高精度全站儀在基坑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

張代劉海寬胡鋒王統(tǒng)寧

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

變形監(jiān)測(cè)是基坑監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(duì)基坑變形進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)，保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全和施工安全，可為同類型項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)提供借鑒。

基坑；變形監(jiān)測(cè)；高精度全站儀

深基坑工程是土木工程中最為復(fù)雜的技術(shù)領(lǐng)域之一，其施工內(nèi)容豐富且富有變化?；邮┕げ粌H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(dòng)，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(chǎng)監(jiān)測(cè)可為信息化施工、設(shè)計(jì)優(yōu)化等提供依據(jù)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證基坑及周邊環(huán)境的安全。基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)綜合考慮基坑工程設(shè)計(jì)方案、建設(shè)場(chǎng)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(cè)方案?；颖O(jiān)測(cè)內(nèi)容一般包括基坑圍護(hù)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(hù)對(duì)象的沉降和水平位移等，其中變形監(jiān)測(cè)是基坑監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一。

1 基于全站儀的變形監(jiān)測(cè)

目前，水平位移與豎向位移觀測(cè)的主要方法是采用高精度測(cè)量?jī)x器測(cè)量角度、邊長(zhǎng)的變化來測(cè)定變形。在所有的工程測(cè)量與監(jiān)測(cè)中，使用最多的儀器就是水準(zhǔn)儀和全站儀。全站儀即全站型電子測(cè)距儀，是集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器。因其一次安置儀器即可完成該測(cè)站上全部測(cè)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(cè)量或變形監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。利用全站儀進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)，可根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況采用后方交會(huì)法、前方交會(huì)法、極坐標(biāo)法等；豎向位移可利用高精度全站儀采用精密三角高程測(cè)量法觀測(cè)［1］。

表1 場(chǎng)地地層分布情況

2 項(xiàng)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(jì)流量為6.1萬(wàn)t/d。泵房水池主體采用C30抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P8，底板墊層為C15素混凝土。泵站基坑設(shè)計(jì)最深為17m，基坑上口尺寸約39m×52m。場(chǎng)地地下水為第四系潛水，主要受大氣降水補(bǔ)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(chǎng)地3～5a最高水位為9.0m，歷史最高水位為0.5m。該項(xiàng)目場(chǎng)地地層分布如表1所示。

設(shè)計(jì)基坑支護(hù)為臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式為土釘墻。支護(hù)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(jí)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(jí)水泥，強(qiáng)度不低于C20。

3 基坑變形監(jiān)測(cè)方案

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

本項(xiàng)目基坑開挖面積較大，坑深達(dá)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(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）確定該項(xiàng)目為一級(jí)基坑。監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)和獨(dú)立高程系統(tǒng)，并進(jìn)行一次布網(wǎng)。該項(xiàng)目共布設(shè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，構(gòu)成監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)全部布設(shè)在施工區(qū)以外穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)物上。基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)完成后，對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)經(jīng)過多次復(fù)測(cè)，確認(rèn)基準(zhǔn)點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)后使用［2］。

變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)直接埋設(shè)在要測(cè)定的變形體上，而且點(diǎn)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(cè)，結(jié)構(gòu)合理。根據(jù)基坑設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)行規(guī)范要求確定基坑變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。該項(xiàng)目沿基坑周邊共布置10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并采用水平位移和豎向位移同點(diǎn)觀測(cè)的布點(diǎn)方式，采用多點(diǎn)后方交會(huì)的方法觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形。測(cè)點(diǎn)布置平面示意及坐標(biāo)系如圖1所示［3］。

3.2 監(jiān)測(cè)儀器與方法

基坑變形監(jiān)測(cè)采用徠卡TS30高精度全站儀。徠卡TS30全站儀的測(cè)角精度為0.5″，測(cè)距精度為0.6mm+ 1ppm，高精度儀器為精密測(cè)量提供了技術(shù)保障。TS30首次運(yùn)用了壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)技術(shù)，使得全站儀擁有極佳的動(dòng)態(tài)跟蹤性能，保證了苛刻環(huán)境下動(dòng)態(tài)跟蹤的最佳精度，同時(shí)具備最快的加速度和轉(zhuǎn)速，能幫助監(jiān)測(cè)技術(shù)人員極大地提高作業(yè)效率。本項(xiàng)目變形監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的布置與坐標(biāo)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(huì)）功能無(wú)需顧慮危險(xiǎn)圓，可在待定控制點(diǎn)或者任意臨時(shí)點(diǎn)設(shè)站，后視多個(gè)已知控制點(diǎn)觀測(cè)方向和距離，并按間接平差方法計(jì)算待定點(diǎn)坐標(biāo)的控制測(cè)量方法。測(cè)站點(diǎn)的平面坐標(biāo)及高程根據(jù)方向觀測(cè)值和邊長(zhǎng)觀測(cè)值建立方向誤差方程式和邊長(zhǎng)誤差方程，然后根據(jù)最小二乘法原理計(jì)算待定點(diǎn)坐標(biāo)平差值。利用全站儀采用多點(diǎn)后方交會(huì)，可以大大提高觀測(cè)精度［4］。

