秦明峰

（珠海市測繪院，廣東 珠海 519000）

0.引言

近年來，隨著城市化水平的提高，城市人口密度逐年增加，為了緩解交通壓力和城市核心區(qū)土地資源緊缺的難題，城市綜合開發(fā)出現(xiàn)立體化及多元化的特點，地下空間的開發(fā)速度和力度逐漸加快，比如，地鐵隧道、地下車庫、地下綜合商場在各城市快速建設(shè)，從而出現(xiàn)了大量的城市基坑工程，這類基坑工程具有下列特點：毗鄰人類活動區(qū)，安全風(fēng)險高，影響范圍廣；開挖深度大，施工所需時間緊迫。近年來，出現(xiàn)了多起基坑坍塌事件，造成了非常大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。針對此類深大基坑，通常需要安全監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)基坑特征點三維坐標(biāo)的變化對基坑的及時支護(hù)及相關(guān)專業(yè)決策具有重大意義。國內(nèi)外學(xué)者對基坑監(jiān)測方法做了大量研究，比如，文獻(xiàn)[1]研究了基坑變形監(jiān)測的內(nèi)容和預(yù)報方法，提出了監(jiān)測點精度要求反推控制網(wǎng)等級的技術(shù)方案，并驗證了該方法的正確性和可行性；文獻(xiàn)[2]以實際小區(qū)項目為例，主要分析基坑施工對周邊建筑物的影響及建筑物變形原因分析；文獻(xiàn)[3]以北京市某深基坑為研究對象，論述了基坑監(jiān)測點的布設(shè)及監(jiān)測方法，主要包括水平、豎向位移監(jiān)測、深層水平位移監(jiān)測及錨桿拉力監(jiān)測、地下水位監(jiān)測等，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析；文獻(xiàn)[4]推導(dǎo)出了一種精密三角高程測量公式，該方法不用量取儀器高、棱鏡高，減少了三角高程測量中的誤差來源，證明了精密三角高程可以在沉降監(jiān)測中代替三等水準(zhǔn)，解決了幾何水準(zhǔn)測量任務(wù)量大、效率低的問題。

基坑開挖過程中關(guān)系到人們的生命和財產(chǎn)安全，近年來，相關(guān)部門對基坑監(jiān)測的重視程度日益增加，有必要研究出新的監(jiān)測方式，盡量提高工作效率，簡化作業(yè)流程，提高監(jiān)測精度。由于基坑開挖過程中周邊環(huán)境復(fù)雜，機械較多，部分監(jiān)測點人員無法到達(dá)，所以本文平面位移監(jiān)測采用不接觸式測量的方法，采用智能全站儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集，在一定程度上減少了照準(zhǔn)誤差，提高了作業(yè)人員的安全系數(shù)。另一方面，該方法作業(yè)時間短，減少了周圍環(huán)境溫度變化造成的誤差。

1.基坑監(jiān)測方法介紹

1.1 平面位移監(jiān)測

平面位移監(jiān)測方法有GNSS方法和傳統(tǒng)的測角測距方法。由于城市高樓林立，GNSS信號容易被遮擋，通常情況下傳統(tǒng)測角測距方法更適合用于基坑監(jiān)測。全站儀監(jiān)測方法是在監(jiān)測點架設(shè)儀器，以某方向為起始方位，測定測站點與變形點之間的距離和方位，然后內(nèi)業(yè)加入氣象等改正求得變形點的三維坐標(biāo)。

1.2 垂直位移監(jiān)測

目前，垂直位移監(jiān)測方法多種多樣，精度各異。由于基坑工程對豎向位移監(jiān)測的要求較高，所以選擇基于高精度電子水準(zhǔn)儀的幾何水準(zhǔn)測量法，該方法能夠監(jiān)測出監(jiān)測點豎向位移毫米級的變化，監(jiān)測過程簡單，數(shù)據(jù)處理方便。

