基于基坑工程的變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位測(cè)量精度研究＊

劉鵬鵬

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712100）

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，為提高城市空間利用率，城市建筑逐漸呈現(xiàn)“上天入地”的特點(diǎn)[1]。然而目前建筑基坑工程設(shè)計(jì)計(jì)算理論還不夠成熟，為確保周?chē)ㄖ锛叭松戆踩?，?duì)基坑及其周?chē)ㄖ镞M(jìn)行變形監(jiān)測(cè)顯得極其重要。在基坑監(jiān)測(cè)時(shí)變形點(diǎn)的相對(duì)變形量超過(guò)一定的值，建筑物及構(gòu)筑物等外觀上將可能出現(xiàn)傾斜、裂縫甚至坍塌[2]。因此在基坑工程建設(shè)時(shí)，進(jìn)行必要的工程變形監(jiān)測(cè)成為一項(xiàng)必不可少的環(huán)節(jié)[3]。為保證測(cè)量精度，一般垂直位移觀測(cè)利用二等水準(zhǔn)的測(cè)量方法，對(duì)視線(xiàn)長(zhǎng)度、前后視距差、任一測(cè)站前后視距累積差、視線(xiàn)高度、同一標(biāo)尺2 次讀數(shù)差以及2次讀數(shù)高差之差進(jìn)行控制，水平位移觀測(cè)則一般利用對(duì)距離和角度的觀測(cè)，通過(guò)測(cè)站中誤差、最弱點(diǎn)中誤差進(jìn)行精度控制。

1 基坑工程監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

1.1 影響監(jiān)測(cè)精度因素眾多

在基坑建設(shè)初期，對(duì)基坑的圍護(hù)、挖掘及環(huán)境等各種因素對(duì)基坑產(chǎn)生側(cè)向壓力，使基坑產(chǎn)生流沙、管涌甚至傾覆等問(wèn)題；由于基坑開(kāi)挖一般會(huì)對(duì)其周邊的房屋設(shè)施、各類(lèi)管道管線(xiàn)、道路干道等產(chǎn)生不同程度的影響，由于這些因素的存在使得基坑監(jiān)測(cè)的任務(wù)更加繁重，難度也大大增加[4]；進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)時(shí)周?chē)h(huán)境條件與監(jiān)測(cè)精度更是密不可分，如周?chē)a(chǎn)生的振動(dòng)、溫度、濕度、風(fēng)、霧、大氣遮光等。

1.2 基坑工程對(duì)變形監(jiān)測(cè)要求嚴(yán)格

與普通建（構(gòu)）筑物的變形監(jiān)測(cè)相比基坑工程的變形監(jiān)測(cè)在精度上更高，而且基坑的監(jiān)測(cè)工作從樁基施工開(kāi)始到基坑回填完成結(jié)束，涉及整個(gè)過(guò)程且精度期望達(dá)到精密水準(zhǔn)測(cè)量精度以上等級(jí)[5-6]。為保證所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度，整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程需按照等精度觀測(cè)的方法進(jìn)行。

2 影響基坑工程監(jiān)測(cè)精度的因素

影響基坑工程變形監(jiān)測(cè)精度的誤差來(lái)源主要分為觀測(cè)誤差、儀器誤差和外界條件3 個(gè)方面，本文為探索更加合理的變形監(jiān)測(cè)方法，提高監(jiān)測(cè)精度，結(jié)合變形觀測(cè)方法（水準(zhǔn)測(cè)量）的特點(diǎn)進(jìn)行研究，期望達(dá)到某些便于遵循的結(jié)論。

2.1 觀測(cè)者的影響

在水準(zhǔn)測(cè)量的過(guò)程中，若采用光學(xué)水準(zhǔn)儀，每次讀數(shù)的誤差來(lái)源主要包括以下3 個(gè)方面。

照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺產(chǎn)生的誤差m照。由于人眼的分辨力最大不超過(guò)60″，因此，當(dāng)觀測(cè)者在觀察水準(zhǔn)上的尺讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生的誤差可以記為：

式（1）中：v為望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)；ρ″為一弧度所對(duì)應(yīng)的秒值，一般取206 265；d為水準(zhǔn)儀的最大視距，m。

符合水準(zhǔn)器氣泡居中的誤差m中。其公式為：

讀數(shù)誤差m讀。在進(jìn)行水準(zhǔn)尺尺面讀數(shù)時(shí)，不同型號(hào)的儀器讀數(shù)精度不同，目前市面上最常見(jiàn)的幾種儀器的讀數(shù)誤差分別為：①用數(shù)字水準(zhǔn)儀（DS05 和DS1）搭配因瓦尺時(shí)，m讀=±0.01 mm；②用DS1 光學(xué)水準(zhǔn)儀配套黑紅雙面尺時(shí)，m讀=±0.03 mm；③用DS3 微傾式水準(zhǔn)儀及其配套的黑紅雙面尺時(shí)，m讀=±0.5 mm。綜上所 述 ， 每 測(cè) 站 高 差 的 觀 測(cè) 誤 差 為

在不同精度等級(jí)下，利用MATLAB 編程進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到測(cè)站高差觀測(cè)誤差特級(jí)為0.047 mm、一級(jí)為0.153 mm、二級(jí)為0.301 mm、三級(jí)為0.925 mm，具體如圖1 所示。

