基于基坑工程的變形監測點位測量精度研究＊

劉鵬鵬

（楊凌職業技術學院，陜西 咸陽 712100）

隨著中國城市化進程的加快，為提高城市空間利用率，城市建筑逐漸呈現“上天入地”的特點[1]。然而目前建筑基坑工程設計計算理論還不夠成熟，為確保周圍建筑物及人身安全，對基坑及其周圍建筑物進行變形監測顯得極其重要。在基坑監測時變形點的相對變形量超過一定的值，建筑物及構筑物等外觀上將可能出現傾斜、裂縫甚至坍塌[2]。因此在基坑工程建設時，進行必要的工程變形監測成為一項必不可少的環節[3]。為保證測量精度，一般垂直位移觀測利用二等水準的測量方法，對視線長度、前后視距差、任一測站前后視距累積差、視線高度、同一標尺2 次讀數差以及2次讀數高差之差進行控制，水平位移觀測則一般利用對距離和角度的觀測，通過測站中誤差、最弱點中誤差進行精度控制。

1 基坑工程監測的特點

1.1 影響監測精度因素眾多

在基坑建設初期，對基坑的圍護、挖掘及環境等各種因素對基坑產生側向壓力，使基坑產生流沙、管涌甚至傾覆等問題；由于基坑開挖一般會對其周邊的房屋設施、各類管道管線、道路干道等產生不同程度的影響，由于這些因素的存在使得基坑監測的任務更加繁重，難度也大大增加[4]；進行基坑監測時周圍環境條件與監測精度更是密不可分，如周圍產生的振動、溫度、濕度、風、霧、大氣遮光等。

1.2 基坑工程對變形監測要求嚴格

與普通建（構）筑物的變形監測相比基坑工程的變形監測在精度上更高，而且基坑的監測工作從樁基施工開始到基坑回填完成結束，涉及整個過程且精度期望達到精密水準測量精度以上等級[5-6]。為保證所有監測點的精度，整個基坑監測過程需按照等精度觀測的方法進行。

2 影響基坑工程監測精度的因素

影響基坑工程變形監測精度的誤差來源主要分為觀測誤差、儀器誤差和外界條件3 個方面，本文為探索更加合理的變形監測方法，提高監測精度，結合變形觀測方法（水準測量）的特點進行研究，期望達到某些便于遵循的結論。

2.1 觀測者的影響

在水準測量的過程中，若采用光學水準儀，每次讀數的誤差來源主要包括以下3 個方面。

照準水準尺產生的誤差m照。由于人眼的分辨力最大不超過60″，因此，當觀測者在觀察水準上的尺讀數時產生的誤差可以記為：

式（1）中：v為望遠鏡放大倍數；ρ″為一弧度所對應的秒值，一般取206 265；d為水準儀的最大視距，m。

符合水準器氣泡居中的誤差m中。其公式為：

讀數誤差m讀。在進行水準尺尺面讀數時，不同型號的儀器讀數精度不同，目前市面上最常見的幾種儀器的讀數誤差分別為：①用數字水準儀（DS05 和DS1）搭配因瓦尺時，m讀=±0.01 mm；②用DS1 光學水準儀配套黑紅雙面尺時，m讀=±0.03 mm；③用DS3 微傾式水準儀及其配套的黑紅雙面尺時，m讀=±0.5 mm。綜上所 述 ， 每 測 站 高 差 的 觀 測 誤 差 為

在不同精度等級下，利用MATLAB 編程進行數據統計分析，得到測站高差觀測誤差特級為0.047 mm、一級為0.153 mm、二級為0.301 mm、三級為0.925 mm，具體如圖1 所示。

圖1 不同監測精度等級下的測站高差觀測誤差分布圖

2.2 儀器誤差

在進行測量時，由于儀器所產生的系統誤差大致分為以下4 種：①設備調焦不準確導致的誤差m焦；②水準尺本身存在的分劃不準的誤差m尺；③儀器使用過程中，由于尺底磨損產生的誤差m底；④由于儀器視準軸和水準管軸不平行所造成的誤差m i，

由于在求取每測站的高差時，調焦誤差和i角誤差的影響只有一次，而水準尺分劃誤差和尺底不平的誤差影響為2 次，故每測站的高差中，儀器誤差為

在不同精度等級下，利用MATLAB 編程進行數據統計分析，得到測站儀器誤差特級為0.022 mm、一級為0.054 mm、二級為0.156 mm、三級為0.576 mm，具體如圖2 所示。

圖2 不同監測精度等級下的測站儀器誤差分布圖

2.3 外部環境引起的誤差

一般情況下，環境對測量精度的影響主要體現在2方面，即尺子豎立不直所導致的誤差和其他外界環境，即

由于外界環境因素非常多，很難準確計算，因此根據經驗及日常測量情況大致估算出各等級水準的誤差為：特級m外=±0.01 mm，一級m外=±0.01 mm，二級m外=±0.02 mm，三級m外=±0.04 mm。

3 基坑工程監測精度評價指標研究

一般條件下，通過測站高差中誤差、觀測點高程中誤差、水準環線最弱點高程中誤差、觀測點沉降量中誤差以及觀測點最弱點沉降量中誤差來評定變形監測精度[7]。

對觀測誤差、儀器誤差及外界環境影響3 方面進行綜合分析，可以得到沉降觀測水準測量每測站的高差中誤差

一般取2 倍測站高差的中誤差為每測站的高差允許值 Δh=2m站。

水準測量路線示意圖如圖3 所示。假設在計算過程中A點位已知，則H i1、H i2 的中誤差分別為，其權為；，其權為

圖3 水準測量路線示意圖

i點的高程Hi是H i1 和H i2 的加權平均值，即

i點的高程Hi的中誤差按加權平均值中誤差計算，即

根據誤差理論，整個閉合水準路線上精度最弱的點就是水準路線的中點，由此得環線最弱點的高程中誤差為，即當n1=n2時，mHmax=

4 實驗

以陜西省咸陽市某住宅小區的沉降監測項目為基礎，對以上幾種精度評價指標進行研究分析，共嘗試了閉合水準、附和水準和水準網3 種監測路線，共采集數據6 期，監測使用儀器設備、天氣條件及人員一致。利用MATLAB 軟件對這3 條路線的監測數據分別進行分析和誤差統計，得到的結果如表1 和圖4所示。

表1 3 條監測路線的精度分析表

圖4 3 條監測路線的誤差統計分析圖（單位：mm）

研究表明，在初始條件相同的情況下，不同的觀測路線在不同的誤差評定中表現出差異性，因此在進行基坑監測時需要合理選擇觀測路線，在一定程度上可以提高觀測精度。對于工程條件比較復雜的地區，建議在測區內對高程控制網進行加密測量，且水準網形式的測量路線精度較好。

5 結束語

基坑工程的變形監測工作直接關系著基坑的施工質量及安全，因此，對基坑工程進行變形監測時，要嚴格按照規范要求，不能僅采取一個精度指標進行安全監測，除按照允許變形量確定基坑工程監測的基本觀測精度外，在監測過程中還必須對測站高差、觀測點高程、水準環線最弱點高程、觀測點沉降量及觀測點最弱點沉降量進行精度評定。此外，需要結合工程實際情況，加強對重點部位的監測，選用合理有效的基坑變形監測方法，確保基坑工程安全。