高精度全站儀在基坑變形監測中的應用

張代劉海寬胡鋒王統寧

（1.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.公路橋梁安全檢測與加固技術交通運輸行業研發中心，河南 鄭州 450000）

高精度全站儀在基坑變形監測中的應用

張代1，2劉海寬1，2胡鋒1，2王統寧1，2

（1.河南省交通科學技術研究院有限公司，河南 鄭州 450000；2.公路橋梁安全檢測與加固技術交通運輸行業研發中心，河南 鄭州 450000）

變形監測是基坑監測的重要內容之一，現場監測可為基坑的安全信息化施工提供可靠的保障。以河南省鄭州市鄭東新區龍湖區污水泵站基坑工程為例，利用徠卡TS30高精度全站儀對基坑變形進行全過程監測，保證基坑支護結構的安全和施工安全，可為同類型項目的監測提供借鑒。

基坑；變形監測；高精度全站儀

深基坑工程是土木工程中最為復雜的技術領域之一，其施工內容豐富且富有變化。基坑施工不僅存在基坑本身的安全與穩定問題，而且存在因土方開挖引起周圍地層移動，危及相鄰建筑物、地下管線網和城市市政設施的正常使用等問題。通過基坑工程現場監測可為信息化施工、設計優化等提供依據，可及時發現安全隱患，保證基坑及周邊環境的安全。基坑監測應綜合考慮基坑工程設計方案、建設場地的巖土工程條件、周邊環境條件、施工方案等因素，制定合理的監測方案。基坑監測內容一般包括基坑圍護結構水平和位移豎向位移、地層分層沉降量、基坑內外水位及空隙水壓力、周邊相鄰建筑物及地下管線等保護對象的沉降和水平位移等，其中變形監測是基坑監測的重要內容之一。

1 基于全站儀的變形監測

目前，水平位移與豎向位移觀測的主要方法是采用高精度測量儀器測量角度、邊長的變化來測定變形。在所有的工程測量與監測中，使用最多的儀器就是水準儀和全站儀。全站儀即全站型電子測距儀，是集光、機、電為一體的高技術測量儀器，是集水平角、垂直角、距離、高差測量功能于一體的測繪儀器。因其一次安置儀器即可完成該測站上全部測量工作，所以稱之為全站儀。全站儀廣泛用于大型建筑、地下工程施工等精密工程測量或變形監測領域。利用全站儀進行水平位移監測時，可根據監測點的分布情況采用后方交會法、前方交會法、極坐標法等；豎向位移可利用高精度全站儀采用精密三角高程測量法觀測［1］。

表1 場地地層分布情況

2 項目工程概況

河南省鄭州市鄭東新區龍湖區污水泵站工程為一處地下污水泵站。污水泵站主體工程為水池構筑物，為全地下鋼筋混凝土水池結構，建筑面積271.11m2，設計流量為6.1萬t/d。泵房水池主體采用C30抗滲混凝土，抗滲等級為P8，底板墊層為C15素混凝土。泵站基坑設計最深為17m，基坑上口尺寸約39m×52m。場地地下水為第四系潛水，主要受大氣降水補給，勘察期間地下穩定水位埋設為地表以下11.3m左右，一般水位年變幅2.0m左右，該場地3～5a最高水位為9.0m，歷史最高水位為0.5m。該項目場地地層分布如表1所示。

設計基坑支護為臨時支護，支護結構形式為土釘墻。支護土釘鋼筋采用公稱直徑20mm的HRB400鋼筋制作，土釘注漿采用PO42.5級水泥，水灰比為0.50，采用二次注漿工藝，注漿壓力為0.4～0.6Mpa。土釘墻噴射混凝土采用PC32.5級水泥，強度不低于C20。

3 基坑變形監測方案

3.1 監測點的布設

本項目基坑開挖面積較大，坑深達17m，基坑邊坡均為高邊坡，且該泵站為重要工程設施，依據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497-2009）確定該項目為一級基坑。監測基準網采用獨立坐標系統和獨立高程系統，并進行一次布網。該項目共布設4個基準點，構成監測基準網，基準點全部布設在施工區以外穩固的結構物上。基準點布設完成后，對基準網經過多次復測，確認基準點處于穩定狀態后使用［2］。

變形監測點應直接埋設在要測定的變形體上，而且點位應設置于變形體的特征部位，要求設置牢固，便于觀測，結構合理。根據基坑設計文件及現行規范要求確定基坑變形監測點的布設。該項目沿基坑周邊共布置10個監測點，并采用水平位移和豎向位移同點觀測的布點方式，采用多點后方交會的方法觀測監測點的變形。測點布置平面示意及坐標系如圖1所示［3］。

3.2 監測儀器與方法

基坑變形監測采用徠卡TS30高精度全站儀。徠卡TS30全站儀的測角精度為0.5″，測距精度為0.6mm+ 1ppm，高精度儀器為精密測量提供了技術保障。TS30首次運用了壓電陶瓷驅動技術，使得全站儀擁有極佳的動態跟蹤性能，保證了苛刻環境下動態跟蹤的最佳精度，同時具備最快的加速度和轉速，能幫助監測技術人員極大地提高作業效率。本項目變形監測采用的徠卡TS30高精度全站儀及配件如圖2所示。

