基坑水平位移監測的改進方法與研究

王艷龍

（北京訊騰智慧科技股份有限公司，北京100029）

1 改進的極坐標法

傳統的極坐標法在基坑水平位移觀測中有著過程簡潔、工作量小、效益高等優點。但是針對基坑工作基點容易變形的特點，其數據成果連續性受限、可靠性程度相應降低。

改進的極坐標方法除了具有極坐標法本身的優點之外，同時加入了設站后位置的坐標對比和參數轉換，數據后處理，即當發現工作基點突變（或累計變形超限）時，采用一定的測量方法，結合四參數的轉換模型（2 個平移參數ΔX、ΔY，一個旋轉參數ε，一個尺度因子k），比較聰明地解決了當工作基點發生突然變化時（或累計變形超限）數據實時獲取的問題。這種監測方法的實施，提高了監測數據的連續性，達到了實時動態監測的目的[1]。

2 案例分析

2.1 工程概況

2015 年9 月，某公司承接中國電子三所傳感器大樓基坑支護工程，并開始對該基坑實施基坑監測。本工程建設場地位于北京市朝陽區酒仙橋北路乙七號院內，基坑東西長約125m，南北長約75m，基坑深度-13～-18.5m。

2.2 點位布設

本工程在基坑外圍，變形影響范圍以外的穩定地點即在距離施工現場約30～50m 遠處設置3 個水平基準點，點號分別為J1、J2、J3，同時在距離基坑較近，便于變形觀測并相對穩定的地點埋設3 個工作基點A、B、C。在基準點及工作基點上加設明顯標志，防止被破壞。基準點應埋設在原狀土層中。

2.3 監測方法及成果分析

2.3.1 監測方法

本工程基坑監測所采用的儀器是徠卡TCA2003 高精度智能機器人，其標稱精度方向測回±0.5″，測距精度±(1mm+ ×10-6)，滿足高精度水平位移一級變形監測精度要求。

觀測方法采用傳統的極坐標法觀測，控制點聯測采用假定坐標系統，假定A 點坐標的北方向坐標為2000.0000，東方向坐標為1000.0000。測站點A 點，后視點為B 點，檢核點為C 點。

2.3.2 監測結果分析

2015 年11 月8 日，對傳感器大樓基坑的第19 次監測，觀測步驟還是按照往常一樣有條不紊地進行著，當調整好儀器對好定向點B 時，發現實際測距比理論值大了6.5mm，測得C 點的坐標也發生了變化。可以判定這3 個工作基點發生了變化。面對這種情況可以采用以下2 種方法：

1）重新對工作基點觀測，利用水平監測基準點J1、J2、J3采用邊角網的觀測方法重新對這A、B、C 3 個工作基點的坐標加以改正。

表1 監測點改正前后對比表

2）繼續觀測監測，然后聯測水平監測基準點J1、J2、J3，然后利用前文提到的改進極坐標觀測方法，內業后處理完成對監測點的改正。

2 種方法都可以應對這種情況，第一種方法的優點在于內業處理簡單，所見即所得，但是缺點是外業工作量較大，控制網的邊角測量精度要求高，而且測回數較多。另外，一旦工作基點再發生變化，又要重新觀測控制網，整個控制網框架沒有連續性。第二種方法外業觀測簡單，時效性高，即便是以后工作基點一直發生變化，測得的點也有精度保證，能保證整個基坑監測過程有一個合理的動態控制框架。因此，選擇了第二種方法。第二種方法所得各個工作基點和水平基準點坐標，結果顯示除了工作基點A，其他工作基點和水平基準點水平變化最大值為6mm。

通過對比水平基準點J1、J2、J3第19 次觀測值與初始值的差異，可以判定工作基準A 點發生的位移的突變，再通過對比第19 次和初次觀測B 點、C 點與水平基準點的相對位置關系，發現B 點、C 點均未發生變化，所以判定只有A 點發生了位移的突變。應該是往坑外方向偏離了5.8mm。

經現場排查是如下因素導致了工作基點A 點發生了位移的突變：

1）該區域東南側是鋼筋堆放區域，且長期堆放沒有挪動，有可能導致該區域地表下沉。

2）現場管理人員告知我們，在2015 年11 月4 日有重型挖掘機在該位置施工，且施工時間長達12h。

3）11 月6 日施工現場開始安裝塔吊，而安裝塔吊的250t 重型吊車就擺放在該區域。

然后按照前文給出的方法，將2 次觀測的J1、J2、J3的坐標數據輸入COORD 軟件解算出坐標轉換的4 個參數（Δ 、Δ 、、）。然后分別將今天所測的觀測點數據導入軟件中解算出了改正后的數據。監測點改正前后對比如表1 所示。

選擇Z2、Z4、Z20、Z24 作為代表是因為這4 個點分別位于基坑的北側和南側。通過分別計算第18 次和改正前19 次觀測時Z2 到Z24 的距離和Z4 到Z20 距離發現，這2 次距離變化特別小，而且據觀測經驗可知基坑兩側同時向同一方向移動，且移動距離大致相同的概率極小。因此，第19 次觀測值的變化主要原因是工作基點A 發生了突變，表1 中改正后的ΔX/Δ 也正好印證了這一結論。可以判定改進的極坐標法是精確、可靠的。

3 結語

綜上所述，當使用傳統的極坐標方法，當工作基點因不知名原因發生位移時，并且監測距離控制在150m 之內，由于測站位置的工作基點發生的突變導致測點位置與真實值不符合，本案例工程的工作基點變化了5.5～6.5mm。而通過改進的極坐標法通過對比測站前后的坐標對比變化以及參數轉換，轉換后數據也能滿足規范里面一級基坑的測量精度要求。因此，如果工作基站布設在施工場地里面，可以采用改進的極坐標法來實施監測。