基坑水平位移監(jiān)測(cè)的改進(jìn)方法與研究

王艷龍

（北京訊騰智慧科技股份有限公司，北京100029）

1 改進(jìn)的極坐標(biāo)法

傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法在基坑水平位移觀測(cè)中有著過程簡潔、工作量小、效益高等優(yōu)點(diǎn)。但是針對(duì)基坑工作基點(diǎn)容易變形的特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)成果連續(xù)性受限、可靠性程度相應(yīng)降低。

改進(jìn)的極坐標(biāo)方法除了具有極坐標(biāo)法本身的優(yōu)點(diǎn)之外，同時(shí)加入了設(shè)站后位置的坐標(biāo)對(duì)比和參數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)后處理，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)工作基點(diǎn)突變（或累計(jì)變形超限）時(shí)，采用一定的測(cè)量方法，結(jié)合四參數(shù)的轉(zhuǎn)換模型（2 個(gè)平移參數(shù)ΔX、ΔY，一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)ε，一個(gè)尺度因子k），比較聰明地解決了當(dāng)工作基點(diǎn)發(fā)生突然變化時(shí)（或累計(jì)變形超限）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取的問題。這種監(jiān)測(cè)方法的實(shí)施，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性，達(dá)到了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的[1]。

2 案例分析

2.1 工程概況

2015 年9 月，某公司承接中國電子三所傳感器大樓基坑支護(hù)工程，并開始對(duì)該基坑實(shí)施基坑監(jiān)測(cè)。本工程建設(shè)場(chǎng)地位于北京市朝陽區(qū)酒仙橋北路乙七號(hào)院內(nèi)，基坑?xùn)|西長約125m，南北長約75m，基坑深度-13～-18.5m。

2.2 點(diǎn)位布設(shè)

本工程在基坑外圍，變形影響范圍以外的穩(wěn)定地點(diǎn)即在距離施工現(xiàn)場(chǎng)約30～50m 遠(yuǎn)處設(shè)置3 個(gè)水平基準(zhǔn)點(diǎn)，點(diǎn)號(hào)分別為J1、J2、J3，同時(shí)在距離基坑較近，便于變形觀測(cè)并相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn)埋設(shè)3 個(gè)工作基點(diǎn)A、B、C。在基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)上加設(shè)明顯標(biāo)志，防止被破壞?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在原狀土層中。

2.3 監(jiān)測(cè)方法及成果分析

2.3.1 監(jiān)測(cè)方法

本工程基坑監(jiān)測(cè)所采用的儀器是徠卡TCA2003 高精度智能機(jī)器人，其標(biāo)稱精度方向測(cè)回±0.5″，測(cè)距精度±(1mm+ ×10-6)，滿足高精度水平位移一級(jí)變形監(jiān)測(cè)精度要求。

觀測(cè)方法采用傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法觀測(cè)，控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)采用假定坐標(biāo)系統(tǒng)，假定A 點(diǎn)坐標(biāo)的北方向坐標(biāo)為2000.0000，東方向坐標(biāo)為1000.0000。測(cè)站點(diǎn)A 點(diǎn)，后視點(diǎn)為B 點(diǎn)，檢核點(diǎn)為C 點(diǎn)。

2.3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2015 年11 月8 日，對(duì)傳感器大樓基坑的第19 次監(jiān)測(cè)，觀測(cè)步驟還是按照往常一樣有條不紊地進(jìn)行著，當(dāng)調(diào)整好儀器對(duì)好定向點(diǎn)B 時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)距比理論值大了6.5mm，測(cè)得C 點(diǎn)的坐標(biāo)也發(fā)生了變化?？梢耘卸ㄟ@3 個(gè)工作基點(diǎn)發(fā)生了變化。面對(duì)這種情況可以采用以下2 種方法：

1）重新對(duì)工作基點(diǎn)觀測(cè)，利用水平監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)J1、J2、J3采用邊角網(wǎng)的觀測(cè)方法重新對(duì)這A、B、C 3 個(gè)工作基點(diǎn)的坐標(biāo)加以改正。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)改正前后對(duì)比表

2）繼續(xù)觀測(cè)監(jiān)測(cè)，然后聯(lián)測(cè)水平監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)J1、J2、J3，然后利用前文提到的改進(jìn)極坐標(biāo)觀測(cè)方法，內(nèi)業(yè)后處理完成對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的改正。

