肖火云

(福建省建筑設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

邊坡監(jiān)測的意義在于提供邊坡位移和變形等變化規(guī)律，判斷邊坡的穩(wěn)定性，預測邊坡變形發(fā)展趨勢，當出現(xiàn)異常時，及時采取加固措施，以確保邊坡安全。通常來說，在多種變形監(jiān)測的方法中，極坐標法和前方交會用最多，現(xiàn)階段用全站儀和GPS直接測量變形點的三維坐標方法用來滑坡監(jiān)測的應(yīng)用較多。

TCA2003全站儀是自動化測量儀器,擁有了機動馬達、CCD影像傳感器并配有Monitor軟件的智能型電子全站儀，能夠通過主動尋找、辨別并精確照準、觀測目標，從而得到目標的距離、角度與三維坐標，并且能夠自動記錄數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)精度能夠達到測距±(1mm+1PPm)、測角0.5″，最大可能地降低了人的參與度，減少人工誤差，因此又稱為高精度測量機器人。TCA2003全站儀因其高精度、自動化的優(yōu)勢，現(xiàn)被普遍應(yīng)用于滑坡及大壩變形監(jiān)測、特大型橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控、地鐵隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)控等精度要求較高的工程測量中。高邊坡具有較大的危險性，需在施工和運營期間，對其進行連續(xù)性觀測，在邊坡出現(xiàn)危險情況時，需要及時預報。本文主要對南平某高邊坡采用TCA2003從施工階段到運營管理階段進行連續(xù)一年的監(jiān)測，通過分析邊坡累計位移和累計沉降觀測數(shù)據(jù)，得出邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)果。

1 測量原理

1.1 極坐標差分法基本原理

將監(jiān)測網(wǎng)的參考基準點設(shè)立在觀測目標變形的影響區(qū)域外穩(wěn)固的位置，變形點布設(shè)在需監(jiān)測的變形體上。根據(jù)極坐標的原理，在每一個監(jiān)測周期觀測并得到參考基準點和變形點的水平角、斜距以及天頂距，先將前者的測量值和其在設(shè)點時得到的值對比，得到由于儀器、大氣與溫度等偶然誤差值，然后將其和變形點的觀測值疊加，得變形點的真實坐標。具體來說，極坐標差分法變形網(wǎng)由參考基準點、儀器架設(shè)點以及變形點3點組成，通過在儀器架設(shè)點架設(shè)全站儀，觀測參考基準點和變形點的棱鏡，得到兩點各自的變形值，并且對兩點進行周期性的監(jiān)測。通過每次得到的變形值，計算得出變形體的變形趨勢，從而對變形體的安全穩(wěn)定性進行分析，并得出結(jié)論[1-2]。

1.2 中間法三角高程測量基本原理

中間法三角高程測量，顧名思義就是在兩目標點A、B之間大致中間位置上架設(shè)全站儀，類似于水準測量，通過觀測A、B兩點上架設(shè)的棱鏡，得到A點、B點與觀測點的高差h1和h2，類似于傳統(tǒng)三角高程測量，由此計算得到A點與B點之間的高差為：

hAB=h2-h1

圖1 中間法三角高程測量原理圖

在高邊坡監(jiān)測中，沉降監(jiān)測較危險及繁瑣，為減少工作量，可以用中間法三角高差測量代替水準測量，其觀測精度可以與水準測量相當[3]。通過計算監(jiān)測點和基準點的高差，與以往的周期性高差比較，得到各個監(jiān)測點的沉降變化量。對其沉降數(shù)據(jù)進行分析，得到其沉降變化規(guī)律。

2 實例分析

某高邊坡為平整建設(shè)用地時形成的人工邊坡，高度10m～46m。場地切坡后的坡面主要出露素填土、坡積粉質(zhì)粘土、全風化粉砂巖、土狀強風化粉砂巖、碎塊狀強風化粉砂巖、中風化粉砂巖。邊坡支護結(jié)構(gòu)采用框架-錨索支護，網(wǎng)格內(nèi)植草護面。邊坡抗震防烈度為6度，加速度0.05g，安全等級為一級，重要性系數(shù)r=1.1。邊坡支護的設(shè)計使用年限為50年。

