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基坑变形监测方法之点投影法

412 2020-06-19 10:51:47


[摘 要]:目前,建筑水平的提高以及基坑施工期间事故频发等因素,对基坑进行变形监测以及监测精度也越来越重要。基坑水平位移监测有小角度法和极坐标法等多种方法,随着全站仪仪器开发生产的先进性,其仪器中的点投影测量方法在基坑水平位移监测应用中表现出更加方便、快捷、直观的优点,在节省外业观测时间和提高内业处理效率的同时,也更加精确地反映了基坑的变化,从而能够更快、更准确地对基坑变形进行预测分析。

[关键词]:基坑;变形监测;全站仪;点投影;预测分析


0 引言

随着社会进步和科技的发展,建筑的发展也呈现高、大、独特等特点。在建筑基坑施工期间,如何保证基坑施工的安全,除了加强作业人员的安全意识外,相关专业也从技术层面对其进行监测、分析、预报。基坑变形监测、工程设计及施工并称基坑工程质量监测安全保障的三大重要措施。在基坑开挖后,由于建设区域土体结构发生了变化,在土体内部有一个内力重分布约束的过程,基坑内外土体将由未施工前的静止土压力状态逐步向被动和主动相结合的复合土压力状态转变,基底及基坑周边土体会出现变形回弹现象。加上外部地下水位不断影响,整个基坑就会在垂直方向发生变形位移。当基坑土体围护结构内力及变形中任一特征参量超过标准允许范围,将会造成基坑出现失衡,不仅对基坑工程施工带来巨大的安全隐患,同时还可能造成周边环境发生形变,造成巨大的安全事故。


基坑顶部水平位移监测是在不同的时间对变形监测点进行观测,最终求得同一监测点的水平位移量。点投影法是在全站仪仪器技术水平提高的基础上开发的一种测量手段。在基坑水平位移监测中,通过设定适当的虚拟断面,可以现场直接测出监测点到虚拟断面的垂直距离,利用各次时间点测得的距离数据即可求得监测点的水平位移量。

1 点投影法原理及现场观测流程

1.1 点投影法原理介绍

假定基坑如下图1所示。假定测点A(XA,YA),测点B(XB,YB),DM1、DM2为基坑转角点,用于设定虚拟段面。


图1 基坑水平位移观测示意图


基坑各直线段中所设监测点应划分为同一段面,比如A、B为DM1-DM2段面范围,C、D、E为DM2-DM3段面范围。


点到虚拟断面的距离计算:A(XA,YA)为DM1-DM2断面上的点,则A至定线距离为:

水平位移坐标中误差计算:

图2 水平位移坐标中误差计算示意图


设AB 方位角为0°

若仪器测距精度为2+2ppm,则有:mD=1+2D若仪器测角精度为1″,则有

监测点P 坐标中误差:

相应的点位中误差为

上面仅仅是1个测回的计算方法。若采用多个测回,角度和距离精度要按照测量多个结果取平均值的方法计算,若测量了n 个测回,该角度中误差为:

距离也是同样的。


根据相关规范要求,水平位移需满足下列精度要求(表1):

表1 监测精度表

监测精度表


1.2 观测流程

本次观测采用精密全站仪为日本SOKKIA NET05AX型全站仪(标称精度:测角±0.5″,测距(0.8±1PPM×D)mm);


1.2.1 现场观测主要流程如下

(1)到达施工现场,检查工作基点,仪器整平、对中。

(2)创建任务,在工程测量中选择“坐标设站”,根据操作引导,依次设置设站点、定向点坐标,并完成定向。

(3)在工程测量中选择“点投影”,根据操作引导,依次设置投影面,直接测量或者输入构面所需点的坐标,完成后即可对监测点进行测量。

(4)记录测量所得距离数据,将此数据与上次数据做差即是该监测点此次的水平位移量。内业完成所需成果表及曲线图。


1.2.2 为了减小观测误差,观测过程中需要注意以下事项

(1)固定测量仪器、测量方法及测量人员进行观测;

(2)气候对测量精度有较大影响,应在适宜的条件下观测,避免在烈日下作业;