2 種方法都可以應(yīng)對(duì)這種情況，第一種方法的優(yōu)點(diǎn)在于內(nèi)業(yè)處理簡單，所見即所得，但是缺點(diǎn)是外業(yè)工作量較大，控制網(wǎng)的邊角測(cè)量精度要求高，而且測(cè)回?cái)?shù)較多。另外，一旦工作基點(diǎn)再發(fā)生變化，又要重新觀測(cè)控制網(wǎng)，整個(gè)控制網(wǎng)框架沒有連續(xù)性。第二種方法外業(yè)觀測(cè)簡單，時(shí)效性高，即便是以后工作基點(diǎn)一直發(fā)生變化，測(cè)得的點(diǎn)也有精度保證，能保證整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)過程有一個(gè)合理的動(dòng)態(tài)控制框架。因此，選擇了第二種方法。第二種方法所得各個(gè)工作基點(diǎn)和水平基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)果顯示除了工作基點(diǎn)A，其他工作基點(diǎn)和水平基準(zhǔn)點(diǎn)水平變化最大值為6mm。

通過對(duì)比水平基準(zhǔn)點(diǎn)J1、J2、J3第19 次觀測(cè)值與初始值的差異，可以判定工作基準(zhǔn)A 點(diǎn)發(fā)生的位移的突變，再通過對(duì)比第19 次和初次觀測(cè)B 點(diǎn)、C 點(diǎn)與水平基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，發(fā)現(xiàn)B 點(diǎn)、C 點(diǎn)均未發(fā)生變化，所以判定只有A 點(diǎn)發(fā)生了位移的突變。應(yīng)該是往坑外方向偏離了5.8mm。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查是如下因素導(dǎo)致了工作基點(diǎn)A 點(diǎn)發(fā)生了位移的突變：

1）該區(qū)域東南側(cè)是鋼筋堆放區(qū)域，且長期堆放沒有挪動(dòng)，有可能導(dǎo)致該區(qū)域地表下沉。

2）現(xiàn)場(chǎng)管理人員告知我們，在2015 年11 月4 日有重型挖掘機(jī)在該位置施工，且施工時(shí)間長達(dá)12h。

3）11 月6 日施工現(xiàn)場(chǎng)開始安裝塔吊，而安裝塔吊的250t 重型吊車就擺放在該區(qū)域。

然后按照前文給出的方法，將2 次觀測(cè)的J1、J2、J3的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入COORD 軟件解算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的4 個(gè)參數(shù)（Δ 、Δ 、、）。然后分別將今天所測(cè)的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中解算出了改正后的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)改正前后對(duì)比如表1 所示。

選擇Z2、Z4、Z20、Z24 作為代表是因?yàn)檫@4 個(gè)點(diǎn)分別位于基坑的北側(cè)和南側(cè)。通過分別計(jì)算第18 次和改正前19 次觀測(cè)時(shí)Z2 到Z24 的距離和Z4 到Z20 距離發(fā)現(xiàn)，這2 次距離變化特別小，而且據(jù)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)可知基坑兩側(cè)同時(shí)向同一方向移動(dòng)，且移動(dòng)距離大致相同的概率極小。因此，第19 次觀測(cè)值的變化主要原因是工作基點(diǎn)A 發(fā)生了突變，表1 中改正后的ΔX/Δ 也正好印證了這一結(jié)論。可以判定改進(jìn)的極坐標(biāo)法是精確、可靠的。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)使用傳統(tǒng)的極坐標(biāo)方法，當(dāng)工作基點(diǎn)因不知名原因發(fā)生位移時(shí)，并且監(jiān)測(cè)距離控制在150m 之內(nèi)，由于測(cè)站位置的工作基點(diǎn)發(fā)生的突變導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)位置與真實(shí)值不符合，本案例工程的工作基點(diǎn)變化了5.5～6.5mm。而通過改進(jìn)的極坐標(biāo)法通過對(duì)比測(cè)站前后的坐標(biāo)對(duì)比變化以及參數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)也能滿足規(guī)范里面一級(jí)基坑的測(cè)量精度要求。因此，如果工作基站布設(shè)在施工場(chǎng)地里面，可以采用改進(jìn)的極坐標(biāo)法來實(shí)施監(jiān)測(cè)。