GPS技術在建筑基坑變形監測中的應用

摘 要：經濟的高速發展，促使建筑基坑工程日益增多，為合理利用地下空間資源，控制因基坑變形引發的安全事故和利益損失，就必須加強建筑基坑變形監測，而GPS技術可快速、準確的獲取相關數據，因而在建筑基坑變形監測中廣泛應用。對此，文章對GPS技術與建筑基坑變形作了概述，并就其在建筑基坑變形監測中的應用進行了分析和探討。

關鍵詞：GPS技術；建筑基坑變形監測；應用

近年來，地下工程發展速度有所加快，與此同時基坑深度、面積等必然會隨之擴大，一旦基坑支護結構出現變形、倒塌等，其后果不堪設想，為切實保障建筑基坑安全，必須借助GPS技術動態監測其變形數據，并將其以直觀形象的方式表達出來，以此為科學規劃地下空間、安全進行基坑施工、減少地面沉降等提供有力參考。

1 概述

建筑基坑變形是指在開挖基坑時，因坑內卸荷致使圍護結構因內外壓力差值產生位移，造成其外側土體出現變形，最終導致建筑移動或沉降。GPS主要由空間星座、地面控制、用戶設備三大部分構成，其通過衛星不斷發送相關的時間信息和星歷參數，而用戶在接收到上述信息后會加以計算和分析，以此獲取測站的三維方向、位置、時間信息、運動速度等數據，其通常借助偽距法、載波相位等定位方法，以及靜態、動態兩種數據處理方法服務于建筑基坑變形監測工作。

相對而言，融合了網絡、計算機、數據處理、數據分析等多種現代技術的GPS系統，可使布設變形監測網更為自由、方便，可自動、實時采集、傳遞、處理、分析建筑基坑變形數據，也可實現全天候觀測，不僅能夠對測點的三維位移進行同時測定，而且可以弱化或規避系統誤差對監測數據的影響，從而定位快，精度高，利于及時、準確、動態掌握建筑基坑變形情況，也正因此被廣泛應用于建筑基坑變形、地質災害監測、地面沉降等工作領域。

2 GPS技術在建筑基坑變形監測中的應用

2.1 實踐應用

基于GPS技術的似單差法算法模型可實現解算模糊度的簡化，規避周跳的修復與探測，而直接從載波相位監測數值中獲取相應的變形信息，而GPS一機多天線技術可將監測點的定位誤差控制在1mm左右，直接達到了基坑變形監測一級精度的標準，而且可以減少GPS雙頻接收機數量，利于降低系統造價，加之可以同步監測基坑整體變形量，應用前景十分廣闊。下面以平陽景苑工程基坑變形監測為例，著重講解GPS的實踐應用。

首先是基于現有資料，明確平陽景苑工程基坑變形的監測內容，具體包括周邊建筑傾斜角度、垂直位移、地下綜合管線的水平和垂直位移、地表沉降、地下水位、錨頭拉力、土釘內力和拉力、立柱內力、深層水平位移等諸多監測對象。其次是選擇合適的監測方法，此時需要以側邊為主，采用邊角網，結合部分角度構建平均邊長為300m左右的一級平面控制網，但其測角誤差不得大于0.7″，相鄰基準點位置誤差不得大于1.5mm，同一方向測回互差和半測回歸零差不得超過3″等，在測量邊長時，可借助電磁波來完成，且往返較差應不得超過2*（a+b*D）mm等；采用方向觀測方法，盡量將測量讀差控制在2″內，利用徠卡TS30全站儀測量監測點的水平位移，并借助徠卡變形監測分析系統平差加以計算；監測基坑垂直位移時，應在其外部布設四個工作基點，結合水準網加以聯測，且在水準限差中，保證基輔分劃的測量高差在0.7m內，而沉降量以本次與前次所測高程差為準；監測地下水位時，可利用水位計進行直接測量等。

再者是合理布設監測點，為清楚、全面的認識基坑變形信息，需要在基坑水平位移監測點設置6個觀測墩；在埋設垂直位移基點時，應將其設置在變形影響范圍以外，易于保存且穩定的區域；為監測基坑圍護頂部時，必須在陽角處、周邊中部設置監測點，且水平間距控制在20m左右；用于監測地表沉降的點應分布在周邊道路附近，此外錨頭、錨索、土釘等內力、拉力等監測點的布設位置和數量，應以實際情況為準。該環節基于GPS技術，還應用了測斜儀、全站儀、振弦式傳感器、計算機等設備基坑輔助變形監測。

最后是利用GPS技術獲取的監測點數據，借助相應的應用軟件，嚴密的平差方法，準確計算其變形測量結果，并加以檢查和核實，以此為采取行之有效的變形控制措施聽過有力依據。

2.2 應用趨勢

一是基于GPS技術的建筑基坑變形集成監測系統的構建，集成GPS、特殊變形測量、攝影、INSAR等技術而形成的綜合變形監測體系，通過數據處理、管理、查詢、變形預測、可視化等諸多模塊的構建，可有效克服GPS技術在建筑基坑變形監測應用中的局限性，準確、全面掌握建筑沉降、地下水位、基坑支護結構位移、支撐軸力等信息，以此為應對基坑變形提供重要依據，如GPS/INS系統可精確、動態、整體測定（x，y，z，t）四維形變場。

二是實現建筑基坑變形監測數據的可視化，此時主要基于GPS技術，融合三維可視化先進技術，以建筑所在地的地質、沿線地形、周邊建筑等信息資料為依據，構建三維地質建筑和地質模型，如此一來，我們不僅可以直觀形象的看到受控建筑、時序曲線、監測數據，更可以對基坑開發過程進行動態模擬，以及實時查看基坑變形數據和變形分布，用于科學、安全施工，以免引發不必要的損失和事故。

三是以3S技術為基礎的實時在線分析系統的構建，當下的GPS、RS、GIS三大技術已進入相互融合、相互集成的發展階段，不僅為建筑基坑變形監測，也為局部地殼變形、滑坡等監測帶來了便利。通過該系統，可實現對變形監測數據的及時、自動的分析、處理和評價，利于快速掌握基坑變形現狀，并作出切實有效的應對措施。此外基于GPS和Web的自動反饋和報警系統可根據建筑基坑變形監測區域的具體情況自動生成變形速率、曲線圖以及預測圖等，并在網上進行發布，從而使管理人員無論身處何地，都可以借助互聯網了解建筑物基坑變形情況，以此為后續工作提供便利。

3 結束語

總之，GPS技術為可為有效控制建筑基坑變形，安全、經濟施工，合理開發地下空間提供有力參考和依據，因此我們應增強創新能力，提高GPS技術的適用性、可靠性與高效性，以此促進建筑基坑監測工作邁上新臺階。

參考文獻

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