張代劉海寬胡鋒王統(tǒng)寧

（1.河南省交通科學技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.公路橋梁安全檢測與加固技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，河南 鄭州 450000）

高精度全站儀在基坑變形監(jiān)測中的應(yīng)用

張代1，2劉海寬1，2胡鋒1，2王統(tǒng)寧1，2

（1.河南省交通科學技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.公路橋梁安全檢測與加固技術(shù)交通運輸行業(yè)研發(fā)中心，河南 鄭州 450000）

變形監(jiān)測是基坑監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)場監(jiān)測可為基坑的安全信息化施工提供可靠的保障。以河南省鄭州市鄭東新區(qū)龍湖區(qū)污水泵站基坑工程為例，利用徠卡TS30高精度全站儀對基坑變形進行全過程監(jiān)測，保證基坑支護結(jié)構(gòu)的安全和施工安全，可為同類型項目的監(jiān)測提供借鑒。

基坑；變形監(jiān)測；高精度全站儀

深基坑工程是土木工程中最為復雜的技術(shù)領(lǐng)域之一，其施工內(nèi)容豐富且富有變化。基坑施工不僅存在基坑本身的安全與穩(wěn)定問題，而且存在因土方開挖引起周圍地層移動，危及相鄰建筑物、地下管線網(wǎng)和城市市政設(shè)施的正常使用等問題。通過基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測可為信息化施工、設(shè)計優(yōu)化等提供依據(jù)，可及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證基坑及周邊環(huán)境的安全?；颖O(jiān)測應(yīng)綜合考慮基坑工程設(shè)計方案、建設(shè)場地的巖土工程條件、周邊環(huán)境條件、施工方案等因素，制定合理的監(jiān)測方案?；颖O(jiān)測內(nèi)容一般包括基坑圍護結(jié)構(gòu)水平和位移豎向位移、地層分層沉降量、基坑內(nèi)外水位及空隙水壓力、周邊相鄰建筑物及地下管線等保護對象的沉降和水平位移等，其中變形監(jiān)測是基坑監(jiān)測的重要內(nèi)容之一。

1 基于全站儀的變形監(jiān)測

目前，水平位移與豎向位移觀測的主要方法是采用高精度測量儀器測量角度、邊長的變化來測定變形。在所有的工程測量與監(jiān)測中，使用最多的儀器就是水準儀和全站儀。全站儀即全站型電子測距儀，是集光、機、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集水平角、垂直角、距離、高差測量功能于一體的測繪儀器。因其一次安置儀器即可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。全站儀廣泛用于大型建筑、地下工程施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。利用全站儀進行水平位移監(jiān)測時，可根據(jù)監(jiān)測點的分布情況采用后方交會法、前方交會法、極坐標法等；豎向位移可利用高精度全站儀采用精密三角高程測量法觀測［1］。

表1 場地地層分布情況

2 項目工程概況

河南省鄭州市鄭東新區(qū)龍湖區(qū)污水泵站工程為一處地下污水泵站。污水泵站主體工程為水池構(gòu)筑物，為全地下鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)，建筑面積271.11m2，設(shè)計流量為6.1萬t/d。泵房水池主體采用C30抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級為P8，底板墊層為C15素混凝土。泵站基坑設(shè)計最深為17m，基坑上口尺寸約39m×52m。場地地下水為第四系潛水，主要受大氣降水補給，勘察期間地下穩(wěn)定水位埋設(shè)為地表以下11.3m左右，一般水位年變幅2.0m左右，該場地3～5a最高水位為9.0m，歷史最高水位為0.5m。該項目場地地層分布如表1所示。

設(shè)計基坑支護為臨時支護，支護結(jié)構(gòu)形式為土釘墻。支護土釘鋼筋采用公稱直徑20mm的HRB400鋼筋制作，土釘注漿采用PO42.5級水泥，水灰比為0.50，采用二次注漿工藝，注漿壓力為0.4～0.6Mpa。土釘墻噴射混凝土采用PC32.5級水泥，強度不低于C20。

3 基坑變形監(jiān)測方案

3.1 監(jiān)測點的布設(shè)