(3)对同一监测点应进行盘左盘右测量取平均值,需要时进行多测回测量。

2 实例分析

2.1 项目概述

本项目所在区域位于广州市花都区,地处广花盆地,地势开阔平坦。人行地道位于广州市花都区空港大道,空港大道为南北方向,主干道双向共6车道,另双向均有非机动车道,中间绿化带较宽,在桩号里程为K0+555、K1+300各设一座,共设置2座。沿线大部分为现状道路。道路两侧主要为民房、工厂、农田及建筑场地等,交通便利。仅K1+300人行地道基坑东面有临近建筑,基坑其他位置无邻近建筑物或构筑物。


K0+555、K1+300两座人行地道均采用“工”字形布置,地道主通道长度均为85m(分五段)。两座地道净宽均为4m,净高均为3m,地道内设置了泵房、设备房及电梯井。本项目基坑最宽处宽为9.61米,最深处深为8.937米,人行通道主体部分的基坑深度为5.80米;每个基坑周长均为410.79米。人行地道基坑采用明挖法施工,考虑地面交通疏解,分两阶段开挖施工。第一阶段开挖基坑中间22.295米×22.5米范围(其中22.295米为东西方向长度,22.5米为南北方向长度)。第二阶段开挖基坑东西两侧。基坑支护设计方案为1∶1.5放坡开挖+钢板桩+钢支撑。基坑工程安全监测等级为2级。


2.2 点投影法所得成果数据及处理分析

受广州空港投资建设有限公司委托,按照《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497-2009)、《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2007)、《工程测量规范》(GB50026-2007)、《国家一、二等水准测量规范》(GB/T12897-2006)以及设计图纸文件的要求,我院负责对此项目进行变形监测。监测工作从2017年05月20日开始进行,第一阶段于2017年7月12日结束完成,历时近2个月,每次的观测结果经记录、计算、整理汇总于表以及绘制沉降量曲线图。本文主要取K0+555基坑第一阶段即道路中间段基坑支护桩及坡顶水平位移监测点共6个点作为研究对象。使用点投影法测得各点监测数据如表2所示。

水平位移监测成果表


根据监测数据得到的各监测点水平位移累积量~时间关系曲线图如下图3所示。


由表2和图3可轻易地看出各水平位移监测点在监测时段内的位移变化,以及这种变化值是否超出设计值范围。其中在6月19日到24日时段由于在进行人行通道主体砼浇筑施工作业,故水平位移量变化较大,但没有超出预警值,在后续的监测中各监测点的位移变化也逐渐趋于平稳。从基坑开挖到基坑回填完成的整个监测时段内所有监测点较稳定。同时,使用点投影法测得的各点数据也即为各点在垂直其所在基坑边方向上的位移量,这样能直接的反应基坑的变化,为我们更准确的判断提供依据。


各监测点水平位移累积量—时间关系曲线图

图3 各监测点水平位移累积量—时间关系曲线图


3 结论

水平位移监测是基坑变形监测的一项重要及必要内容,点投影法在全站仪上的直接应用,给基坑水平位移监测工作带来了巨大便利。

(1)节省外业观测时间

由于基坑监测的特殊工作环境影响,监测过程中施工机械的遮挡、震动影响以及炎热天气等情况,缩短外业观测时间能提高工作效率,提高监测的准确性,同时也减轻作业人员的压力。


(2)提高内业处理效率

内业数据处理是一个反复琐碎的过程,更要谨慎、细心。特别是监测数据的处理,由于监测数据量大,既要对原始数据进行各种平差等处理,又要制作各种成果表、曲线图,还要分析其变化趋势以及原因,不容出错。使用点投影法就能有效地解决问题,使用点投影法进行外业监测时,在建立好基准面后,直接对监测点进行观测,即能得到所需的位移量,将其与上次相减即能得到本次位移量,与首次相减即得到累计位移量,内业处理方便、快捷,且不易出错。


(3)基坑变形反应更直观

基坑水平位移监测主要是通过监测点的变化来反应基坑的变化,由于基坑四周都会布置监测点,那么对于某一个监测点,我们只需要得到垂直其所在基坑边方向上的变化即可,而对于其他方向的变量,对基坑监测意义不大。因此,使用其他方式测量,还要进行内业处理加工,而使用点投影法就能方便快速的得出我们想要的数据,并能直观的反应基坑的变化,从而更好地达到监测的目的。


本文首先阐述了点投影法的方法原理,并结合具体实例进行验证。在基坑水平位移监测作业中,点投影法表现出了其他方法所不具有的便捷性、直观性,从而为基坑变形监测提供了一个更好的技术手段。


来源:《北京测绘》2017年第6期

作者:魏 波