)定好各種公式自動計算獲得，進(jìn)行檢查校核的時候只需檢查觀測角度及距離有沒有輸錯。通過應(yīng)用表明，該方法具有快速、高效、可靠、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在外業(yè)觀測完成半小時內(nèi)即可提交觀測成果，必要時也可實現(xiàn)實時計算功能，完全滿足基坑施工對基坑監(jiān)測的及時性要求，為基坑施工及時準(zhǔn)確地提供基坑變形信息。

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