基坑監(jiān)控坐標(biāo)法轉(zhuǎn)化測(cè)量技術(shù)

董振偉 朱榮浩 董旭

摘要：深基坑監(jiān)控需要監(jiān)測(cè)基坑水平位移，高程等重要的控制指標(biāo)，以保證現(xiàn)場(chǎng)的施工安全。本文通過(guò)監(jiān)控量測(cè)所得到的的施工測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用全站儀和坐標(biāo)轉(zhuǎn)化原理，使技術(shù)人員通過(guò)計(jì)算快速得出測(cè)點(diǎn)垂直于基坑邊線方向的偏移值，為今后的基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化提供理論依據(jù)。

Abstract： The monitoring of deep foundation pit needs to monitor the horizontal displacement， elevation and other important control indexes in order to ensure the construction safety on site. In this paper， the coordinates in the construction measurement coordinate system obtained by monitoring measurement are used， and the principle of total station and coordinate transformation is used to enable technicians to quickly calculate the offset value perpendicular to the direction of the edge line of the foundation pit through calculation， thus providing a theoretical basis for the coordinate transformation of the monitoring data of the foundation pit in the future.

關(guān)鍵詞：基坑監(jiān)測(cè);監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系;水平位移;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

Key words： foundation pit monitoring;monitoring coordinate system;horizontal displacement;coordinate transformation

中圖分類號(hào)：TU753 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）30-0131-02

0 ?引言

基坑監(jiān)控是基坑施工中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在基坑的開(kāi)挖施工的過(guò)程中，對(duì)基坑的巖土的變化，基坑支護(hù)的水平位移，沉降變化，進(jìn)行各種觀察分析工作，并將所監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)報(bào)險(xiǎn)情的發(fā)生和險(xiǎn)情的發(fā)展情況，以及時(shí)采取安全措施[1]。

對(duì)于復(fù)雜的基坑施工來(lái)說(shuō)，支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)有著較高的精度要求，隨著高精度的全站儀的出現(xiàn)，目前應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)是極坐標(biāo)法。而目前出現(xiàn)的問(wèn)題是利用全站儀所測(cè)出的坐標(biāo)是施工測(cè)量下的坐標(biāo)，而監(jiān)控量測(cè)所需要的水平位移量是垂直于基坑邊線方向的偏移值（習(xí)慣上定義垂直于基坑邊線的坐標(biāo)系北方向正，東方向?yàn)檎粗喾矗2-4]，因此需要對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，本文以某大橋深基坑監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)為例，以此驗(yàn)算基坑監(jiān)測(cè)水平位移量的求解方法。

1 ?工程概況及基坑監(jiān)控內(nèi)容

某特大橋深基坑與河岸齊平，基坑采用上部放坡+下部鋼板樁圍堰、型鋼支護(hù)開(kāi)挖+臨河側(cè)鋼板樁加固止水的方法，見(jiàn)圖1。監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)在每個(gè)基坑設(shè)置8個(gè)圍護(hù)樁頂水平和豎向位移觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)基坑土體和圍護(hù)樁的水平和豎向位移、道路豎向位移，具體布置位置如圖2。

2 ?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化

在基坑開(kāi)始施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)院所給的坐標(biāo)系，在基坑周圍設(shè)置兩個(gè)控制點(diǎn)，以保證全站儀利用后方交匯功能，測(cè)站點(diǎn)可以靈活選擇，具體測(cè)站布置如圖2，所測(cè)得數(shù)據(jù)是施工測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，由于基坑支護(hù)鋼板樁為直角長(zhǎng)方形，為方便監(jiān)控時(shí)坐標(biāo)計(jì)算方便，重新建立基坑的坐標(biāo)系，讓坐標(biāo)系平行于基坑的長(zhǎng)邊和短邊。

