自动化全站仪在高层建筑基坑变形监测中的应用

占景辉

（广东省建科建筑设计院有限公司 广东 广州 510500）

随着我国人口数量的不断上升，城市居民变得越来越多，对土地竞争变得越来越激烈，为了能够对城市有限的土地资源进行尽可能充分的利用，城市在建设过程中建筑变得越来越高。高层建筑由于其具有楼层高、结构大、施工复杂等方面的特点，对应的在对它的基坑变形监测时，很多方面也和普通建筑具有很大的不同，就比如监测目标、监测手段的选用等方面。良好的基坑变形工作对于保证建筑施工的质量，保证施工安全性，提升居民的满意度具有非常重要的作用。一般来讲高层建筑的基坑在开挖之后，由于建筑区域周围土体结构和原来相比，发生了一定的变化，土体的内部结构也会产生于一个重力重分布和约束的过程，土体内部的结构会由在未开挖之前的静止土压力状态逐步转变为复合力压力状态，对应的基坑周边的土体就会出现变形回弹现象。这种变形会随着周围工程施工的不断进行，荷载的不断增加而逐步增加，当基坑变形到一定程度之后整个建筑物就会存在很大的安全隐患。要想对基坑变形做好有效的预防，就需要借助先进的监测设备，实时监测变形情况，关注基坑的动态变化，为施工人员提供准确的数据，指导他们采取正确的措施，控制基坑变形。当前在高层建筑基坑变形监测中应用最多的要数自动化全站仪，借助这种装置所具有的自动识别功能、智能照准定位功能、自由设站法等功能，不仅能够有效减少施工周边土地变形的程度，还能够实现及时准确获取监测点发生的位移量，并及时向施工人员反馈。

1 自动全站仪监测技术

我国科技水平的不断提升，在很大程度上提升了设备的智能化，如今随着技术不断进步，如今全站仪直接坐标法已经广泛应用于在高层建筑基坑变形监测工作中，比如监测高层建筑发生的沉降以及水平位移。这种监测技术相比传统的监测手段来讲，更加能够准确快速的对目标进行定位，变形点的原始信息进行快速准确获取，保证了基坑变形监测的质量。

1.1 全站仪自由设站观测的原理分析

当前看来，高层建筑的基坑变形监测中，采用最为广泛的技术要数全站仪的自由设站法。在借助全站仪对建筑物基坑变形进行监测时，首先需要在基坑的附近设置一个便于观测的观测站点，然后还需要随意设置测站点的方位角以及空间坐标，借助全站仪所具有的智能化数据采集分析功能实现对监测目标的自动识别定位。简单来讲全站仪的自由设站观测原理其实就是观测人员通过对基坑周边的环境状况进行分析，借助建议自由的观测坐标系，然后通过预先设定好的基准点，对多个基准点的观测数据进行联合，从而获得自有坐标系下多套精确的数据信息，最后在借助计算机数据处理技术，就可以把监测所得的数据信息，进行转化，最终实现自由设站观测。在借助全站仪对基坑变形进行监测时，可以充分借助它所具有的全天候连续监测功能，将对基坑的全天候监测数据，通过自动分析处理，然后再借助光纤专网或者是公网实现数据的远程传输，便可实现对基坑变形观测点的远程监测。

1.2 全站仪自由设站点的坐标转换

全站仪在利用自由设站观测原理对基坑变形进行监测时候，它的设站原理主要由图1 所示。

图1 自动全站仪的自由设站原理

在自由设站对变形进行监测的方法中，主要包括两大类点，它们分别为自由设站点以及基准点，它们的相关分别在图1 中也有所体现，其中的点p 就是根据环境的特点所设置的自由设站点，它的设定需要依据当地的具体环境情况，另外k1、k2、k3、k4 四个点则分别为基准点。检测过程大致就是在自由设站点p位置设置一台自动全站仪，瞄准的方向我们可以假设为ki，得出的基点的方向值以及距离值我们设定为Ni、Si，然后再借助一定的数学计算方法就可以得出p 点的坐标。