圖1 不同監(jiān)測(cè)精度等級(jí)下的測(cè)站高差觀測(cè)誤差分布圖

2.2 儀器誤差

在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于儀器所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差大致分為以下4 種：①設(shè)備調(diào)焦不準(zhǔn)確導(dǎo)致的誤差m焦；②水準(zhǔn)尺本身存在的分劃不準(zhǔn)的誤差m尺；③儀器使用過(guò)程中，由于尺底磨損產(chǎn)生的誤差m底；④由于儀器視準(zhǔn)軸和水準(zhǔn)管軸不平行所造成的誤差m i，

由于在求取每測(cè)站的高差時(shí)，調(diào)焦誤差和i角誤差的影響只有一次，而水準(zhǔn)尺分劃誤差和尺底不平的誤差影響為2 次，故每測(cè)站的高差中，儀器誤差為

在不同精度等級(jí)下，利用MATLAB 編程進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得到測(cè)站儀器誤差特級(jí)為0.022 mm、一級(jí)為0.054 mm、二級(jí)為0.156 mm、三級(jí)為0.576 mm，具體如圖2 所示。

圖2 不同監(jiān)測(cè)精度等級(jí)下的測(cè)站儀器誤差分布圖

2.3 外部環(huán)境引起的誤差

一般情況下，環(huán)境對(duì)測(cè)量精度的影響主要體現(xiàn)在2方面，即尺子豎立不直所導(dǎo)致的誤差和其他外界環(huán)境，即

由于外界環(huán)境因素非常多，很難準(zhǔn)確計(jì)算，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及日常測(cè)量情況大致估算出各等級(jí)水準(zhǔn)的誤差為：特級(jí)m外=±0.01 mm，一級(jí)m外=±0.01 mm，二級(jí)m外=±0.02 mm，三級(jí)m外=±0.04 mm。

3 基坑工程監(jiān)測(cè)精度評(píng)價(jià)指標(biāo)研究

一般條件下，通過(guò)測(cè)站高差中誤差、觀測(cè)點(diǎn)高程中誤差、水準(zhǔn)環(huán)線(xiàn)最弱點(diǎn)高程中誤差、觀測(cè)點(diǎn)沉降量中誤差以及觀測(cè)點(diǎn)最弱點(diǎn)沉降量中誤差來(lái)評(píng)定變形監(jiān)測(cè)精度[7]。

對(duì)觀測(cè)誤差、儀器誤差及外界環(huán)境影響3 方面進(jìn)行綜合分析，可以得到沉降觀測(cè)水準(zhǔn)測(cè)量每測(cè)站的高差中誤差

一般取2 倍測(cè)站高差的中誤差為每測(cè)站的高差允許值 Δh=2m站。

水準(zhǔn)測(cè)量路線(xiàn)示意圖如圖3 所示。假設(shè)在計(jì)算過(guò)程中A點(diǎn)位已知，則H i1、H i2 的中誤差分別為，其權(quán)為；，其權(quán)為

圖3 水準(zhǔn)測(cè)量路線(xiàn)示意圖

i點(diǎn)的高程Hi是H i1 和H i2 的加權(quán)平均值，即

i點(diǎn)的高程Hi的中誤差按加權(quán)平均值中誤差計(jì)算，即

根據(jù)誤差理論，整個(gè)閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)上精度最弱的點(diǎn)就是水準(zhǔn)路線(xiàn)的中點(diǎn)，由此得環(huán)線(xiàn)最弱點(diǎn)的高程中誤差為，即當(dāng)n1=n2時(shí)，mHmax=

4 實(shí)驗(yàn)

以陜西省咸陽(yáng)市某住宅小區(qū)的沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，對(duì)以上幾種精度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究分析，共嘗試了閉合水準(zhǔn)、附和水準(zhǔn)和水準(zhǔn)網(wǎng)3 種監(jiān)測(cè)路線(xiàn)，共采集數(shù)據(jù)6 期，監(jiān)測(cè)使用儀器設(shè)備、天氣條件及人員一致。利用MATLAB 軟件對(duì)這3 條路線(xiàn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析和誤差統(tǒng)計(jì)，得到的結(jié)果如表1 和圖4所示。

表1 3 條監(jiān)測(cè)路線(xiàn)的精度分析表

圖4 3 條監(jiān)測(cè)路線(xiàn)的誤差統(tǒng)計(jì)分析圖（單位：mm）

研究表明，在初始條件相同的情況下，不同的觀測(cè)路線(xiàn)在不同的誤差評(píng)定中表現(xiàn)出差異性，因此在進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)時(shí)需要合理選擇觀測(cè)路線(xiàn)，在一定程度上可以提高觀測(cè)精度。對(duì)于工程條件比較復(fù)雜的地區(qū)，建議在測(cè)區(qū)內(nèi)對(duì)高程控制網(wǎng)進(jìn)行加密測(cè)量，且水準(zhǔn)網(wǎng)形式的測(cè)量路線(xiàn)精度較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

基坑工程的變形監(jiān)測(cè)工作直接關(guān)系著基坑的施工質(zhì)量及安全，因此，對(duì)基坑工程進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，要嚴(yán)格按照規(guī)范要求，不能僅采取一個(gè)精度指標(biāo)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，除按照允許變形量確定基坑工程監(jiān)測(cè)的基本觀測(cè)精度外，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中還必須對(duì)測(cè)站高差、觀測(cè)點(diǎn)高程、水準(zhǔn)環(huán)線(xiàn)最弱點(diǎn)高程、觀測(cè)點(diǎn)沉降量及觀測(cè)點(diǎn)最弱點(diǎn)沉降量進(jìn)行精度評(píng)定。此外，需要結(jié)合工程實(shí)際情況，加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)部位的監(jiān)測(cè)，選用合理有效的基坑變形監(jiān)測(cè)方法，確?；庸こ贪踩?。