基坑水平位移监测方法分析

基坑水平位移监测方法分析１８７基坑水平位移监测方法分析吴兴龙ｔ，郑加柱２（１浙江台亚建筑公司，浙江临海３１７０００；２南京林业大学土木工程学院测量系，江苏南京２１００３７）摘要本文分析和比较几种的基坑水平位移监测方法，介绍改进后测小角法的水平位移计算的实用公式，并对其精度进行分析，得出实际工作中有效的一些结论。关键词基坑测小角法交会法１引言随着科技的发展和人均用地的减少，高层建筑和其他地下工程越来越多，在这些工程中都需要开挖基坑，由于基坑开挖会对周围建筑物的稳定造成一定的影响，同时由于周围建筑物的挤压，可能造成基坑塌方等险情，因此需要对基坑进行水平位移监测。基坑水平位移是指基坑边界上的观测点垂直于基坑边界向基坑内移动的距离，在规范中，此距离根据不同基坑的等级有不同的Ｉ临界值，一旦超过临界值就要向业主汇报，以便及时采取措施防止基坑出现塌方或滑坡等险情。在规范中规定的临界值通常都是一个很小的值，当将其换算成日平均变形速率时，其值一般是２ｒａｍ左右，所以基坑水平位移观测中，要求观测的精度很高，尽量避免各种测量误差，为满足基坑水平位移观测的要求，在实际工作中都采用特定的方法进行观测。目前基坑水平位移监测的方法主要有：测小角法、交会法、活动标牌法、全站仪法。２监测方法比较目前几种常用的基坑水平位移监测方法各有特点，应用时也都有特定的要求，具体内容如下：测小角法是在基坑一定距离以外建立基准点，选定一条基线，水平位移监测点尽量在基准线上（如图１），然后在一个基准点上架设精密经纬仪精确测定基线与测站点到观测点的视线之间微小角度变化，通过公式厶一纽・兰来计算水平位移的变化Ｐ（如图２）。这种方法观测和计算都比较简便，但是，需要场地较为开阔，基准点离基坑要有一定的距离，避免基坑的变形对基准线有影响；同时，要求基坑的了观测成本。◆◆照二．擞管舀…位咎壹彤区；＃苎鼍兰＝ｊＬ＋点和监测圈２测小角法位移计点分布图算示意圈交会法是利用两个基准点和变形观测点，构成一个三角形，测定这个三角形的一些边角元素，从而求得变形观测点的位移变化量。这种方法适用于拱坝、曲线桥梁等非直线性建筑物位移监测，应用于基坑水平位移监测中，可以解决一些不规则形状的基坑监测问题，但是，求一个变形观测点的位移变化量至少需要架设两次仪器，增加了观测次数，同时增加的测量误差，而且这种方法计算比较烦琐。活动标牌法是将活动标牌分别安置在各个观测点上，观测时使标牌中心在视线内，观测点对于基准线的偏离值可以在活动标牌的读数尺上直接测定。这种方法不需要计算，在现场可以直接得出变形结果，但是，它不仅有测小角法的缺点，而且对活动标牌上的读数尺有很高的要求，成本较高。全站仪法就是利用高精度的全站仪，架设在一个固定测站点上，选择另一固定点作为后视点，分别测定各变形观测点的平面坐标，然后，将每次测量的结果与首次测量结果向比较，可得出水平位移变化值。这种方法观测和计算都比较简便，且克服了测小角法的不足之处，应该是最好的一种方法，但是，由于目前高精度全站仪的价格很贵，限制了这种方法的普及，同时由于目前最好的高精度全站仪测距精度为１＋ｌｐｐｍ，所以，还不能满足一些深基坑水平位移监测的需求。总之，在这四种方法中，每种方法都有各自优缺点。综合上述，测小角法是目前基坑水平位移监测中最常用、最经济的方法。为了克服这种方法的缺形状比较规则，否则将大大增加测站点的个数，增加１８８数字测绘技术与数字交通建设点，扩大其使用范围，本人对其具体的实施过程和水平位移计算方法进行适当的研究。