測(cè)繪技術(shù)在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

［關(guān)鍵詞］測(cè)繪技術(shù)；變形監(jiān)測(cè)

交通的發(fā)展是一個(gè)地方經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步的前提條件。對(duì)于黃山市這個(gè)多山的旅游城市而言，修建高鐵及高鐵站對(duì)拉動(dòng)旅游業(yè)具有重要作用，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展也具有重要作用。而高鐵修建期間基坑和周邊道路變形的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。對(duì)基坑和周邊道路變形監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)和精密的儀器[1-2]。本文以黃山市高鐵站基坑監(jiān)測(cè)為例，采用拓普康ES-52型全站儀和徠卡LS15數(shù)字水準(zhǔn)儀對(duì)基坑水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)基坑和周邊道路沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探討這兩種精密儀器在高鐵站基坑監(jiān)測(cè)方面的可行性，分析基坑在整個(gè)工程建設(shè)過(guò)程中的變形情況和道路變形情況，為工程的安全順利進(jìn)行提供數(shù)據(jù)支撐。

1. 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黃山市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，所處位置為安徽省最南端，介于東經(jīng)117°02'～118°55'和北緯29°24'～30°24'。西南毗鄰江西省浮梁縣、婺源縣，東南毗鄰浙江省開(kāi)化縣、淳安縣以及臨安區(qū)，東北毗鄰安徽省宣城市績(jī)溪縣、旌德縣、涇縣，西北毗鄰青陽(yáng)縣、石臺(tái)縣。黃山地處皖南山區(qū)和北亞熱帶，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫15.5～16.4℃，降水集中于5～8月，年平均降水量在1395～1702mm之間。黃山的中低山地大部分為黃壤，山地黃棕壤，土層較厚，石礫含量較高，透水透氣性良好；丘陵地帶多為紅壤和紫色土，質(zhì)地黏重；山麓盆地和平原谷地多砂壤土。研究區(qū)內(nèi)以高鐵站施工基坑為研究對(duì)象，基坑地下室東側(cè)與北側(cè)為已建區(qū)間道路和施工空地，該道路最高處標(biāo)高為160.00 m，距離最外側(cè)樁基礎(chǔ)最短約2.08 m，地下無(wú)管網(wǎng)管線。基坑南側(cè)為梅林大道和施工空地，梅林大道距離主樓最外側(cè)樁基礎(chǔ)最短為30.80 m，梅林大道人行道下有管網(wǎng)管線，紅線內(nèi)施工空地?zé)o管網(wǎng)管線。靠基坑西南拐角處回填土較深，最大深度約7.3 m。基坑西側(cè)為已規(guī)劃的潛口路和施工空地，潛口路目前未建，地下無(wú)管網(wǎng)管線。

2. 現(xiàn)代測(cè)繪儀器在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 徠卡LS15數(shù)字水準(zhǔn)儀的應(yīng)用

徠卡LS15數(shù)字水準(zhǔn)儀，標(biāo)稱精度±0.3 mm/km。使用配套條碼水準(zhǔn)尺。水準(zhǔn)儀的i角在作業(yè)前、中、后分別檢查，值均小于±152。對(duì)于基坑和周邊道路監(jiān)測(cè)采用二等水準(zhǔn)測(cè)量。通過(guò)聯(lián)測(cè)外圍二等水準(zhǔn)基點(diǎn)，傳遞高程到基坑外圍穩(wěn)定點(diǎn)。二等水準(zhǔn)觀測(cè)須滿足以下要求[3]：

（1）觀測(cè)順序

往測(cè)時(shí)，奇數(shù)站觀測(cè)順序?yàn)楹?前-前-后，偶數(shù)站觀測(cè)順序?yàn)榍?后-后-前。

返測(cè)時(shí)，奇數(shù)站觀測(cè)順序?yàn)榍?后-后-前，偶數(shù)站觀測(cè)順序?yàn)楹?前-前-后。

（2）觀測(cè)過(guò)程

選擇地面堅(jiān)固的地方并踩實(shí)尺墊，水準(zhǔn)尺用尺撐支撐穩(wěn)定并使上下兩個(gè)氣泡居中。每一測(cè)段的往測(cè)和返測(cè)一般分別安排在上午和下午，個(gè)別測(cè)段夜間觀測(cè)。

（3）觀測(cè)注意事項(xiàng)

每天觀測(cè)前，儀器置于陰影之下，讓儀器與空氣溫度趨于一致，對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行預(yù)熱，使儀器進(jìn)行不少于20次的測(cè)量。

前后視距均在50 m以內(nèi)，前后視距差小于1 m，累計(jì)視距差不超過(guò)3 m。

在基坑邊緣進(jìn)行二等水準(zhǔn)觀測(cè)，選擇架設(shè)儀器的地點(diǎn)非常小心，先仔細(xì)觀察地面是否穩(wěn)固，是否容易受行人和施工干擾。除了遇到路線拐彎處，每一站儀器與標(biāo)尺應(yīng)盡量保持一條直線，在水準(zhǔn)路線前進(jìn)途中，在安置儀器的三腳架時(shí)，應(yīng)盡量使其中兩個(gè)腳與路線方向平行，另一腳在路線的左側(cè)或右側(cè)。