由于該邊坡較高，普通的位移測量方法和水準測量較難進行。該邊坡監(jiān)測采取極坐標法進行位移監(jiān)測，中間法三角高程測量進行沉降監(jiān)測?；鶞庶c和工作基點采用強制觀測墩埋設(shè)在屋面或基巖上，變形監(jiān)測點采用萊卡小棱鏡永久埋設(shè)在邊坡的坡頂上。變形監(jiān)測點位分布圖如圖2所示。A、B、C、D四點為穩(wěn)定區(qū)域，構(gòu)成工作基點網(wǎng)，101～118為變形監(jiān)測點。A、B、C、D四點建立獨立的平面坐標系，坐標原點為工作區(qū)域的西南角，X軸方向平行于邊坡走向，Y軸方向垂直于邊坡走向。首先對工作基準網(wǎng)進行觀測，求得A、B、C、D四點的平面坐標。高程基準以A點高程為基準，求得B、C、D三點相對于A的高差。

圖2 點位分布圖

基準點的穩(wěn)定在位移和沉降觀測中非常重要，在進行測量之前，對4個工作基點進行了3次高精度觀測，4個基準點相互驗證。在觀測過程中，若發(fā)現(xiàn)工作基點發(fā)生形變，則根據(jù)精度要求進行加測，選擇最穩(wěn)定的點作為位移和沉降觀測起算點。

然后，將全站儀分別架設(shè)在A、B、C三個基準點，采取分組多測回的方法，測得各個監(jiān)測點的平面坐標以及與A點的高差值初始數(shù)據(jù)。

每次觀測采用多測回的方法，觀測2測回，保證測角中誤差在0.5″之內(nèi)。將每次的觀測得到的平面坐標以及與A點的高差值求得平均數(shù)據(jù)后，與初始數(shù)據(jù)相比，得到各個變形觀測點的平面坐標及高程的變化值?！鱵為各個變形監(jiān)測點的水平位移量，△h為各個變形監(jiān)測點的沉降量。

為從整體上進行合理分析該邊坡的變形情況，本文對所布設(shè)的18個變形觀測點的近一年觀測資料，進行了累計位移及累計沉降分析，得到各變形觀測點的累計位移和累沉降量的范圍及曲線圖。邊坡監(jiān)測期間，邊坡變形觀測點累計位移為-6.80mm～4.95mm，邊坡累計沉降為-5.35mm～11.00mm，變形觀測點累計位移及累計沉降曲線圖如圖3～圖4所示。

圖3 邊坡監(jiān)測點累計位移成果圖

圖4 邊坡監(jiān)測點累計沉降成果圖

此邊坡經(jīng)過一年的觀測，從邊坡的累計位移及沉降曲線圖可以看出，邊坡的總體變形較小，邊坡的位移及沉降速率逐漸變小，邊坡的變形趨于穩(wěn)定。由此可以得出，此邊坡現(xiàn)階段已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)論

(1)通過分析累計沉降和累計位移曲線圖，可得出邊坡的變形已趨于穩(wěn)定。運用TCA2003在邊坡施工進行監(jiān)測，可以指導施工，確保施工的安全，邊坡施工完成后繼續(xù)進行監(jiān)測，掌握了邊坡在運營期間的變形情況。由此可以得出，TCA2003用于高邊坡的位移及沉降監(jiān)測是真實有效的。

(2)TCA2003的高精度性和自動化的特點，使其在邊坡監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用。所用的方法滿足監(jiān)測的精度要求，采用極坐標法作水平位移監(jiān)測，中間法三角高程作沉降監(jiān)測，可使監(jiān)測工作基點布點靈活,且工作量大為減少, 該方法簡便、省時、效率高，尤其在邊坡發(fā)生險情需連續(xù)監(jiān)測時，具有迅速獲得監(jiān)測成果的優(yōu)勢。