本項目基坑開挖面積較大，坑深達17m，基坑邊坡均為高邊坡，且該泵站為重要工程設(shè)施，依據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）確定該項目為一級基坑。監(jiān)測基準網(wǎng)采用獨立坐標系統(tǒng)和獨立高程系統(tǒng)，并進行一次布網(wǎng)。該項目共布設(shè)4個基準點，構(gòu)成監(jiān)測基準網(wǎng)，基準點全部布設(shè)在施工區(qū)以外穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)物上?；鶞庶c布設(shè)完成后，對基準網(wǎng)經(jīng)過多次復測，確認基準點處于穩(wěn)定狀態(tài)后使用［2］。

變形監(jiān)測點應(yīng)直接埋設(shè)在要測定的變形體上，而且點位應(yīng)設(shè)置于變形體的特征部位，要求設(shè)置牢固，便于觀測，結(jié)構(gòu)合理。根據(jù)基坑設(shè)計文件及現(xiàn)行規(guī)范要求確定基坑變形監(jiān)測點的布設(shè)。該項目沿基坑周邊共布置10個監(jiān)測點，并采用水平位移和豎向位移同點觀測的布點方式，采用多點后方交會的方法觀測監(jiān)測點的變形。測點布置平面示意及坐標系如圖1所示［3］。

3.2 監(jiān)測儀器與方法

基坑變形監(jiān)測采用徠卡TS30高精度全站儀。徠卡TS30全站儀的測角精度為0.5″，測距精度為0.6mm+ 1ppm，高精度儀器為精密測量提供了技術(shù)保障。TS30首次運用了壓電陶瓷驅(qū)動技術(shù)，使得全站儀擁有極佳的動態(tài)跟蹤性能，保證了苛刻環(huán)境下動態(tài)跟蹤的最佳精度，同時具備最快的加速度和轉(zhuǎn)速，能幫助監(jiān)測技術(shù)人員極大地提高作業(yè)效率。本項目變形監(jiān)測采用的徠卡TS30高精度全站儀及配件如圖2所示。

圖1 基坑變形監(jiān)測點的布置與坐標系

圖2 徠卡TS30全站儀及配件

利用全站儀的自由設(shè)站（后方交會）功能無需顧慮危險圓，可在待定控制點或者任意臨時點設(shè)站，后視多個已知控制點觀測方向和距離，并按間接平差方法計算待定點坐標的控制測量方法。測站點的平面坐標及高程根據(jù)方向觀測值和邊長觀測值建立方向誤差方程式和邊長誤差方程，然后根據(jù)最小二乘法原理計算待定點坐標平差值。利用全站儀采用多點后方交會，可以大大提高觀測精度［4］。

3.3 監(jiān)測精度與報警值

監(jiān)測精度根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）相關(guān)規(guī)定和要求確定，并且要滿足以下幾個因素：①應(yīng)能滿足監(jiān)測報警要求，包括變化速率及報警累計值兩個監(jiān)測報警值的監(jiān)測要求；②應(yīng)與現(xiàn)行測量規(guī)范規(guī)定的測量精度相協(xié)調(diào)；③在控制監(jiān)測成本的情況下適當提高精度要求［5］。

監(jiān)測報警值應(yīng)由監(jiān)測項目的累計變化量和變化速率共同控制。基坑設(shè)計確定的基坑變形控制等級為二級，監(jiān)測報警值為：水平位移累計值小于35mm，變形速率小于3mm/d；豎向位移累計值小于35mm，變形速率小于3mm/d?，F(xiàn)場監(jiān)測按黃色、橙色和紅色三級警戒狀態(tài)進行管理和控制，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測點變形量及變形速率情況判斷，具體如表2所示。

表2 監(jiān)測預警狀態(tài)管理

另外，當出現(xiàn)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）規(guī)定的情況時，應(yīng)立即進行危險報警，并通知業(yè)主、施工單位和監(jiān)理等各單位采取應(yīng)急措施。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