2.2 拓普康ES-52型全站儀的應(yīng)用

（1）拓普康ES-52型全站儀標(biāo)稱精度

測(cè)角精度±2″、測(cè)距精度2 mm+2 ppm。

（2）測(cè)量方法

根據(jù)變形觀測(cè)的精度要求，以及基坑的形狀和環(huán)境影響因素，采用極坐標(biāo)法對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形觀測(cè)。極坐標(biāo)法是先通過(guò)后視已知基準(zhǔn)點(diǎn)確定測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)和零方向，然后在極坐標(biāo)系里量測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與零方向的極角和其到基準(zhǔn)點(diǎn)距離確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面位置，極角和極半徑是確定一個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)重要元素。根據(jù)每次觀測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，進(jìn)行比較即可得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形值[4-5]。

3. 工程應(yīng)用與結(jié)果分析

3.1技術(shù)路線

3.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置與監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)需遵循能及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情且要本著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性原則[3-4]。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，本工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)遵循以下原則：1）各種監(jiān)測(cè)網(wǎng)及時(shí)有效地反饋基坑及周邊環(huán)境狀況；2）突出重點(diǎn)，照顧一般；3）大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)要求在基坑開(kāi)挖前就應(yīng)該布設(shè)完成且測(cè)出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始數(shù)據(jù)[5-6]。根據(jù)以上原則和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)需求以及考慮監(jiān)測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固性，布設(shè)了水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及深層表土層測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)

（1）沉降觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)

在地表用沖擊鉆鉆孔，在鉆孔內(nèi)放入長(zhǎng)20～30 cm，直徑25 mm的圓鋼筋，用水泥砂漿填實(shí)[6]，如圖2所示。

（2）測(cè)量方法

坡頂、樁頂沉降觀測(cè)采用徠卡LS15電子水準(zhǔn)儀，監(jiān)測(cè)精度按二等水準(zhǔn)測(cè)量要求執(zhí)行。通過(guò)相鄰兩次觀測(cè)所得高程差計(jì)算該點(diǎn)的沉降量。

3.4平面基準(zhǔn)網(wǎng)的建立

研究區(qū)已有可符合測(cè)繪精度的測(cè)繪網(wǎng)，本工程基準(zhǔn)點(diǎn)是通過(guò)項(xiàng)目區(qū)已有的測(cè)繪網(wǎng)進(jìn)行放樣[9]。首先選擇已有測(cè)繪網(wǎng)中的兩個(gè)已知控制點(diǎn)對(duì)已有測(cè)繪網(wǎng)進(jìn)行精度驗(yàn)證，而監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)則是通過(guò)三角放樣的方法進(jìn)行確定[7]。基準(zhǔn)點(diǎn)選在距基坑邊緣3～5倍的基坑深度范圍內(nèi)[8-9]。

3.5監(jiān)測(cè)頻率與預(yù)警值

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，遇到數(shù)據(jù)變化較大或異常情況時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率[10-11]。根據(jù)本基坑巖土條件、安全等級(jí)、周邊環(huán)境及規(guī)范對(duì)變形的報(bào)警值提出如下建議：1）坡頂水平位移值達(dá)到30 mm，或位移速度達(dá)5 mm/d，連續(xù)3d；2）周邊建筑、道路地面沉降值達(dá)到30 mm，或沉降速度達(dá)5 mm/d，連續(xù)3 d；3）土體深層水平位移值達(dá)到45 mm，或位移速度達(dá)3 mm/d，連續(xù)3 d；4）坡頂建筑物傾斜不大于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）規(guī)定允許值的80%，傾斜2/1000，變化速度0.1H/1000。

3.6平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)

根據(jù)已有的設(shè)計(jì)文件結(jié)合規(guī)范的要求，在護(hù)坡硬化地面頂部或圍護(hù)樁體冠梁布點(diǎn)時(shí)應(yīng)每隔25m用布設(shè)測(cè)量專(zhuān)用鋼釘，噴涂紅色油漆并對(duì)其編號(hào)[12-13]，保證安裝牢固并便于后期觀測(cè)。

根據(jù)基坑工程對(duì)變形的精度要求，考慮基坑的形狀和外部環(huán)境影響條件，本工程采用極坐標(biāo)測(cè)量法對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行變形觀測(cè)[7，12-14]。