根據(jù)坐標(biāo)系換算公式[5]：

根據(jù)圖3所示，該基坑為直角長(zhǎng)方形，XOY為施工測(cè)量坐標(biāo)系，X'OY'為監(jiān)控坐標(biāo)系，17#點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)，D1點(diǎn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，α為兩個(gè)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)方位角，假設(shè)兩個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)都為O，通過(guò)該公式將D1點(diǎn)全站儀測(cè)出的施工測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（x，y）轉(zhuǎn)換為監(jiān)控量測(cè)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（x'，y'），監(jiān)測(cè)點(diǎn)DZ1的位移量通過(guò)本次換算所得到的橫坐標(biāo)減去上次觀測(cè)后所換算的橫坐標(biāo)的差值[5]。一般定義在監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系下，以北方向和東方向?yàn)檎?/p>

而在實(shí)際施工應(yīng)用中，所建立的施工監(jiān)測(cè)坐標(biāo)系很難確定角度α，所以我們可以通過(guò)CAD軟件進(jìn)行畫(huà)圖驗(yàn)算與公式法對(duì)比來(lái)求得角度α，在CAD軟件中將監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)展示在基坑施工電子平面圖中[6]，如圖4，輸入D1，D2的初始坐標(biāo)得到橫線L，定義該線為基坑南邊邊界，定義D1為任意一天的數(shù)據(jù)值，由于所監(jiān)測(cè)D1為不規(guī)則移動(dòng)，過(guò)D1'向L做垂線，垂足到D1'的距離就是基坑觀測(cè)點(diǎn)D1的位移量S，可清晰看出觀測(cè)點(diǎn)是向基坑內(nèi)側(cè)還是向基坑外側(cè)移動(dòng)，注意要用毫米單位方能達(dá)到精度要求，同理可得DZ1，DZ2的位移量。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，利用CAD繪圖驗(yàn)算得到的監(jiān)測(cè)點(diǎn)D1點(diǎn)，D2點(diǎn)和DZ1點(diǎn)，DZ2點(diǎn)的位移距離，由圖4可知，D1'到L的距離為9.69mm，D2'到L的距離為0.58mm，由圖5可知，DZ1到L'的距離為0.75mm，DZ2到L'的距離為11.70mm。

整理兩次的觀測(cè)數(shù)據(jù)，選擇南邊D1點(diǎn)，D2點(diǎn)和東邊DZ1點(diǎn)，DZ2點(diǎn)，推算得到南北方向α=20°，東西方向α=19°，代入公式（1），得到轉(zhuǎn)化坐標(biāo)系后D1和D2的橫坐標(biāo)，DZ1和DZ2的縱坐標(biāo)，見(jiàn)表2，經(jīng)計(jì)算得到垂直于基坑邊線位移的變形量，D1和D2偏移9.69mm和-0.47mm，DZ1和DZ2偏移11.94mm和1.03mm，與CAD繪圖驗(yàn)算整體差別不大，但是結(jié)果存在一定的誤差，最大誤差在0.28mm，最小誤差在0.11mm，證明其推算的角度與實(shí)際的坐標(biāo)方位角相吻合。

3 ?結(jié)論

經(jīng)過(guò)實(shí)踐應(yīng)用證明，兩種方法計(jì)算出的偏移量誤差在0.11-0.28mm之間，可以通過(guò)兩種坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化方法相結(jié)合，可以得到兩個(gè)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)方位角α，從而可以快速的得到鋼板樁的位移變形量，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的深基坑，在監(jiān)控中可以及早發(fā)現(xiàn)變形，預(yù)測(cè)變形趨勢(shì)，及時(shí)作出安全對(duì)策，保證施工人員的安全，對(duì)于各方重點(diǎn)關(guān)注基坑邊線垂向的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移量對(duì)于施工安全的影響，可以及時(shí)得到監(jiān)測(cè)信息。該兩種方法的結(jié)合對(duì)于今后的施工監(jiān)控量測(cè)具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：董振偉（1991-），男，山東菏澤人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榻煌ɑA(chǔ)設(shè)施建設(shè)。