在实际的监测过程中，其实我们都清楚对基坑变形的监测其实是属于一种小范围内短距离的变形监测，在计算的时候就可以借助最小二乘法来设定平面坐标，在计算出p 点横纵坐标的近似值之后，加上或者减去相应改正数就能够得到p 点的平面坐标。

2 自动化全站仪在高层建筑基坑变形监测中的实际应用

2.1 工程概况

广东省某地的大型建筑深基坑长约为120m，宽105m，开挖深度为15m，东临7 层高的建筑物两座，6 层高的建筑物一座；南临12 层高建筑物，北临一座正在施工建设的高层建筑物。另外基坑和城市交通干道的距离比较近，仅20m 左右的距离，基坑的具体施工平面图如图2 所示。

图2 深基坑施工平面图

从施工平面图中我们可以发现，深基坑的施工场地比较狭小，周边的环境也十分复杂，因此对基坑变形控制的要求也会比较高。根据高层建筑基坑变形控制标准，需要按照一级基坑标准进行变形监测控制。

2.2 具体监测方案

根据该处建筑物的施工环境，施工人员分别在k1、k2 两处设置了一个监测基准点，大约距离基坑的距离为50m，满足大于基坑深度3 倍以上的设置要求。在对基准点进行布点时，一定要充分考虑基坑变形对其影响，另外还需要保证两点之间的连线和和基坑一侧的边线尽量保持平行。我们假设k2 的坐标为（500，500），借助测角精度为052″的TC2003 全站仪，对两基点之间平距进行测量，并且还要假设方向角为π，这个时候就能够建立一套专门用于监测的独立的坐标体系。然后我们就可以计算出K1 的平面坐标为（374，420，500），通过调度全站仪的自由设站模块程序，在界面上输入所测得的K1，K2 坐标值，同时测定好pK1，pK2 的方向角以及长度。按照任务要求构建专门的监测网进行监测，要尽可能保证监测的全面性，在对基坑变形进行监测的同时，还要保证做好主体建筑物以及周边建筑沉降的变形监测。在此次工程中共设立了15 个监测点从D1～D15，要保证这些监测点都能够埋入到钻杆送入式标志。借助口径为127mm 的工程地质钻机进行钻孔，另外由于基坑距离交通主干道距离比较近，为了能够尽快获得监测结果，还要借助全站仪的自由设站加极坐标监测法进行实时监测。

2.3 监测结果分析

我们知道p 为自由设站点，两K 点分别为基准点，在调用全站仪的内部模块单元对PK1，PK2 测定出两条测控线的方向以及距离之后，能够得出p 点的统一化平面坐标，然后再借助K1 或者K2 进行方向的定位，用相应的方法测定出各个监测点的极坐标值。在经过1 个月左右的时间的监测之后，为了验证所的数据的精确性，我们任选其中的一组数据进行验证，取与p 点的交会角为β=45°54′17″，β1=52°56′12″，边长pK1 值为100.02m 测定所得数据的精度。结合TC2003 高精度自动全站仪的标称精度，综合在整个监测过程中的测距误差、测角误差、监测点棱镜对中误差以及自由测站点的误差，通过一定的计算可以得出监测点中存在的误差为1.71mm 左右，我们还知道一级基坑监测要求为1/10～1/20，允许的范围约为1.5～2.0mm 之间，1.71＜2.0 所以说借助TC2003 型号的高精度自动全站仪对基坑变形监测，能够很好的满足工程相关要求，值得推广应用。

3 结语

综上所述，通过本文的分析，可以知道自动全站仪的自动设站法能够对高层建筑中的深基坑施工变形相关的问题有一个很好的监控，并且能够对变形监测的精度进行有效的把控，能够把精度严格控制在相关规范要求的范围之内。由于自动全站仪的自由设站加极坐标法具有操作方便快捷、灵活、计算效率高等方面的优点，另外还能够为基坑施工提供及时、准确的变形监测方面的数据，在很大程度上保证了高层建筑的基坑施工安全，提升了建筑整体的质量。

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