3.3 監(jiān)測(cè)精度與報(bào)警值

監(jiān)測(cè)精度根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)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(gè)因素：①應(yīng)能滿足監(jiān)測(cè)報(bào)警要求，包括變化速率及報(bào)警累計(jì)值兩個(gè)監(jiān)測(cè)報(bào)警值的監(jiān)測(cè)要求；②應(yīng)與現(xiàn)行測(cè)量規(guī)范規(guī)定的測(cè)量精度相協(xié)調(diào)；③在控制監(jiān)測(cè)成本的情況下適當(dāng)提高精度要求［5］。

監(jiān)測(cè)報(bào)警值應(yīng)由監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化量和變化速率共同控制?；釉O(shè)計(jì)確定的基坑變形控制等級(jí)為二級(jí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警值為：水平位移累計(jì)值小于35mm，變形速率小于3mm/d；豎向位移累計(jì)值小于35mm，變形速率小于3mm/d。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)按黃色、橙色和紅色三級(jí)警戒狀態(tài)進(jìn)行管理和控制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量及變形速率情況判斷，具體如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)預(yù)警狀態(tài)管理

另外，當(dāng)出現(xiàn)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497-2009）規(guī)定的情況時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)處理與分析

4.1 數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)

監(jiān)測(cè)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(cè)成果可視化的功能。數(shù)據(jù)處理時(shí)主要注意以下幾個(gè)方面：①觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)分析原因，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行重測(cè)；②儀器監(jiān)測(cè)項(xiàng)目各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本次測(cè)試值、單次變化值、變化速率及累計(jì)值等，必要時(shí)繪制有關(guān)曲線；③對(duì)達(dá)到或超過報(bào)警值的監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)有報(bào)警標(biāo)示，并進(jìn)行分析和提出施工建議等。

4.2 監(jiān)測(cè)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(duì)基坑變形進(jìn)行了全過程觀測(cè)和巡查。監(jiān)測(cè)過程中，基坑變形測(cè)點(diǎn)累計(jì)最大水平位移為28.2mm，小于預(yù)設(shè)報(bào)警值35.0mm；測(cè)點(diǎn)水平位移變形速率最大值為2.24mm/d，小于預(yù)設(shè)報(bào)警值3.00mm/d。基坑變形測(cè)點(diǎn)累計(jì)最大豎向位移為5.8mm，小于預(yù)設(shè)報(bào)警值35.0mm；測(cè)點(diǎn)豎向位移變形速率最大值為0.61mm/d，小于預(yù)設(shè)報(bào)警值3.00mm/d?；幼冃螠y(cè)點(diǎn)沿X方向累計(jì)水平位移曲線、沿Y軸方向累計(jì)水平位移曲線和累計(jì)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(cè)期間，測(cè)點(diǎn)變形量及變形速率均未超過報(bào)警限值，監(jiān)測(cè)期間未發(fā)現(xiàn)基坑支護(hù)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(yán)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(yǔ)

變形監(jiān)測(cè)是基坑監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)制定合理的監(jiān)測(cè)方案和采用科學(xué)的監(jiān)測(cè)方法，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)、可靠。運(yùn)用高精度全站儀可實(shí)現(xiàn)其水平及豎向位移的快速監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)，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(duì)基坑變形進(jìn)行了全過程監(jiān)測(cè)，保證了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全和施工安全，可為同類型項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)提供參考。

圖3 測(cè)點(diǎn)X向累計(jì)位移曲線

圖4 測(cè)點(diǎn)Y向累計(jì)位移曲線

圖5 測(cè)點(diǎn)豎向位移累計(jì)曲線

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50497-2009.建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50026-2007.工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

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

［4］蔣宿王.基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2010.

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

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