沙 磊

(安徽省地質(zhì)實驗研究所(國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心),安徽 合肥 230041)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑不斷涌現(xiàn)，建筑物基坑開挖的深度和規(guī)模也越來越大。為保證深基坑開挖施工的安全，必須對基坑進行變形監(jiān)測。在基坑監(jiān)測工作中，一般在基坑外圍埋設(shè)平面基準點，然后利用導(dǎo)線測量[1]、前方交會等方法，計算在基坑邊緣的工作基點的坐標，最后在工作基點上架設(shè)全站儀測量監(jiān)測點。當(dāng)基坑場地?zé)o相對穩(wěn)定的工作基點，隨著深基坑的開挖，就必須對工作基點定期進行檢測，這樣導(dǎo)致復(fù)測工作量較大。對于布設(shè)閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)[1]，或布設(shè)相互垂直的兩條視線[2]，對基坑周邊環(huán)境要求較高，也很難找到合適地方作為控制點。對一些特殊場地，在兩個以上工作基點上架設(shè)儀器，才能觀測到所有監(jiān)測點，因此上述方法在造價以及高效性、實用性等方面都存在不足。本文采用邊角交會建立平面控制網(wǎng)，結(jié)合全站儀自由設(shè)站方法[3,5，7-8]，在多個工作基點上架設(shè)全站儀進行觀測，既提高了工作效率，也能滿足監(jiān)測精度要求。

1 建立監(jiān)測控制網(wǎng)新方法

1.1 導(dǎo)線測量建立控制網(wǎng)

城市的深基坑在開挖工程中，為了保護城市環(huán)境，施工場地必須進行圍擋施工，場地空間往往非常狹窄，可實現(xiàn)傳遞的視線通道較少，在僅有一個視線通道時，導(dǎo)線測量就有很大的局限性，城市鬧區(qū)基坑外圍環(huán)境，人車流量都較大，觀測工作易受影響。選擇在外圍已建建筑物的房頂埋設(shè)基準點，通?，F(xiàn)場環(huán)境要求高，有合適的條件才能滿足。因此通過導(dǎo)線測量建立控制網(wǎng) ，很難尋找到合適位置布設(shè)基準點。隨著深基坑的開挖，必須對工作基點定期進行檢測，后期復(fù)測工作量較大，工作效率也較低。

1.2 邊角交會建立控制網(wǎng)新方法

1.2.1 新方法基準點布設(shè)

傳統(tǒng)導(dǎo)線測量的基本思路是，在基坑外圍穩(wěn)定區(qū)域建立基準點，通過閉合導(dǎo)線測量估算工作基點坐標，這里采用逆向思維方式，以假定工作基點坐標反推基準點坐標，通過邊角交會測量建立控制網(wǎng)，再結(jié)合自由設(shè)站方法。如圖1所示，選擇3倍坑深影響范圍外，原有建筑物上安裝棱鏡作為基準點(G1、G2)，在基坑邊緣布設(shè)工作基點(J1、J2)，并能與基準點通視。在基坑開挖前，不妨設(shè)J1為原點，J2為后視點，分別在J1、J2架設(shè)全站儀，通過高精度全自動全站儀觀測ΔJ1J2G1和ΔJ2J1G2，測得兩個三角形的各邊長度及夾角，在進行平差計算，從而得出基準點G1、G2的坐標。

圖1 監(jiān)測控制網(wǎng)

1.2.2 新方法工作基點檢測

在深基坑開挖及使用過程中，需要對于工作基點穩(wěn)定性進行檢測，考慮到深基坑水平位移產(chǎn)生的力學(xué)原理，往往在基坑開挖及周邊載荷增加、大雨過后等關(guān)鍵節(jié)點時產(chǎn)生較大位移，因此每次觀測都進行工作基點穩(wěn)定性的檢測，其觀測的工作效率較低，特別是基坑變形相對穩(wěn)定時段，工作基點產(chǎn)生的變形，相對基坑監(jiān)測精度可以忽略不計時，工作基點復(fù)測的意義不大。如何保證基坑觀測的質(zhì)量，也能提高觀測工作的效率。這里采用如下方法，給工作基點與基準點的距離變化設(shè)置一個閾值[4]，每次監(jiān)測時都與基準點進行照準觀測，及時對工作基點與基準點的距離變化進行判斷。由于工作基點與基準點距離變化的直觀性，對工作基點穩(wěn)定性判斷方便快捷，工作效率得到了較大提高。

設(shè)J1G1、J1G2測距變化值為ΔS，這里對閾值的設(shè)置取測距觀測中誤差mS的2倍。當(dāng)觀測的距離變化ΔS小于閾值2mS時，可以采用忽略不計原則，以工作基點上次坐標作測站點進行測量，這樣就減少了基坑變形相對穩(wěn)定階段復(fù)測工作量；當(dāng)觀測的距離變化ΔS大于等于閾值2mS時，以基準點反算測站點新坐標，以工作基點新坐標作測站點進行測量，這時又彌補了基坑變形相對穩(wěn)定階段，未復(fù)測工作基點所丟失的變形量。

