基坑水平位移监测的改进方法与研究

王艳龙

（北京讯腾智慧科技股份有限公司，北京100029）

1 改进的极坐标法

传统的极坐标法在基坑水平位移观测中有着过程简洁、工作量小、效益高等优点。但是针对基坑工作基点容易变形的特点，其数据成果连续性受限、可靠性程度相应降低。

改进的极坐标方法除了具有极坐标法本身的优点之外，同时加入了设站后位置的坐标对比和参数转换，数据后处理，即当发现工作基点突变（或累计变形超限）时，采用一定的测量方法，结合四参数的转换模型（2 个平移参数ΔX、ΔY，一个旋转参数ε，一个尺度因子k），比较聪明地解决了当工作基点发生突然变化时（或累计变形超限）数据实时获取的问题。这种监测方法的实施，提高了监测数据的连续性，达到了实时动态监测的目的[1]。

2 案例分析

2.1 工程概况

2015 年9 月，某公司承接中国电子三所传感器大楼基坑支护工程，并开始对该基坑实施基坑监测。本工程建设场地位于北京市朝阳区酒仙桥北路乙七号院内，基坑东西长约125m，南北长约75m，基坑深度-13～-18.5m。

2.2 点位布设

本工程在基坑外围，变形影响范围以外的稳定地点即在距离施工现场约30～50m 远处设置3 个水平基准点，点号分别为J1、J2、J3，同时在距离基坑较近，便于变形观测并相对稳定的地点埋设3 个工作基点A、B、C。在基准点及工作基点上加设明显标志，防止被破坏。基准点应埋设在原状土层中。

2.3 监测方法及成果分析

2.3.1 监测方法

本工程基坑监测所采用的仪器是徕卡TCA2003 高精度智能机器人，其标称精度方向测回±0.5″，测距精度±(1mm+ ×10-6)，满足高精度水平位移一级变形监测精度要求。

观测方法采用传统的极坐标法观测，控制点联测采用假定坐标系统，假定A 点坐标的北方向坐标为2000.0000，东方向坐标为1000.0000。测站点A 点，后视点为B 点，检核点为C 点。

2.3.2 监测结果分析

2015 年11 月8 日，对传感器大楼基坑的第19 次监测，观测步骤还是按照往常一样有条不紊地进行着，当调整好仪器对好定向点B 时，发现实际测距比理论值大了6.5mm，测得C 点的坐标也发生了变化。可以判定这3 个工作基点发生了变化。面对这种情况可以采用以下2 种方法：

1）重新对工作基点观测，利用水平监测基准点J1、J2、J3采用边角网的观测方法重新对这A、B、C 3 个工作基点的坐标加以改正。

表1 监测点改正前后对比表

2）继续观测监测，然后联测水平监测基准点J1、J2、J3，然后利用前文提到的改进极坐标观测方法，内业后处理完成对监测点的改正。

2 种方法都可以应对这种情况，第一种方法的优点在于内业处理简单，所见即所得，但是缺点是外业工作量较大，控制网的边角测量精度要求高，而且测回数较多。另外，一旦工作基点再发生变化，又要重新观测控制网，整个控制网框架没有连续性。第二种方法外业观测简单，时效性高，即便是以后工作基点一直发生变化，测得的点也有精度保证，能保证整个基坑监测过程有一个合理的动态控制框架。因此，选择了第二种方法。第二种方法所得各个工作基点和水平基准点坐标，结果显示除了工作基点A，其他工作基点和水平基准点水平变化最大值为6mm。

通过对比水平基准点J1、J2、J3第19 次观测值与初始值的差异，可以判定工作基准A 点发生的位移的突变，再通过对比第19 次和初次观测B 点、C 点与水平基准点的相对位置关系，发现B 点、C 点均未发生变化，所以判定只有A 点发生了位移的突变。应该是往坑外方向偏离了5.8mm。

经现场排查是如下因素导致了工作基点A 点发生了位移的突变：

1）该区域东南侧是钢筋堆放区域，且长期堆放没有挪动，有可能导致该区域地表下沉。

2）现场管理人员告知我们，在2015 年11 月4 日有重型挖掘机在该位置施工，且施工时间长达12h。

3）11 月6 日施工现场开始安装塔吊，而安装塔吊的250t 重型吊车就摆放在该区域。

然后按照前文给出的方法，将2 次观测的J1、J2、J3的坐标数据输入COORD 软件解算出坐标转换的4 个参数（Δ 、Δ 、、）。然后分别将今天所测的观测点数据导入软件中解算出了改正后的数据。监测点改正前后对比如表1 所示。

选择Z2、Z4、Z20、Z24 作为代表是因为这4 个点分别位于基坑的北侧和南侧。通过分别计算第18 次和改正前19 次观测时Z2 到Z24 的距离和Z4 到Z20 距离发现，这2 次距离变化特别小，而且据观测经验可知基坑两侧同时向同一方向移动，且移动距离大致相同的概率极小。因此，第19 次观测值的变化主要原因是工作基点A 发生了突变，表1 中改正后的ΔX/Δ 也正好印证了这一结论。可以判定改进的极坐标法是精确、可靠的。

3 结语

综上所述，当使用传统的极坐标方法，当工作基点因不知名原因发生位移时，并且监测距离控制在150m 之内，由于测站位置的工作基点发生的突变导致测点位置与真实值不符合，本案例工程的工作基点变化了5.5～6.5mm。而通过改进的极坐标法通过对比测站前后的坐标对比变化以及参数转换，转换后数据也能满足规范里面一级基坑的测量精度要求。因此，如果工作基站布设在施工场地里面，可以采用改进的极坐标法来实施监测。