極坐標法在基坑支護水平位移監測中的應用

徐愛華, 鞠大為

(湖北省地質局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

極坐標法在基坑支護水平位移監測中的應用

徐愛華, 鞠大為

(湖北省地質局 地球物理勘探大隊,湖北 武漢 430056)

傳統的基坑水平位移監測方法基本是采用小角度觀測。在城市建設基坑施工中,由于受場地影響較大,導致監測困難、工作量大,并且很難保證監測精度。運用極坐標監測方法進行基坑水平位移監測,采用檢查點控制監測中出現的粗差來提高監測精度,建立平行于基坑的自由坐標系來減少計算工作量和消除多元誤差積累。該方法可為類似項目借鑒和應用。

工程測量;極坐標法;基坑支護

隨著城市建設的大力發展,深基坑施工越來越多,而深基坑監測尤為重要。深基坑垮塌事故不僅會造成財產損失,而且還會伴隨人員傷亡事故發生。而深基坑水平位移監測數據,能直接反映深基坑支護的水平方向的變化情況,用于判斷深基坑支護是否穩定起到重要作用。

1 傳統監測方法的缺點

對深基坑水平位移監測,傳統方法多為小角度法,即在每條支護結構邊兩端建立觀測基點和方向點,基點和方向點的連線平行且靠近基坑支護,利用其角度變化量計算位移量(圖1)。

圖1 小角度監測示意圖Fig.1 Schematic diagram of small angle monitoring

由于工作基點不能離基坑邊緣太近,因此每條邊的工作基點不能互用,每個基坑水平位移監測就必須建立4個工作基點和4個方向點。對于城市內基坑施工工程來說建立4個工作基點非常困難,因為城市內施工場地都被圍墻等防護設施維護,基點距離支護太近會跟隨支護一起移動,基點距離支護太遠,會被圍墻遮擋。而且來回設站觀測工作量大,效率低下。

2 極坐標法

2.1 建立坐標系

以工作基點為坐標原點,建立自由坐標系。坐標系的X軸和Y軸必須平行和垂直于基坑支護的軸線(圖2)。

圖2 全站儀極坐標法監測示意圖Fig.2 Schematic diagram of total station polar coordinate method monitoring

這樣建立坐標系便于計算基坑支護各邊的位移量。在基坑水平位移監測中，通常只需要測量出垂直于基坑邊緣向基坑內的水平變量。通過圖2可知，重復觀測X值計算變量ΔX,就等于平行于Y軸的基坑支護體的水平位移量。重復觀測Y值計算變量ΔY,就等于平行于X軸的基坑支護體的水平位移量。在計算中就省去了一些較為復雜的計算公式，便于在施工工地及時計算出基坑支護的水平位移量并做到及時預警。

2.2 點位建立

在基坑支護鎖口梁上設立觀測點,觀測點采用與棱鏡相配套的螺栓建立,以便觀測時固定棱鏡,這樣可以消除置鏡誤差。在離基坑較遠的房屋等穩定的建筑物上建立工作基點,為了盡量減小旋轉角度,在基坑視線方向穩定處建立定向點,在基坑外圍較遠處建立穩固基點,便于對工作基點進行定期聯測。在基坑周邊穩定區域建立監測檢查點,用來校正觀測中的系統誤差和觀測誤差。

2.3 觀測方法

設置觀測基點為坐標原點,取基坑軸線方向為零的方位角,并取整數作為每次觀測的定向角值。按順時針方向依次觀測各監測點位的坐標和檢查點位的坐標值。以每次觀測的Y值變化量作為平行于X軸的支護水平位移量,以觀測的X值變化量作為平行于Y軸的支護水平位移量。

2.4 精度分析

極坐標計算公式:Y=y+SINB×D,X=x+COSB×D(y,x為測站點坐標、B為方位角、D為測站到觀測點的距離),不考慮工作基點的精度,利用測距精度(1+1)ppm(前邊是常數誤差,后邊是比例誤差),測角精度1″的全站儀作為觀測儀器進行精度估算。方位角取值范圍0°～90°,距離按200 m計算。測距中誤差取值±2 mm,測角中誤差取±1″。筆者以Y值為例計算,假定方位角為0°,角度每變化1 s對Y產生的變量為(SIN0°-SIN(0°+1″))×D=9.70e-6×200 000 mm=1.94 mm,假定方位角為90°,角度每變化1 s對Y產生的變量為(SIN90°-SIN(90°+1″))×D=4.7e-11×200 000 mm=9.4e-6 mm≈0,說明方位角從0°向90°變化,對Y值產生的誤差由±1.94向0變化,最大值絕對值為1.94 mm。同理對X值的影響由0向±1.94變化,最大值絕對值為1.94 mm。

2.5 根據精度要求調整觀測方案

2.5.1 技術規范

《建筑基坑工程監測技術規范》GB50497—2009對水平位移監測精度要求[1],見表1。

表1 水平位移精度要求Table 1 Accuracy requirements of horizontal displacement

注:vd為變化速率即每天的變化量。

2.5.2 觀測方案調整

根據精度分析知道X、Y的精度取決于觀測儀器的精度和測站到觀測點的距離。根據基坑類型不同、精度要求不同,在布設觀測點、工作基點時,充分考慮精度要求,通過精度估算設計工作基點的位置和選用儀器的型號,以達到滿足規范要求的精度。

3 結論

通過以上分析,利用高精度全站儀進行深基坑水平位移觀測,明顯優于利用小角度觀測法進行深基坑水平位移觀測。只要方案設計合理,觀測精度完全可以滿足規范要求。

[1] 中華人民共和國城鄉建設部.建筑基坑工程監測技術規范:GB50497—2009[S].北京:中國標準出版社,2009.

Discussion on Horizontal Displacement Monitoring Method ofFoundation Pit Support by Polar Coordinate Method

XU Aihua, JU Dawei

(GeophysicalExplorationofHubeiGeologicalBureau,Wuhan,Hubei430056)

The traditional method of foundation pit horizontal displacement monitoring is basically using small angle observation.In the construction of urban construction foundation pit,due to the greater impact of the site,it results in monitoring difficulties,heavy workload.And it is difficult to ensure the accuracy of monitoring.The foundation pit horizontal displacement monitoring using polar coordinate monitoring method,it improves the monitoring accuracy by the checkpoint control gross error occurred in monitoring,establishes free-coordinate system to reduce the amount of calculation and eliminate multiple error accumulation.This method is beneficial to the similar projects for reference and application.

engineering survey; polar coodinate method; foundation pit support

TU473

A

1671-1211(2017)06-0789-02

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.023

2017-09-01;改回日期2017-09-25

徐愛華(1965-),男,高級工程師,地質測繪專業,從事工程測量工作。E-mail:317683689@qq.com

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171025.1642.002.html數字出版日期2017-10-25 16:42

費雯麗)