2.工程應(yīng)用實例

2.1 工程概況

某工程為人防地下車庫基坑，場地地勢南高北低。基坑?xùn)|西寬約71m，南北長約92m?；油谏顬?.0～9.7m。根據(jù)擬建建筑周邊相鄰建筑物及市政道路、管網(wǎng)等周邊環(huán)境條件，基坑?xùn)|南角處采用支護(hù)樁支護(hù)，其余部分采用土釘墻支護(hù)方式。地下車庫基坑工程現(xiàn)狀：地下車庫出入口以南的區(qū)域已完成基坑開挖、支護(hù)及回填工作；地下車庫出入口以北的區(qū)域目前正在施工，此次監(jiān)測需要對正在施工的基坑區(qū)域進(jìn)行水平位移和豎向位移監(jiān)測。本項目主要監(jiān)測對象為：地下車庫基坑坡頂、基坑邊坡錨桿和基坑周圍建筑物，對上述3部分區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測點進(jìn)行變形監(jiān)測，為保障工程安全順利施工，平面位移監(jiān)測和豎向位移監(jiān)測精度均為二等。

2.2 基坑變形監(jiān)測點的布設(shè)

2.2.1 基坑坡頂監(jiān)測點

基坑周圍監(jiān)測點的布置目前按3條監(jiān)測邊布設(shè)，即基坑西側(cè)、北側(cè)和東側(cè)，除北側(cè)由于邊長較短布設(shè)2個外，其余邊監(jiān)測點數(shù)據(jù)不應(yīng)少于3個，監(jiān)測點間距30m左右，共布設(shè)監(jiān)測點8個，要求觀測水平和豎向位移。監(jiān)測點布設(shè)（如圖1所示）。基坑坡頂監(jiān)測點標(biāo)志埋設(shè)利用0.6m長的螺紋鋼以45°斜插入基坑邊坡頂部，預(yù)留0.1m在頂部焊接棱鏡裝置。

圖1 基坑監(jiān)測測站點布設(shè)示意圖

2.2.2 基坑錨桿監(jiān)測點

錨桿拉力監(jiān)測點應(yīng)選擇在受力較大且有代表性的位置，在選定的錨桿上的監(jiān)測點應(yīng)設(shè)置在錨桿頭附近位置，并焊接棱鏡裝置。錨桿監(jiān)測點共布設(shè)7個，要求觀測水平和豎向位移。

2.2.3 周圍建筑物監(jiān)測點

基坑邊緣以外1～3倍開挖深度范圍內(nèi)的建筑物都需要進(jìn)行監(jiān)測，基坑周圍的建筑物主要有1處需要監(jiān)測。進(jìn)行豎向位移觀測，豎向位移布點方案沿建筑物四角布設(shè)。

2.3 監(jiān)測儀器的選擇

（1）徠卡TS60全站儀一臺套，測距標(biāo)稱精度：1mm+1×10-6D。（用于測角測距進(jìn)行水平位移監(jiān)測）；

（2）徠卡LS10電子水準(zhǔn)儀一臺套，標(biāo)稱精度：±0.3mm/km（用于垂直位移監(jiān)測）。

使用的儀器都具有國家認(rèn)可的計量單位出具的合格檢定或校準(zhǔn)證書。

2.4 技術(shù)依據(jù)

（1）《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009；

（2）《工程測量規(guī)范》GB50026-2007。

2.5 平面坐標(biāo)系與高程系統(tǒng)

平面坐標(biāo)系使用獨立的平面坐標(biāo)系（如圖1所示），以J1至J2的連線為橫軸（Y軸），垂直于橫軸的為縱軸（X軸）；高程使用獨立高程系統(tǒng)。

2.6 精度指標(biāo)

根據(jù)設(shè)計單位的《基坑支護(hù)說明》中的監(jiān)測技術(shù)要求，本基坑變形監(jiān)測的報警值為最大變形值達(dá)到30mm、沉降速率3mm/d；豎向位移監(jiān)測二等水準(zhǔn)測量監(jiān)測點測站高差中誤差≤0.5mm。

