基于空间基准线的水平位移监测方法探讨

李富荣，刘云利，付翔宇，缑向阳

（中航勘察设计研究院有限公司，北京100098）



基于空间基准线的水平位移监测方法探讨

李富荣，刘云利，付翔宇，缑向阳

（中航勘察设计研究院有限公司，北京100098）

摘 要：常规水平位移监测方法，如视准线法、小角度法、极坐标法等受场地条件限制较大，应用中受到一些限制。文中提出一种新的水平位移监测方法——空间基准线法，此方法受场地限制小，设站灵活，并能保证监测的精度和可靠性，已在工程实践中取得良好的效果。

关键词：基坑水平位移监测；空间基线法；监测精度

随着我国经济的发展，人类对空间的需求日益增加，城市用地价格一路飚升，为提高土地的空间利用率，增加人类活动的空间，各地纷纷争相开发地下空间，基坑工程的重要性逐渐被人们所认识。《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497－2009）中强制规定：“开挖深度大于等于5m或开挖深度小于5m，但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测”。利用常规方法如视准线法、小角度法、极坐标法等对基坑水平位移监测时，需在基坑变形影响区域外具有架设仪器条件的场地设置基准点，且基准点与监测点之间需具备通视条件。

随着现代施工设备及施工工艺的发展，地下基坑开挖深度不断增加，基坑开挖边线距周边建（构）筑物的间距逐渐减小，甚至零距离开挖，常规方法在此类基坑水平位移监测中难以实施。空间基准线法对基准点的要求相对简单，基准点可设置在基坑四周开阔的场地，亦可设置在稳定的建（构）筑物上，而且进行监测时，仪器无需要架设在基准点上，基准点与监测点之间亦无需通视，可以弥补常规监测法在此类基坑监测中的不足。

1　监测方法

在施工场地建立一条空间基准线，空间基准线近似平行于基坑边线。基准线的两端由远离基坑的基准点确定，基准点为固定标志，可设置在开阔的场地，亦可设置在稳定的建（构）筑物上。空间基准线在水平面上的投影为直线AB（如图1），外业监测时，在基准线的概略中部设站，测量基准点A，B和监测点J的角度β3、β4和距离S1，S2，S3，即可解析计算出各期监测点到直线AB基线的水平距离，周期性监测就可获得基坑的水平位移值。监测方法如图1所示。

图1　空间基准线法基坑水平位移监测示意图

2　监测精度估算

假设两点连线在水平面上的投影AB为基准线，监测点J到AB的距离为d＝H1＋H2

在β1、β2为小角度的情况下式（1）可转换为

令180°－β3＝Δβ

则

式（6）为监测点到直线AB距离的计算式。

下面进行精度估算：

设S1，S2，S3为同精度观测，β3，β4也为同精度观测，假设S1近似等于S2等于S

则有：

式（6）可改写为

式（7）全微分得

转化为中误差方程式后

以md达到±1mm为估计目标，Δβ＝1°，β4＝60°，S＝50m，S3＝30m，mS＝1．1mm可估得角度观测中误差应该为2．5″。

一般情况下，水平角观测的误差包括了仪器误差、测站对中误差、目标对中误差、照准误差、外界影响等。按本方案实施，可不计仪器对中误差和目标对中误差，但仍有仪器残存误差、照准误差、外界影响等需要考虑。按等影响进行估计，角度观测误差为＝1．44″，以1″全站仪为例，取仪器标称精度mβ＝1″，可知水平角观测1测回即可。考虑到观测数据的时效性及不可逆性，以及从提高数据的可靠性出发，可增加多余观测量，水平角以观测2测回为宜。

3　工程应用

刘海胡同33号四合院重建工程位于北京市西城区德胜门内大街，设计地下建筑2层，地上建筑1层（局部2层）。为了确保刘海胡同33号四合院重建工程在基础施工中的安全，减少和避免损失，同时进行施工方案优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的，受建设方（北京湘财福地投资有限公司）的委托，由中航勘察设计研究院有限公司承担对刘海胡同33号四合院重建工程基坑第三方监测项目。

开挖的基坑形状近似为长方形，南北长约为50m，东西宽约为30m，基坑开挖深度为10m（局部13m），围护结构采用微型桩加预应力锚杆混合支护模式。基坑的东、西、北侧分布有平房、围墙或棚房，南侧临街，上口线与周边建筑物距离较小，最大间距不足0．8m，常规基准网难以布设。

本工程使用空间基线法对此基坑围护桩顶水平位移进行监测，在基坑南北方向适当距离处的3层建筑上安放了一对观测标志（见图2），这对标志构成一条空间基准线，在空间基准线延长方向上设置了一个观测标志，用于空间基准线稳定性检查，在东西方向屋顶上也设置了一条空间基准线和相应的检查点。监测方法同第一部分，在此不再赘述。