4.1 數(shù)據(jù)處理要點

監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與信息反饋宜采用專業(yè)軟件，并宜具備數(shù)據(jù)采集、處理、分析、查詢和管理一體化以及監(jiān)測成果可視化的功能。數(shù)據(jù)處理時主要注意以下幾個方面：①觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應(yīng)分析原因，必要時應(yīng)進行重測；②儀器監(jiān)測項目各監(jiān)測點的本次測試值、單次變化值、變化速率及累計值等，必要時繪制有關(guān)曲線；③對達到或超過報警值的監(jiān)測點應(yīng)有報警標示，并進行分析和提出施工建議等。

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在鄭東新區(qū)龍湖區(qū)污水泵站工程基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)施工和基坑回填過程中，對基坑變形進行了全過程觀測和巡查。監(jiān)測過程中，基坑變形測點累計最大水平位移為28.2mm，小于預設(shè)報警值35.0mm；測點水平位移變形速率最大值為2.24mm/d，小于預設(shè)報警值3.00mm/d?；幼冃螠y點累計最大豎向位移為5.8mm，小于預設(shè)報警值35.0mm；測點豎向位移變形速率最大值為0.61mm/d，小于預設(shè)報警值3.00mm/d。基坑變形測點沿X方向累計水平位移曲線、沿Y軸方向累計水平位移曲線和累計豎向位移（Z向）曲線分別如圖3～5所示。

在2015年5月10日-10月26日監(jiān)測期間，測點變形量及變形速率均未超過報警限值，監(jiān)測期間未發(fā)現(xiàn)基坑支護結(jié)構(gòu)或周邊土體未出現(xiàn)過大變形；基坑未出現(xiàn)流沙、管涌、隆起、陷落或較嚴重的滲漏；基坑周邊建筑的結(jié)構(gòu)部分、周邊地面未發(fā)現(xiàn)裂縫或危害結(jié)構(gòu)的變形裂縫?；又苓吂芫€未見明顯變形或出現(xiàn)裂縫、泄露等。

5 結(jié)語

變形監(jiān)測是基坑監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)場監(jiān)測應(yīng)制定合理的監(jiān)測方案和采用科學的監(jiān)測方法，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時、可靠。運用高精度全站儀可實現(xiàn)其水平及豎向位移的快速監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析與評價，為基坑的安全信息化施工提供了可靠的保障。在鄭東新區(qū)龍湖區(qū)污水泵站工程基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)施工和基坑回填過程中，利用徠卡TS30高精度全站儀對基坑變形進行了全過程監(jiān)測，保證了基坑支護結(jié)構(gòu)的安全和施工安全，可為同類型項目的監(jiān)測提供參考。

圖3 測點X向累計位移曲線

圖4 測點Y向累計位移曲線

圖5 測點豎向位移累計曲線

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50497-2009.建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［2］中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50026-2007.工程測量規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ 8-2016.建筑變形測量規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

［4］蔣宿王.基坑監(jiān)測技術(shù)的研究與應(yīng)用［D］.長春：吉林大學，2010.

［5］劉兆民.深基坑變形監(jiān)測體系研究及工程應(yīng)用［D］.大連：大連理工法學，2013.

Application of High Precision Total Station Instrument in Deformation Monitoring of Foundation Pit

Zhang Dai1,2Liu Haikuan1,2Hu Feng1,2Wang Tongning1,2
（1.Henan Transportation Research Institute Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；2.Highway Bridge Safety Inspection and Reinforcement Technology Transportation Industry Research and Development Center，Zhengzhou Henan 450000）

Deformation monitoring is an important part of excavation monitoring,situ monitoring can provide a reliable guarantee for the security of construction.Taking the foundation pit project of sewage pumping station located in Longhu district,Zhengdong new district in Zhengzhou city of Henan province as an example,the deformation of foundation pit was monitored in the whole process by using Leica TS30 high precision total station instrument,to ensure the safety of foundation pit structure and construction safety,which can provide reference for the same type of project monitoring.

foundation pit；deformation monitoring；high precision total station instrument

TU196.1

A

1003-5168（2017）05-0111-03

2017-04-15

張代（1991-），男，助理工程師，研究方向：橋梁檢測與監(jiān)測。

劉海寬（1985-），男，碩士，工程師，研究方向：橋梁設(shè)計與檢測。