2.7 技術(shù)方案

本基坑安全等級為二級，按照《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009中表6.3.7的要求，水平位移和豎向位移觀測等級為二等，本基坑觀測項目皆使用獨立的平面和高程系統(tǒng)。

2.7.1 水平位移觀測

水平角觀測測站作業(yè)要求：

（1）儀器或棱鏡的對中誤差不應(yīng)大于2mm；

（2）水平角觀測過程中，水準(zhǔn)氣泡中心位置偏離整置中心不宜超過1格。

測距作業(yè)要求：

（1）儀器或棱鏡的對中誤差不應(yīng)大于2mm；

（2）當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超限時，應(yīng)重測整個測回，如，觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)分群時，應(yīng)分析原因，采取相應(yīng)措施重新觀測；

（3）本測區(qū)范圍較?。?00m以內(nèi)），氣象數(shù)據(jù)只輸入或記錄測站的數(shù)據(jù)，每完成一組觀測，重新讀取氣象數(shù)據(jù)輸入或記錄；

（4）儀器的加乘常數(shù)可直接輸入儀器中，也可后處理時加入。

2.7.2 垂直位移觀測

基坑頂部監(jiān)測點和建筑物沉降監(jiān)測點的豎向位移使用電子水準(zhǔn)儀采用幾何水準(zhǔn)的觀測方法；基坑錨桿監(jiān)測點由于都在邊坡的中部，豎向位移使用三角高程觀測，且無法架設(shè)儀器，因此監(jiān)測點三角高程測量在測站上單向觀測。水準(zhǔn)作業(yè)要求：

（1）觀測方式：水準(zhǔn)測量采用中絲法讀數(shù)進(jìn)行往返觀測；

（2）設(shè)置測站和觀測順序：測站視線長度（儀器至標(biāo)尺距離）、前后視距差、視線高度按規(guī)范執(zhí)行。二等水準(zhǔn)測量往、返測每測站奇數(shù)站觀測順序為后前前后、偶數(shù)站觀測順序前后后前，觀測時保證圓氣泡居中、用垂直絲照準(zhǔn)條碼中央，精確調(diào)焦至條碼影像清晰；

（3）間歇與檢測：數(shù)字水準(zhǔn)儀測量間歇可用建立新測段等方法檢測。檢測有困難時最好收測在固定點上；

（4）測站觀測限差、讀數(shù)位數(shù)與設(shè)置：測站觀測限差按規(guī)范執(zhí)行，數(shù)字水準(zhǔn)儀同一標(biāo)尺觀測所測高差執(zhí)行基輔分劃所測高差之差的限差，在本站超限后可立即重測，若遷站后才檢查發(fā)現(xiàn)，則應(yīng)從水準(zhǔn)點或間歇點（應(yīng)經(jīng)檢測符合限差）起始，重新觀測。讀數(shù)取位為0.01mm，最小顯示位為0.00001m。觀測之前要求進(jìn)行儀器設(shè)置、測站限差參數(shù)設(shè)置、作業(yè)設(shè)置和通訊設(shè)置。

2.8 監(jiān)測頻率

本工程的《基坑支護(hù)說明》中監(jiān)測頻率比較密集，要求每天早、中、晚各一次，結(jié)合《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和實際情況，監(jiān)測工作一般從基坑工程施工前開始，應(yīng)考慮不同施工階段以及周邊環(huán)境、自然條件的變化，當(dāng)監(jiān)測值相對穩(wěn)定時，可適當(dāng)降低監(jiān)測頻率，監(jiān)測頻率（如表1所示）。依據(jù)表1本項目監(jiān)測頻率每天1次。

表1 監(jiān)測頻率

水平位移和三角高程計算，測距邊經(jīng)過氣象、加常數(shù)、乘常數(shù)修正后的斜距，才能化算為水平距離，斜距可通過天頂距化為平距或采用已有高差化平，可不進(jìn)行測區(qū)高程面的化平或參考橢球面的化平，經(jīng)過改正后的平距和觀測統(tǒng)計中的水平角、垂直角，采用極坐標(biāo)法和三角高程計算各監(jiān)測點的坐標(biāo)和高程。使用科傻CODAPS軟件或EXCEL進(jìn)行計算。

