胡結(jié)實(shí) （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測(cè)站，安徽 合肥 230031）

1 引言

隨著合肥市城市基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，越來越多的高層建筑及超高層建筑拔地而起，讓整個(gè)城市邁入高層時(shí)代，挖深14m～19米的深基坑也開始屢見不鮮；自2012年合肥市跨入地鐵建設(shè)的第一天起，隨著軌道交通1～5號(hào)線陸續(xù)開工建設(shè)及開通，地鐵隧道工程使得合肥市的深基坑工程朝著深度更深、面積更大、區(qū)域更廣的趨勢(shì)發(fā)展，其中大東門站，是合肥軌道交通1號(hào)線和2號(hào)線的交匯點(diǎn)和換乘樞紐，也是迄今為止國(guó)內(nèi)罕見的復(fù)雜地質(zhì)、超大體量、四周高樓林立的地鐵換乘車站。兩站斜交呈“T”型，其中1號(hào)線車站在下，為地下四層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，也是1號(hào)線全線地下最深的站點(diǎn)；2號(hào)線車站在上，為地下三層三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，這個(gè)挖深32m的超深基坑，在合肥也是第一次出現(xiàn)。伴隨著高層建筑及地鐵建設(shè)的發(fā)展過程，隨之而來因深基坑施工而出現(xiàn)的工程事故也因此屢有發(fā)生，造成的人身?yè)p失和經(jīng)濟(jì)損失也不在少數(shù)。

在這種大建設(shè)的發(fā)展背景下，深基坑施工中的安全問題也愈來被各級(jí)行政管理部門重視起來。為了加強(qiáng)對(duì)合肥市深基坑工程管理，確保深基坑和相鄰建（構(gòu)）筑物、道路、地下管線等的安全，合肥市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)于2016年制定發(fā)布了《合肥市深基坑工程管理規(guī)定》，加強(qiáng)對(duì)深基坑從勘察設(shè)計(jì)到施工、監(jiān)理，以及監(jiān)測(cè)、檢測(cè)各項(xiàng)的具體管理。

1 自由設(shè)站法在深基坑變形監(jiān)測(cè)中的實(shí)際意義

深基坑施工過程中必須確保深基坑和相鄰建（構(gòu)）筑物、道路、地下管線等的安全，對(duì)于不同安全等級(jí)的基坑，《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有著明確的規(guī)定，作為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)三個(gè)安全等級(jí)基坑變形監(jiān)測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目，支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移的監(jiān)測(cè)是基坑變形監(jiān)測(cè)中最重要的一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。全站儀作為監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的重要工具，在深基坑的變形監(jiān)測(cè)中起著至關(guān)重要的作用，如何合理的利用好全站儀的強(qiáng)大功能，更好更靈活的服務(wù)于基坑變形監(jiān)測(cè)，是今天要探討的問題。

在深基坑變形監(jiān)測(cè)中，水平位移的監(jiān)測(cè)通常采用極坐標(biāo)法，具體如下：在基坑開挖影響范圍外設(shè)置固定監(jiān)測(cè)基點(diǎn)安放全站儀，測(cè)得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，各期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較得到各測(cè)點(diǎn)位移量。因受施工場(chǎng)地所限，不是每個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)都有條件布設(shè)固定的監(jiān)測(cè)工作點(diǎn)，如何解決這一問題，下面筆者就合肥市某深基坑項(xiàng)目進(jìn)行具體分析。

