占景輝

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 廣州 510500）

隨著我國(guó)人口數(shù)量的不斷上升，城市居民變得越來(lái)越多，對(duì)土地競(jìng)爭(zhēng)變得越來(lái)越激烈，為了能夠?qū)Τ鞘杏邢薜耐恋刭Y源進(jìn)行盡可能充分的利用，城市在建設(shè)過(guò)程中建筑變得越來(lái)越高。高層建筑由于其具有樓層高、結(jié)構(gòu)大、施工復(fù)雜等方面的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的在對(duì)它的基坑變形監(jiān)測(cè)時(shí)，很多方面也和普通建筑具有很大的不同，就比如監(jiān)測(cè)目標(biāo)、監(jiān)測(cè)手段的選用等方面。良好的基坑變形工作對(duì)于保證建筑施工的質(zhì)量，保證施工安全性，提升居民的滿意度具有非常重要的作用。一般來(lái)講高層建筑的基坑在開(kāi)挖之后，由于建筑區(qū)域周圍土體結(jié)構(gòu)和原來(lái)相比，發(fā)生了一定的變化，土體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生于一個(gè)重力重分布和約束的過(guò)程，土體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)會(huì)由在未開(kāi)挖之前的靜止土壓力狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合力壓力狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的基坑周邊的土體就會(huì)出現(xiàn)變形回彈現(xiàn)象。這種變形會(huì)隨著周圍工程施工的不斷進(jìn)行，荷載的不斷增加而逐步增加，當(dāng)基坑變形到一定程度之后整個(gè)建筑物就會(huì)存在很大的安全隱患。要想對(duì)基坑變形做好有效的預(yù)防，就需要借助先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變形情況，關(guān)注基坑的動(dòng)態(tài)變化，為施工人員提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，指導(dǎo)他們采取正確的措施，控制基坑變形。當(dāng)前在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最多的要數(shù)自動(dòng)化全站儀，借助這種裝置所具有的自動(dòng)識(shí)別功能、智能照準(zhǔn)定位功能、自由設(shè)站法等功能，不僅能夠有效減少施工周邊土地變形的程度，還能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生的位移量，并及時(shí)向施工人員反饋。

1 自動(dòng)全站儀監(jiān)測(cè)技術(shù)

我國(guó)科技水平的不斷提升，在很大程度上提升了設(shè)備的智能化，如今隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，如今全站儀直接坐標(biāo)法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在高層建筑基坑變形監(jiān)測(cè)工作中，比如監(jiān)測(cè)高層建筑發(fā)生的沉降以及水平位移。這種監(jiān)測(cè)技術(shù)相比傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段來(lái)講，更加能夠準(zhǔn)確快速的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，變形點(diǎn)的原始信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確獲取，保證了基坑變形監(jiān)測(cè)的質(zhì)量。

1.1 全站儀自由設(shè)站觀測(cè)的原理分析

當(dāng)前看來(lái)，高層建筑的基坑變形監(jiān)測(cè)中，采用最為廣泛的技術(shù)要數(shù)全站儀的自由設(shè)站法。在借助全站儀對(duì)建筑物基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，首先需要在基坑的附近設(shè)置一個(gè)便于觀測(cè)的觀測(cè)站點(diǎn)，然后還需要隨意設(shè)置測(cè)站點(diǎn)的方位角以及空間坐標(biāo)，借助全站儀所具有的智能化數(shù)據(jù)采集分析功能實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別定位。簡(jiǎn)單來(lái)講全站儀的自由設(shè)站觀測(cè)原理其實(shí)就是觀測(cè)人員通過(guò)對(duì)基坑周邊的環(huán)境狀況進(jìn)行分析，借助建議自由的觀測(cè)坐標(biāo)系，然后通過(guò)預(yù)先設(shè)定好的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)多個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合，從而獲得自有坐標(biāo)系下多套精確的數(shù)據(jù)信息，最后在借助計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，就可以把監(jiān)測(cè)所得的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)自由設(shè)站觀測(cè)。在借助全站儀對(duì)基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可以充分借助它所具有的全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)功能，將對(duì)基坑的全天候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)分析處理，然后再借助光纖專網(wǎng)或者是公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑變形觀測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

1.2 全站儀自由設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

全站儀在利用自由設(shè)站觀測(cè)原理對(duì)基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)候，它的設(shè)站原理主要由圖1 所示。

圖1 自動(dòng)全站儀的自由設(shè)站原理

在自由設(shè)站對(duì)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法中，主要包括兩大類點(diǎn)，它們分別為自由設(shè)站點(diǎn)以及基準(zhǔn)點(diǎn)，它們的相關(guān)分別在圖1 中也有所體現(xiàn)，其中的點(diǎn)p 就是根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)所設(shè)置的自由設(shè)站點(diǎn)，它的設(shè)定需要依據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w環(huán)境情況，另外k1、k2、k3、k4 四個(gè)點(diǎn)則分別為基準(zhǔn)點(diǎn)。檢測(cè)過(guò)程大致就是在自由設(shè)站點(diǎn)p位置設(shè)置一臺(tái)自動(dòng)全站儀，瞄準(zhǔn)的方向我們可以假設(shè)為ki，得出的基點(diǎn)的方向值以及距離值我們?cè)O(shè)定為Ni、Si，然后再借助一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法就可以得出p 點(diǎn)的坐標(biāo)。

