自動化全站儀在高層建筑基坑變形監測中的應用

占景輝

（廣東省建科建筑設計院有限公司 廣東 廣州 510500）

隨著我國人口數量的不斷上升，城市居民變得越來越多，對土地競爭變得越來越激烈，為了能夠對城市有限的土地資源進行盡可能充分的利用，城市在建設過程中建筑變得越來越高。高層建筑由于其具有樓層高、結構大、施工復雜等方面的特點，對應的在對它的基坑變形監測時，很多方面也和普通建筑具有很大的不同，就比如監測目標、監測手段的選用等方面。良好的基坑變形工作對于保證建筑施工的質量，保證施工安全性，提升居民的滿意度具有非常重要的作用。一般來講高層建筑的基坑在開挖之后，由于建筑區域周圍土體結構和原來相比，發生了一定的變化，土體的內部結構也會產生于一個重力重分布和約束的過程，土體內部的結構會由在未開挖之前的靜止土壓力狀態逐步轉變為復合力壓力狀態，對應的基坑周邊的土體就會出現變形回彈現象。這種變形會隨著周圍工程施工的不斷進行，荷載的不斷增加而逐步增加，當基坑變形到一定程度之后整個建筑物就會存在很大的安全隱患。要想對基坑變形做好有效的預防，就需要借助先進的監測設備，實時監測變形情況，關注基坑的動態變化，為施工人員提供準確的數據，指導他們采取正確的措施，控制基坑變形。當前在高層建筑基坑變形監測中應用最多的要數自動化全站儀，借助這種裝置所具有的自動識別功能、智能照準定位功能、自由設站法等功能，不僅能夠有效減少施工周邊土地變形的程度，還能夠實現及時準確獲取監測點發生的位移量，并及時向施工人員反饋。

1 自動全站儀監測技術

我國科技水平的不斷提升，在很大程度上提升了設備的智能化，如今隨著技術不斷進步，如今全站儀直接坐標法已經廣泛應用于在高層建筑基坑變形監測工作中，比如監測高層建筑發生的沉降以及水平位移。這種監測技術相比傳統的監測手段來講，更加能夠準確快速的對目標進行定位，變形點的原始信息進行快速準確獲取，保證了基坑變形監測的質量。

1.1 全站儀自由設站觀測的原理分析

當前看來，高層建筑的基坑變形監測中，采用最為廣泛的技術要數全站儀的自由設站法。在借助全站儀對建筑物基坑變形進行監測時，首先需要在基坑的附近設置一個便于觀測的觀測站點，然后還需要隨意設置測站點的方位角以及空間坐標，借助全站儀所具有的智能化數據采集分析功能實現對監測目標的自動識別定位。簡單來講全站儀的自由設站觀測原理其實就是觀測人員通過對基坑周邊的環境狀況進行分析，借助建議自由的觀測坐標系，然后通過預先設定好的基準點，對多個基準點的觀測數據進行聯合，從而獲得自有坐標系下多套精確的數據信息，最后在借助計算機數據處理技術，就可以把監測所得的數據信息，進行轉化，最終實現自由設站觀測。在借助全站儀對基坑變形進行監測時，可以充分借助它所具有的全天候連續監測功能，將對基坑的全天候監測數據，通過自動分析處理，然后再借助光纖專網或者是公網實現數據的遠程傳輸，便可實現對基坑變形觀測點的遠程監測。

1.2 全站儀自由設站點的坐標轉換

全站儀在利用自由設站觀測原理對基坑變形進行監測時候，它的設站原理主要由圖1 所示。

圖1 自動全站儀的自由設站原理

在自由設站對變形進行監測的方法中，主要包括兩大類點，它們分別為自由設站點以及基準點，它們的相關分別在圖1 中也有所體現，其中的點p 就是根據環境的特點所設置的自由設站點，它的設定需要依據當地的具體環境情況，另外k1、k2、k3、k4 四個點則分別為基準點。檢測過程大致就是在自由設站點p位置設置一臺自動全站儀，瞄準的方向我們可以假設為ki，得出的基點的方向值以及距離值我們設定為Ni、Si，然后再借助一定的數學計算方法就可以得出p 點的坐標。