2 工程概況

該工程位于合肥市五河路北，東側(cè)緊鄰雙崗小學(xué)，北側(cè)和西側(cè)緊鄰現(xiàn)狀6～7F房屋，南側(cè)緊鄰五里河路及5F房屋；基坑支護(hù)開挖深度10m，基坑支護(hù)總體方案為排樁+內(nèi)支撐體系，支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1?；娱_挖邊線距周邊房屋最小距離僅2m，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞后果非常嚴(yán)重。本工程地貌單元為南淝河一級(jí)階地，土層自上而下為：雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土夾粉土、粉土與中粗砂互層，地下水主要為雜填土中上層滯水和粉土與中粗砂互層中的孔隙水?；拥孜挥?層粉質(zhì)黏土夾粉土。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：①樁頂?shù)乃轿灰票O(jiān)測(cè)；②樁頂?shù)呢Q向位移；③相鄰建筑、道路沉降監(jiān)測(cè)；④支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移（測(cè)斜）監(jiān)測(cè)；⑤支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測(cè)；⑥立柱沉降；⑦圍護(hù)樁內(nèi)力監(jiān)測(cè)；⑧斜撐支座沉降及水平位移。且本項(xiàng)目因?yàn)橹苓呄噜徑ㄖ?，距離基坑開挖距離近，同時(shí)進(jìn)行了部分項(xiàng)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：①相鄰建筑的實(shí)時(shí)傾斜監(jiān)測(cè)；②支護(hù)樁深層水平位移的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；③1棟相鄰建筑的實(shí)時(shí)沉降監(jiān)測(cè)。筆者主要就本工程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行分析。

因受施工場(chǎng)地地形和通視條件的限制，測(cè)站點(diǎn)只能設(shè)置在正在施工中的場(chǎng)地上，該區(qū)域?qū)儆诓环€(wěn)定區(qū)域，因此，采取全站儀自由設(shè)站法對(duì)該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示，共布置了3個(gè)觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，50個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。每次觀測(cè)時(shí)選取的測(cè)站點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離在200m左右，與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的距離為100～200m左右。

3 全站儀自由設(shè)站可靠性分析

3.1 自由設(shè)站工作原理

利用全站儀對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，若每次選取的測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)不相同，則各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)坐標(biāo)必然不同，但各測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)位置是相同的，全站儀自由設(shè)站法就是利用以上原理進(jìn)行。

具體監(jiān)測(cè)方法：遠(yuǎn)離基坑施工影響范圍外（一般在基坑開挖深度3倍距離以外）布置基準(zhǔn)點(diǎn)A、B、C，基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)必須穩(wěn)定可靠，設(shè)置為帶有強(qiáng)制對(duì)中的固定觀測(cè)墩，這樣可以消除基準(zhǔn)網(wǎng)的對(duì)中誤差。監(jiān)測(cè)過程中根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇通視條件好、方便監(jiān)測(cè)的位置自由設(shè)立儀器觀測(cè)站，然后依次觀測(cè)各基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)，初次觀測(cè)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的讀取必須在基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)穩(wěn)定后，取三次穩(wěn)定觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值作為整個(gè)監(jiān)測(cè)周期的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，形成初始坐標(biāo)系統(tǒng)，以后每期的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及初始坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)分析。監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的每次監(jiān)測(cè)采取同樣操作，測(cè)得每期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)最小二乘法原理，將各期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將各期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至初始坐標(biāo)系中進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，從而判斷各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化情況。

各監(jiān)測(cè)周期實(shí)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至初始基準(zhǔn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換公式為：

式中，n為基準(zhǔn)控制網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量；∑x、∑y中的x、y為基準(zhǔn)點(diǎn)的初始坐標(biāo)數(shù)據(jù)；∑A、∑B中的A、B為監(jiān)測(cè)周期內(nèi)各基準(zhǔn)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（不包括初始數(shù)據(jù)）；Ai、Bi為監(jiān)測(cè)點(diǎn)第i監(jiān)測(cè)周期的坐標(biāo)實(shí)測(cè)值；X、Y為第i期監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到初始基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。

3.2 精度分析

實(shí)際監(jiān)測(cè)中，采用全站儀自由設(shè)站法，采用極坐標(biāo)法進(jìn)行觀測(cè)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式為：

其中，α為水平角，β為天頂距，S為斜距。

根據(jù)誤差傳播定律公式，推算得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平坐標(biāo)精度為：