图2　基准点观测标志规格图

整个监测过程历时10个月，共监测30次，期间经过了冬天的冻胀和春天的解冻。根据监测数据信息及时对施工措施、施工顺序、施工步骤进行动态优化调整，保障了基坑围护结构和周边建筑物以及环境的安全。本工程水平位移监测部分期次的监测结果见表1所示。

表1　水平位移监测结果

为了直观地反映基坑水平位移的变形过程，分别以基坑东、南、西、北四侧水平位移监测点各期次位移量的均值和对应的监测时刻作为纵横轴，绘制了时间－位移量示意图，见图3。

结合监测成果和时间－位移示意图可以看出，水平位移的最大位移量均发生在基坑西侧；在进行第24次观测时，水平位移监测点J1的累积位移变化量达到了－30．22mm，及时上报了监测数据进行预警并分析了原因。经分析，导致变形过大的原因有4种：①距基坑南端西侧不足0．5m的四合院下水道堵塞，生活污水排放通过地表下渗；②基坑设计肥槽较小，基坑西侧南端围护桩略有倾斜，造成部分围护桩吃槽；为了不影响主体结构的施工，施工方将吃槽桩进行切除；③施工场地过小，大型挖掘机对围护结构有过强度较大的撞击；④基坑西侧南端处于阴面，冬天长期没有太阳照射，冻胀对变形有一定的影响。上述4种不利因素的叠加造成围护桩顶水平位移量和周边建筑物沉降量较大。经过专家反复研究、论证，施工方在基坑西南角安装了3道角撑并加了预应力。在角撑与天气转暖土体解冻的共同作用下，到2011年3月17日第26次观测时，水平位移累积位移变化量有一定的减少，累积位移变化量回复到－20．87mm。直到2011年6月29日进行最后一次监测，累计位移变化量没有较大的变化，维持在－22mm左右。

从土方施工开始到顺利完成主体建筑一层底板浇筑为止，基坑围护结构抵御了周边各种不利因素的考验。在建设方、施工方、监理方的配合下，时刻以信息化监测数据为依据，及时对施工措施、施工顺序、施工步骤进行动态优化调整，保障了基坑围护结构和周边建筑物以及环境的安全。实施效果表明，基坑监测从方案设计到实施都是成功的，监测工作真正起到了指导施工的作用，监测结果达到了委托方的预期目的。

4　结 语

规范要求，在基坑施工过程中，开挖深度大于等于5m或开挖深度小于5m，但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测，而基坑围护墙（边坡）顶部水平位移监测是各级基坑的必测项目。由精度估算的推导公式和工程实际应用表明，使用空间基准线法进行基坑水平位移监测能满足目前基坑监测的精度要求，且受基坑施工场地和现场作业的影响较少，在进行周边条件复杂的基坑水平位移监测方案设计时，此方法是一种不错的选择。

参考文献：

［1］ 周小莉，俞荭．信息化测绘条件下的地铁施工监测方法探讨［J］．测绘工程，2014，23（9）：36－39，44．

［2］ 沈月千，李威，黄腾，等．大坝变形分析周期均线系统模型的应用研究［J］．测绘工程，2014，23（3）：55－58．

［3］ 陈喜凤，黄腾，刘岭，等．GeoMoS在地铁保护区自动化监测中的应用［J］．测绘工程，2013，22（2）：64－69．

［4］ 孙涛．浅析几种建筑基坑水平位移监测的方法［J］．测绘与空间地理信息，2014，37（2）：201－202．

［5］ 江遥，高超．深基坑水平位移监测方法与精度浅析［J］．测绘与空间地理信息，2014，37（12）：28－31．

［6］ 中华人民共和国建设部．JGJ8－2007建筑变形测量规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2007．

［7］ 中华人民共和国住房和城乡建设部．GB50497－2009建筑基坑工程监测技术规范［S］．北京：中国计划出版社，2009．

［8］ 北京市建设委员会，北京市技术监督局．DB11／490－2007地铁工程监控量测技术规程［S］．北京：北京城建科技促进会，2007．

［9］ 北京市建设委员会，北京市技术监督局．DB11／T446－2007建筑施工测量技术规程［S］．北京：北京城建科技促进会，2007．

［责任编辑：王文福］

Discussion of the horizontal displacement monitoring method based on space baseline method

LI Furong，LIU Yunli，FU Xiangyu，GOU Xiangyang

（AVIC Institute of Geotechnical Engineering Co．，Ltd．，Beijing 100098，China）

Abstract：Conventional horizontal displacement monitoring methods，such as collimation line method，smallangle method，polar coordinate method，are impacted by site conditions．This paper presents a new pit horizontal displacement monitoring method－space baseline method．This method is not restricted in the space which can set flexible stations，ensure the accuracy and reliability monitoring，and achieve good results in engineering practice．

Key words：pit horizontal displacement monitoring；spatial baseline method；monitoring accuracy

作者简介：李富荣（1984－），男，工程师．

收稿日期：2014－10－15；修回日期：2014－12－31

中图分类号：P258

文献标识码：A

文章编号：1006－7949（2016）01－0055－04