在實際的監測過程中，其實我們都清楚對基坑變形的監測其實是屬于一種小范圍內短距離的變形監測，在計算的時候就可以借助最小二乘法來設定平面坐標，在計算出p 點橫縱坐標的近似值之后，加上或者減去相應改正數就能夠得到p 點的平面坐標。

2 自動化全站儀在高層建筑基坑變形監測中的實際應用

2.1 工程概況

廣東省某地的大型建筑深基坑長約為120m，寬105m，開挖深度為15m，東臨7 層高的建筑物兩座，6 層高的建筑物一座；南臨12 層高建筑物，北臨一座正在施工建設的高層建筑物。另外基坑和城市交通干道的距離比較近，僅20m 左右的距離，基坑的具體施工平面圖如圖2 所示。

圖2 深基坑施工平面圖

從施工平面圖中我們可以發現，深基坑的施工場地比較狹小，周邊的環境也十分復雜，因此對基坑變形控制的要求也會比較高。根據高層建筑基坑變形控制標準，需要按照一級基坑標準進行變形監測控制。

2.2 具體監測方案

根據該處建筑物的施工環境，施工人員分別在k1、k2 兩處設置了一個監測基準點，大約距離基坑的距離為50m，滿足大于基坑深度3 倍以上的設置要求。在對基準點進行布點時，一定要充分考慮基坑變形對其影響，另外還需要保證兩點之間的連線和和基坑一側的邊線盡量保持平行。我們假設k2 的坐標為（500，500），借助測角精度為052″的TC2003 全站儀，對兩基點之間平距進行測量，并且還要假設方向角為π，這個時候就能夠建立一套專門用于監測的獨立的坐標體系。然后我們就可以計算出K1 的平面坐標為（374，420，500），通過調度全站儀的自由設站模塊程序，在界面上輸入所測得的K1，K2 坐標值，同時測定好pK1，pK2 的方向角以及長度。按照任務要求構建專門的監測網進行監測，要盡可能保證監測的全面性，在對基坑變形進行監測的同時，還要保證做好主體建筑物以及周邊建筑沉降的變形監測。在此次工程中共設立了15 個監測點從D1～D15，要保證這些監測點都能夠埋入到鉆桿送入式標志。借助口徑為127mm 的工程地質鉆機進行鉆孔，另外由于基坑距離交通主干道距離比較近，為了能夠盡快獲得監測結果，還要借助全站儀的自由設站加極坐標監測法進行實時監測。

2.3 監測結果分析

我們知道p 為自由設站點，兩K 點分別為基準點，在調用全站儀的內部模塊單元對PK1，PK2 測定出兩條測控線的方向以及距離之后，能夠得出p 點的統一化平面坐標，然后再借助K1 或者K2 進行方向的定位，用相應的方法測定出各個監測點的極坐標值。在經過1 個月左右的時間的監測之后，為了驗證所的數據的精確性，我們任選其中的一組數據進行驗證，取與p 點的交會角為β=45°54′17″，β1=52°56′12″，邊長pK1 值為100.02m 測定所得數據的精度。結合TC2003 高精度自動全站儀的標稱精度，綜合在整個監測過程中的測距誤差、測角誤差、監測點棱鏡對中誤差以及自由測站點的誤差，通過一定的計算可以得出監測點中存在的誤差為1.71mm 左右，我們還知道一級基坑監測要求為1/10～1/20，允許的范圍約為1.5～2.0mm 之間，1.71＜2.0 所以說借助TC2003 型號的高精度自動全站儀對基坑變形監測，能夠很好的滿足工程相關要求，值得推廣應用。

3 結語

綜上所述，通過本文的分析，可以知道自動全站儀的自動設站法能夠對高層建筑中的深基坑施工變形相關的問題有一個很好的監控，并且能夠對變形監測的精度進行有效的把控，能夠把精度嚴格控制在相關規范要求的范圍之內。由于自動全站儀的自由設站加極坐標法具有操作方便快捷、靈活、計算效率高等方面的優點，另外還能夠為基坑施工提供及時、準確的變形監測方面的數據，在很大程度上保證了高層建筑的基坑施工安全，提升了建筑整體的質量。

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