在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，其實(shí)我們都清楚對(duì)基坑變形的監(jiān)測(cè)其實(shí)是屬于一種小范圍內(nèi)短距離的變形監(jiān)測(cè)，在計(jì)算的時(shí)候就可以借助最小二乘法來(lái)設(shè)定平面坐標(biāo)，在計(jì)算出p 點(diǎn)橫縱坐標(biāo)的近似值之后，加上或者減去相應(yīng)改正數(shù)就能夠得到p 點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

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

2.1 工程概況

廣東省某地的大型建筑深基坑長(zhǎng)約為120m，寬105m，開(kāi)挖深度為15m，東臨7 層高的建筑物兩座，6 層高的建筑物一座；南臨12 層高建筑物，北臨一座正在施工建設(shè)的高層建筑物。另外基坑和城市交通干道的距離比較近，僅20m 左右的距離，基坑的具體施工平面圖如圖2 所示。

圖2 深基坑施工平面圖

從施工平面圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，深基坑的施工場(chǎng)地比較狹小，周邊的環(huán)境也十分復(fù)雜，因此對(duì)基坑變形控制的要求也會(huì)比較高。根據(jù)高層建筑基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)，需要按照一級(jí)基坑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)控制。

2.2 具體監(jiān)測(cè)方案

根據(jù)該處建筑物的施工環(huán)境，施工人員分別在k1、k2 兩處設(shè)置了一個(gè)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，大約距離基坑的距離為50m，滿足大于基坑深度3 倍以上的設(shè)置要求。在對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)時(shí)，一定要充分考慮基坑變形對(duì)其影響，另外還需要保證兩點(diǎn)之間的連線和和基坑一側(cè)的邊線盡量保持平行。我們假設(shè)k2 的坐標(biāo)為（500，500），借助測(cè)角精度為052″的TC2003 全站儀，對(duì)兩基點(diǎn)之間平距進(jìn)行測(cè)量，并且還要假設(shè)方向角為π，這個(gè)時(shí)候就能夠建立一套專門用于監(jiān)測(cè)的獨(dú)立的坐標(biāo)體系。然后我們就可以計(jì)算出K1 的平面坐標(biāo)為（374，420，500），通過(guò)調(diào)度全站儀的自由設(shè)站模塊程序，在界面上輸入所測(cè)得的K1，K2 坐標(biāo)值，同時(shí)測(cè)定好pK1，pK2 的方向角以及長(zhǎng)度。按照任務(wù)要求構(gòu)建專門的監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要盡可能保證監(jiān)測(cè)的全面性，在對(duì)基坑變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)，還要保證做好主體建筑物以及周邊建筑沉降的變形監(jiān)測(cè)。在此次工程中共設(shè)立了15 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)從D1～D15，要保證這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)都能夠埋入到鉆桿送入式標(biāo)志。借助口徑為127mm 的工程地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，另外由于基坑距離交通主干道距離比較近，為了能夠盡快獲得監(jiān)測(cè)結(jié)果，還要借助全站儀的自由設(shè)站加極坐標(biāo)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

我們知道p 為自由設(shè)站點(diǎn)，兩K 點(diǎn)分別為基準(zhǔn)點(diǎn)，在調(diào)用全站儀的內(nèi)部模塊單元對(duì)PK1，PK2 測(cè)定出兩條測(cè)控線的方向以及距離之后，能夠得出p 點(diǎn)的統(tǒng)一化平面坐標(biāo)，然后再借助K1 或者K2 進(jìn)行方向的定位，用相應(yīng)的方法測(cè)定出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的極坐標(biāo)值。在經(jīng)過(guò)1 個(gè)月左右的時(shí)間的監(jiān)測(cè)之后，為了驗(yàn)證所的數(shù)據(jù)的精確性，我們?nèi)芜x其中的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，取與p 點(diǎn)的交會(huì)角為β=45°54′17″，β1=52°56′12″，邊長(zhǎng)pK1 值為100.02m 測(cè)定所得數(shù)據(jù)的精度。結(jié)合TC2003 高精度自動(dòng)全站儀的標(biāo)稱精度，綜合在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的測(cè)距誤差、測(cè)角誤差、監(jiān)測(cè)點(diǎn)棱鏡對(duì)中誤差以及自由測(cè)站點(diǎn)的誤差，通過(guò)一定的計(jì)算可以得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)中存在的誤差為1.71mm 左右，我們還知道一級(jí)基坑監(jiān)測(cè)要求為1/10～1/20，允許的范圍約為1.5～2.0mm 之間，1.71＜2.0 所以說(shuō)借助TC2003 型號(hào)的高精度自動(dòng)全站儀對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)，能夠很好的滿足工程相關(guān)要求，值得推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)本文的分析，可以知道自動(dòng)全站儀的自動(dòng)設(shè)站法能夠?qū)Ω邔咏ㄖ械纳罨邮┕ぷ冃蜗嚓P(guān)的問(wèn)題有一個(gè)很好的監(jiān)控，并且能夠?qū)ψ冃伪O(jiān)測(cè)的精度進(jìn)行有效的把控，能夠把精度嚴(yán)格控制在相關(guān)規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。由于自動(dòng)全站儀的自由設(shè)站加極坐標(biāo)法具有操作方便快捷、靈活、計(jì)算效率高等方面的優(yōu)點(diǎn)，另外還能夠?yàn)榛邮┕ぬ峁┘皶r(shí)、準(zhǔn)確的變形監(jiān)測(cè)方面的數(shù)據(jù)，在很大程度上保證了高層建筑的基坑施工安全，提升了建筑整體的質(zhì)量。

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