圖1 基坑變形監測點的布置與坐標系

圖2 徠卡TS30全站儀及配件

利用全站儀的自由設站（后方交會）功能無需顧慮危險圓，可在待定控制點或者任意臨時點設站，后視多個已知控制點觀測方向和距離，并按間接平差方法計算待定點坐標的控制測量方法。測站點的平面坐標及高程根據方向觀測值和邊長觀測值建立方向誤差方程式和邊長誤差方程，然后根據最小二乘法原理計算待定點坐標平差值。利用全站儀采用多點后方交會，可以大大提高觀測精度［4］。

3.3 監測精度與報警值

監測精度根據《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497-2009）相關規定和要求確定，并且要滿足以下幾個因素：①應能滿足監測報警要求，包括變化速率及報警累計值兩個監測報警值的監測要求；②應與現行測量規范規定的測量精度相協調；③在控制監測成本的情況下適當提高精度要求［5］。

監測報警值應由監測項目的累計變化量和變化速率共同控制。基坑設計確定的基坑變形控制等級為二級，監測報警值為：水平位移累計值小于35mm，變形速率小于3mm/d；豎向位移累計值小于35mm，變形速率小于3mm/d。現場監測按黃色、橙色和紅色三級警戒狀態進行管理和控制，根據現場監測點變形量及變形速率情況判斷，具體如表2所示。

表2 監測預警狀態管理

另外，當出現《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497-2009）規定的情況時，應立即進行危險報警，并通知業主、施工單位和監理等各單位采取應急措施。

4 監測數據處理與分析

4.1 數據處理要點

監測數據的處理與信息反饋宜采用專業軟件，并宜具備數據采集、處理、分析、查詢和管理一體化以及監測成果可視化的功能。數據處理時主要注意以下幾個方面：①觀測數據出現異常時，應分析原因，必要時應進行重測；②儀器監測項目各監測點的本次測試值、單次變化值、變化速率及累計值等，必要時繪制有關曲線；③對達到或超過報警值的監測點應有報警標示，并進行分析和提出施工建議等。

4.2 監測數據分析

在鄭東新區龍湖區污水泵站工程基坑開挖、主體結構施工和基坑回填過程中，對基坑變形進行了全過程觀測和巡查。監測過程中，基坑變形測點累計最大水平位移為28.2mm，小于預設報警值35.0mm；測點水平位移變形速率最大值為2.24mm/d，小于預設報警值3.00mm/d。基坑變形測點累計最大豎向位移為5.8mm，小于預設報警值35.0mm；測點豎向位移變形速率最大值為0.61mm/d，小于預設報警值3.00mm/d。基坑變形測點沿X方向累計水平位移曲線、沿Y軸方向累計水平位移曲線和累計豎向位移（Z向）曲線分別如圖3～5所示。

在2015年5月10日-10月26日監測期間，測點變形量及變形速率均未超過報警限值，監測期間未發現基坑支護結構或周邊土體未出現過大變形；基坑未出現流沙、管涌、隆起、陷落或較嚴重的滲漏；基坑周邊建筑的結構部分、周邊地面未發現裂縫或危害結構的變形裂縫。基坑周邊管線未見明顯變形或出現裂縫、泄露等。

5 結語

變形監測是基坑監測的重要內容之一，現場監測應制定合理的監測方案和采用科學的監測方法，以保證監測數據的及時、可靠。運用高精度全站儀可實現其水平及豎向位移的快速監測和數據分析與評價，為基坑的安全信息化施工提供了可靠的保障。在鄭東新區龍湖區污水泵站工程基坑開挖、主體結構施工和基坑回填過程中，利用徠卡TS30高精度全站儀對基坑變形進行了全過程監測，保證了基坑支護結構的安全和施工安全，可為同類型項目的監測提供參考。

圖3 測點X向累計位移曲線

圖4 測點Y向累計位移曲線

圖5 測點豎向位移累計曲線

［1］中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50497-2009.建筑基坑工程監測技術規范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［2］中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 50026-2007.工程測量規范［S］.北京：中國計劃出版社，2008.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ 8-2016.建筑變形測量規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016.

［4］蔣宿王.基坑監測技術的研究與應用［D］.長春：吉林大學，2010.

［5］劉兆民.深基坑變形監測體系研究及工程應用［D］.大連：大連理工法學，2013.

Application of High Precision Total Station Instrument in Deformation Monitoring of Foundation Pit

Zhang Dai1,2Liu Haikuan1,2Hu Feng1,2Wang Tongning1,2
（1.Henan Transportation Research Institute Co.,Ltd.，Zhengzhou Henan 450000；2.Highway Bridge Safety Inspection and Reinforcement Technology Transportation Industry Research and Development Center，Zhengzhou Henan 450000）

Deformation monitoring is an important part of excavation monitoring,situ monitoring can provide a reliable guarantee for the security of construction.Taking the foundation pit project of sewage pumping station located in Longhu district,Zhengdong new district in Zhengzhou city of Henan province as an example,the deformation of foundation pit was monitored in the whole process by using Leica TS30 high precision total station instrument,to ensure the safety of foundation pit structure and construction safety,which can provide reference for the same type of project monitoring.

foundation pit；deformation monitoring；high precision total station instrument

TU196.1

A

1003-5168（2017）05-0111-03

2017-04-15

張代（1991-），男，助理工程師，研究方向：橋梁檢測與監測。

劉海寬（1985-），男，碩士，工程師，研究方向：橋梁設計與檢測。