2 水平位移的精度分析

2.1 自由設(shè)站點精度估算

深基坑在開挖及使用過程中，工作基點會產(chǎn)生一定的變形，通過測定位于變形區(qū)影響范圍之外至少兩個固定已知目標，即自由設(shè)站法計算測站點坐標，文獻[3]給出全站儀自由設(shè)站法的原理及精度估算。

不妨設(shè)mJ為工作基點的位置誤差，方向觀測值中誤差為m0，則自由設(shè)站點點位中誤差為：

(1)

2.2 監(jiān)測點精度

采用極坐標法對每個監(jiān)測點進行觀測，用極坐標法估算監(jiān)測點觀測中誤差為(不考慮棱鏡的安置誤差)：

(2)

綜上所述，監(jiān)測點的點位中誤差來源于兩個方面：

(1)自由設(shè)站點點位中誤差mJ；(2)極坐標法測定點位平面坐標誤差m測。

因此監(jiān)測點的點位中誤差為：

⑶

3 工程應(yīng)用實例

某商業(yè)酒店深基坑位于鬧市區(qū)如圖2所示，該基坑?xùn)|側(cè)是主干道，北側(cè)及西側(cè)是已建商業(yè)酒店，南側(cè)為已建小廣場，考慮到施工安全及已建商場正常營業(yè)，在道路一側(cè)留有施工通道及施工生活區(qū)過道，其余三側(cè)已被圍擋封閉，基坑外圍無合適現(xiàn)狀房頂可以布設(shè)基準點，基坑開挖深度約14.7 m。

首先采用傳統(tǒng)閉合導(dǎo)線方法建立監(jiān)測控制網(wǎng)，在道路東側(cè)埋設(shè)2個基準點B1、B2，在基坑周邊布設(shè)2個工作基點J1、J2，由基準點與工作基點建立閉合導(dǎo)線控制網(wǎng)，隨著基坑的開挖，需要對工作基點J1、J2的坐標進行復(fù)測，這是一項很復(fù)雜的工作。由于城市主干道人車流量較大，工作基點的復(fù)測工作易受到影響，測量工作效率不高。

采用本文提出的新方法，在基坑?xùn)|側(cè)商業(yè)樓側(cè)面安裝2個棱鏡，作為基準點G1、G2，如圖2所示。在深基坑開挖前，不妨假設(shè)工作基點J2為原點，J1為北方向，利用徠卡全站儀，測角精度1″，測距標稱精度為(1.0+1×10-6×D)mm。分別在工作基點J1、J2上架設(shè)全站儀，對基準點G1、G2進行邊角測量，然后進行平差計算，解算出基準點G1、G2的坐標。

圖2 工程實例

在基坑開挖及使用過程中，在工作基點J1上架設(shè)全站儀，J1G1的觀測距離為97.551 8 m，J1G2的觀測距離為153.859 9 m，即測距中誤差分別為1.09 mm、1.15 mm?？紤]到監(jiān)測過程有觀測誤差、儀器誤差、外界環(huán)境影響等因素，根據(jù)觀測統(tǒng)計數(shù)據(jù)及現(xiàn)場觀測人員熟練程度，參考實際經(jīng)驗取測站與基準點距離變化閾值為2 mm。當(dāng)測站與基準點距離變化量不超過2 mm時，相對于基坑變形位移精度可忽略不計，工作基點采用上次原坐標值；當(dāng)測站與基準點距離變化量超過2 mm時，重新計算工作基點坐標，工作基點采用新坐標值。

在整個監(jiān)測期間，工作基點J1點累計距離變化量達到17mm，進行了4次坐標修正，其余觀測次數(shù)工作基點坐標與上次保持不變，工作效率得到較大提高。每次工作基點的復(fù)測，又能將未復(fù)測工作基點時所丟失的變形量改正過來，從而保證了整個監(jiān)測過程的數(shù)據(jù)質(zhì)量。隨著基坑北側(cè)地下室施工的完成，工作基點J1出現(xiàn)了遮擋，這時選取備用工作基點J2對南側(cè)剩余監(jiān)測點的進行監(jiān)測，保證了整個觀測過程基準的統(tǒng)一，順利地完成了后續(xù)監(jiān)測工作。

4 結(jié) 論

本文以邊角交會測量建立平面控制網(wǎng)，在結(jié)合全站儀自由設(shè)站方法的基礎(chǔ)上。通過設(shè)置距離變化閾值方法，檢測工作基點的穩(wěn)定性，進一步減少了內(nèi)外業(yè)工作量。因自由設(shè)站法不用建設(shè)固定觀測墩，不僅節(jié)約了經(jīng)費，也提高了測量工作效率。在實際工程中，方案設(shè)計時需要進行精度估算，確定使用何種精度的全站儀，測幾個測回等。