豎向位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過科傻CODAPS平差計算，只加入標(biāo)尺長度誤差改正和閉合差改正，別的改正暫不考慮。

每期觀測結(jié)束后，應(yīng)及時處理觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果出現(xiàn)以下情況之一時，必須即刻通知建設(shè)單位與施工單位采取相應(yīng)措施：

（1）變形量達(dá)到預(yù)警值或接近允許值；

（2）變形量出現(xiàn)異常變化；

（3）建筑物的裂縫或地表的裂縫快速擴大。

3.基坑監(jiān)測網(wǎng)初始值的獲取

3.1 初始值獲取

3.1.1 基準(zhǔn)網(wǎng)初始值獲取

平面基準(zhǔn)網(wǎng)由3個平面基準(zhǔn)點組成（J1～J3），使用智能全站儀按二等邊角測量方法進(jìn)行觀測，獨立連續(xù)觀測兩次，兩次計算成果的平均值作為基準(zhǔn)點的初始值成果，為變形監(jiān)測提供位置基準(zhǔn)。

豎向的水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)由3個水準(zhǔn)基準(zhǔn)點組成（S1～S3），使用LS10電子水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行觀測，觀測成果使用水準(zhǔn)平差軟件或科傻CODAPS軟件進(jìn)行平差計算，獨立連續(xù)觀測兩次，兩次計算成果的平均值作為基準(zhǔn)點的初始值成果，為變形監(jiān)測提供豎向基準(zhǔn)。

3.1.2 監(jiān)測點初始值獲取

變形監(jiān)測每天監(jiān)測一次，監(jiān)測點的初始值采用第1次與第2次監(jiān)測成果取平均值作為監(jiān)測點的初始值。

3.2 位移計算與統(tǒng)計

每期監(jiān)測的成果按《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中附錄A表格填寫，獲得初始值后，每期監(jiān)測成果與前期監(jiān)測成果比較，可得到監(jiān)測點的水平位移與垂直位移。調(diào)制水平、垂直位移成果表，繪制水平位移矢量圖，垂直位移曲線圖，工程結(jié)束后并編寫監(jiān)測技術(shù)報告。

4.結(jié)束語

文章以某工程為例，詳細(xì)闡述了基坑監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)處理流程，在基坑施工過程中，按照制定的作業(yè)方案對基坑監(jiān)測，及時處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時及時向施工方匯報。結(jié)合文章及項目實踐，得出以下結(jié)論：

（1）在基坑監(jiān)測坐標(biāo)系建立過程中，為了減少與國家坐標(biāo)系聯(lián)測產(chǎn)生的成本，可將基坑與周圍建筑物看成是一個整體，建立相對獨立坐標(biāo)系，方便后期數(shù)據(jù)處理；

（2）采用TS60全站儀進(jìn)行基坑監(jiān)測方法精度高，數(shù)據(jù)獲取方便，增加了作業(yè)人員的安全系數(shù)，豎向位移監(jiān)測宜采用幾何水準(zhǔn)測量法；

（3）為了客觀地反映基坑位移量的變化，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取過程中應(yīng)避免施工等其他外業(yè)因素的干擾，比如，選擇合適的時間段測量；

（4）采用高精度智能全站儀和電子水準(zhǔn)儀的監(jiān)測方法能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測點三維空間毫米級的監(jiān)測精度，可以反應(yīng)出位移隨時間序列變化情況，能夠為工程建設(shè)單位提供可靠的數(shù)據(jù)。

隨著城鎮(zhèn)化速度的加快，基坑工程在各城市中比較常見，為了避免基坑施工過程中對周圍建筑物造成影響，避免造成經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)根據(jù)基坑實際情況制定監(jiān)測方案，選擇合適的方法進(jìn)行監(jiān)測。