式中，mα為水平角的測(cè)角精度，mβ為天頂距的測(cè)角精度，ms為測(cè)距精度。

具體到本工程，使用儀器為Topcon OS-101型，該儀器標(biāo)稱精度為測(cè)角精度±1",測(cè)距精度為±（2mm+2ppm.D），代入以上公式，通過計(jì)算可以得到，如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)在距離自由設(shè)站點(diǎn)200m的范圍內(nèi)，則監(jiān)測(cè)點(diǎn)在水平位移中誤差為±2.23mm，而相對(duì)應(yīng)的深基坑二級(jí)變形測(cè)量的精度要求為水平位移中誤差為±3.0mm，所以應(yīng)用Topcon OS-101型全站儀自由設(shè)站法進(jìn)行該工程的水平位移監(jiān)測(cè)是滿足工程需要的。

4 監(jiān)測(cè)成果與分析

該基坑在施工期間，總計(jì)進(jìn)行了86期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移量最大為J34、J35點(diǎn)，分別為28mm和29mm。該部位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在2017年9月1日至4日的監(jiān)測(cè)期內(nèi)，單次變化量達(dá)到7mm，變化速率達(dá)到2.33mm/d，累計(jì)變化量達(dá)到了設(shè)計(jì)提供的預(yù)警值20mm，但在控制值30mm之內(nèi)。經(jīng)綜合本工程各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，該點(diǎn)的水平位移累計(jì)值（20mm）與相對(duì)應(yīng)的深層土體位移累計(jì)值（18mm）一致，根據(jù)施工工況，此時(shí)基坑的該部位正在進(jìn)行鋼格構(gòu)支撐的拆除，支撐力的消失是導(dǎo)致此次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化量過大的主要原因，經(jīng)監(jiān)測(cè)人員及時(shí)預(yù)警后，設(shè)計(jì)方調(diào)整了拆除方案，分解拆除步驟，延長(zhǎng)了拆除支撐的時(shí)間，并增加部分土方反壓，在拆除期間進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)。這些措施及時(shí)控制了險(xiǎn)情，確保了基坑安全和正常施工，之后該部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化量逐漸趨于穩(wěn)定，變化速率穩(wěn)定在1mm/d之內(nèi)，直至支撐安全拆除完畢，J34、J35點(diǎn)的累計(jì)變化量為28mm，在控制值30mm之內(nèi)，該施工部位的支撐得以安全拆除，監(jiān)測(cè)工作達(dá)到了及時(shí)預(yù)警險(xiǎn)情、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋況數(shù)據(jù)、及時(shí)給設(shè)計(jì)人員提供數(shù)據(jù)反饋、采取相應(yīng)措施的目的。

累計(jì)豎向位移量最大為13.5mm，超出設(shè)計(jì)提供的預(yù)警值10mm但在控制值15mm之內(nèi)，施工期間基坑工程支護(hù)結(jié)構(gòu)工作正常，周邊建筑無不良現(xiàn)象產(chǎn)生，施工狀況整體安全可靠。結(jié)合基坑施工狀況、周邊建筑的監(jiān)測(cè)狀況以及其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)綜合分析比較，全站儀自由設(shè)站法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)靈活可靠，時(shí)效性強(qiáng)，實(shí)用性突出，很好的滿足了工程施工中不同工況條件下對(duì)于監(jiān)測(cè)工作的要求，滿足本工程水平位移監(jiān)測(cè)的精度要求。

5 結(jié)語(yǔ)

利用全站儀自由設(shè)站法對(duì)深基坑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，其作業(yè)方式靈活，操作方便，精度指標(biāo)可靠，克服了施工場(chǎng)地有限，通視條件差等不利因素，提高了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)效率以及監(jiān)測(cè)工作的服務(wù)范圍，同時(shí)減少了采用固定測(cè)站點(diǎn)所常遇到的無法通視等問題，具有很好的工程實(shí)用價(jià)值。