３改进的基坑水平位移监测方法在基坑是很规则的形状时，利用测小角法监测其水平位移变形是很方便、简洁的，但是，在实际工作中，这种很规则形状的基坑很少，大多数基坑都是不太规则的形状（如图３），而且现场的范围很小，选择很多的基线是不可能的，为了能够在这种情况下合理的使用测小角法，在实际监测中，我们对测小角法的操作方法进行了简单的改进，同时对水平位移的计算公式也进行了修正。３．１改进后的监测方法对于不规则形状的基坑，我们先在适当的位置选择固定的观测点和定向点，不考虑所布设的水平位移监测点是否在这条直线上，但是应使水平位移监测点所在的基坑边界线与水平位移监测点到固定观测点连线之间的夹角尽量的小，对于角度大的水平位移监测点，且没有较高精度的测距工具时，可增加固定观测点的个数来解决。然后，测量水平位移监测点所在的基坑边界线与水平位移监测点到固定观测点连线之间的夹角和水平位移监测点到固定观测点的水平距离，将此作为计算水平位移变化量的元素。进行基坑水平位移监测时，将高精度的经纬仪架设在固定的测站点上，照准定向点测量水平位移监测点的水平角，首次测量值作为初值，以后各期观测都与此相同并计算测量角度与初值的差值，此差值也是计算水平位移变化量的元素。圈３不规刖形状基坑水平位移监测示意图３．２水平位移计算图３是不规则形状基坑水平位移监测的示意图，图中Ａ为观测基准点，Ｂ为后视方向点，Ｃ为变形监测点，口为Ｃ点所在基坑边与ＡＣ的夹角。根据上述的测量方法，可以测量得到口的角值、ＡＣ的距离Ｓ、因Ｃ点变形引起的角度差纽。在图３中，可以看出Ｃ∥为Ｃ点的水平位移，其引起的角度变化量为血，根据测小角法计算公式我们可得出∞＝加・旦，但是这里的厶不是要求的ＰＣＣ７，而是图３中Ｇ∥。因△口相对于Ｓ非常的小，所以可以认为优上ＣＡ，再考虑ｃｃ＇是Ｃ点的水平位移，可得：ＣＣ，＝∑毛一血・—二Ｌ－ｒ一’ｑ（３．１）ＣＯＳ（／Ｐ。ＣＯＳｔ／根据（３．１）式，可以计算出Ｃ点的水平位移。３．３精度分析因为口在整个水平位移的监测中，基本是不变的，可以将其作为常量，因此，根据误差传播定律可得：镌一（尚）２吲＋（南）２・ｍｋ（３．２）‰，是水平位移变化量中误差，ｍ，是距离观测中误差，ｍ血是角度观测中误差。根据（３．２）式。可以看出，在不考虑基准点Ａ点的误差情况下，水平位移变化量中误差由距离观测值、距离观测中误差、角度观测值、角度观测中误差、口值的大小所决定。当口值为ｏｏ时，（３．２）式变为磋，一（去）。堍，当口值为９０＊是时，（３．２）式变为藏，一ｍ；。再根据一般实际情况，可以取舰一ｌｍｍ％－－２∥Ｓ＝６０ｍ血一１０＂，则可得：‰，－－－士端ｍｍ当口一６０。时，，‰，＝１．２ｍｍ，远小于二等水平位移监测中误差。但是，为控制对水平位移变化量的影响，疗不能超过此值。４结语在实际基坑监测中，完全可以按上述操作进行，此方法简单、方便，能够满足测量精度要求，但是根据以上分析，在实际工作中应注意以下一些问题：１）在口不为ｏ。时，由于没有考虑距离（如图３中的ＡＣ）减小的影响，因此，按此方法计算的水平位移变化量略大于实际变化量，这虽然增加了基坑的安全性，但存在纳伪误差，所以，当水平位移变化量略大于警戒值时，可以根据现场的实际情况进行分析。２）在布设水平位移监测点时，尽量使其所在的基坑边界线与水平位移监测点到固定观测点连线之间的夹角口小于６０。。在实在无法满足条件、且没有较高精度的测距工具时，可增加固定观测点的个数来解决。