3.7結(jié)果分析

（1）基坑邊坡與邊坡頂水平位移分析

在施工期間共實(shí)施水平位移觀測(cè)24次，通過(guò)對(duì)采集的水平位移數(shù)據(jù)進(jìn)行整理繪制水平位移曲線，如圖3所示。在觀測(cè)過(guò)程中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平方向的位移量8.2～11.5 mm，平均9.2 mm；水平方向的位移變化速度0.02～0.68 m/d，平均4.21 m/d。水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中60#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化最大，其累計(jì)水平位移量為11.5 mm；65#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化速度最大，為0.68 mm/d（圖3）

（2）基坑邊坡與邊坡頂數(shù)值位移分析

在施工期間對(duì)基坑觀測(cè)24次沉降，通過(guò)對(duì)采集的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理繪制水平位移曲線，如圖4所示。在觀測(cè)過(guò)程中，經(jīng)統(tǒng)計(jì)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向方向的位移量1.8～4.9 mm，平均2.8 mm；豎向方向的位移變化速度0.00～0.50 m/d，平均0.32 m/d。豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中69#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化最大，其累計(jì)豎向位移量為4.9 mm；62#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化速度最大，為0.50 mm/d。基坑周?chē)两当O(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量呈現(xiàn)不同時(shí)間的初始下沉與基坑開(kāi)挖的逐步推進(jìn)在時(shí)間上是符合的（圖4）。

（3）深層位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

在高鐵站基坑施工期間選取8個(gè)深層位移觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)24次，基坑內(nèi)各點(diǎn)水平位移變化情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

以上數(shù)據(jù)“+”表示位移變化方向朝基坑內(nèi)部發(fā)生位移，“-”表示位移變化方向朝基坑外部發(fā)生位移。從以上數(shù)據(jù)可以看出，在2019年7月16日～12月24日的觀測(cè)過(guò)程中，累計(jì)位移最大的點(diǎn)是01X，位移量15.37 mm；累計(jì)位移最小的點(diǎn)是01Y，位移量4.26 mm。且最大位移量發(fā)生在淺層，從表中可以看出：各測(cè)斜孔的累計(jì)位移量較小，未超過(guò)設(shè)計(jì)要求的位移控制值（45 mm）。

（4）基坑邊坡、坡頂及深層表土位移分析

在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，位移量和沉降量突增的時(shí)間點(diǎn)為2019年8月16日，2019年9月12日和2019年10月7日，在2019年8月16日突增最大點(diǎn)位位于14#和15#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，達(dá)到了3 mm 左右，在2019 年8 月16 日，突增峰值下降到2 mm，豎向位移在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)附近時(shí)間范圍內(nèi)斜率明顯增大的點(diǎn)位有52#、55#、62#；在2019年9月19日突增最大點(diǎn)位位于14#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，達(dá)到了7.8 mm，在2019年9月26日峰值下降到6.2 mm，在9月19日豎向位移斜率增加明顯的點(diǎn)位為54#點(diǎn)；2019年10月7日突增最大點(diǎn)位位于12#監(jiān)測(cè)點(diǎn)，達(dá)到了5.6 mm，在2019 年10 月12 日峰值下降到3.8 mm，豎向位移斜率明顯增加的為60#監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)記錄這些時(shí)間點(diǎn)的天氣晴朗或多云，處于良好狀態(tài)，考慮到水平位移突增和相鄰位置點(diǎn)位豎向位移斜率明顯增加，是施工期間從基坑開(kāi)挖取出的土壤堆積增加了基坑周邊荷載引起了基坑邊坡與坡頂?shù)木植克揭苿?dòng)和豎向移動(dòng)，而隨后幾天內(nèi)水平位移峰值開(kāi)始下降到正常累計(jì)變形水平，豎向位移斜率也恢復(fù)到平穩(wěn)狀態(tài)，與土堆的清理、邊坡與坡頂局部荷載下降有關(guān)。測(cè)斜孔得到的淺層位移與表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)得到的位移量整體在數(shù)值上保持了一致性，但是除01X監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)位移量達(dá)到了15.37 mm外，其他測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)位移均略低于表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量，體現(xiàn)了位移的產(chǎn)生是由于表面荷載堆積，由于荷載的傳導(dǎo)隨著土層深度的增加存在削弱作用，在0.5 m深度位置的淺層位移比表土層監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移略小一點(diǎn)。

通過(guò)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降和水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析可知，施工期間基坑在垂直方向和水平方向變形均是穩(wěn)定的，基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)和施工是滿足要求的。建議在以后施工過(guò)程中，加快施工速度減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。基坑周邊1.2 m范圍內(nèi)不得堆載，3 m以內(nèi)限制堆載，坑邊嚴(yán)禁重型車(chē)輛通行，堆載荷載不得達(dá)15 KN/m。

4. 結(jié)論

基坑監(jiān)測(cè)具有時(shí)間持續(xù)性、精度要求高、實(shí)時(shí)性、預(yù)警性等特征。使用精密測(cè)繪儀器結(jié)合測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行基坑的水平位移和沉降監(jiān)測(cè)，可以為高鐵站基坑施工提供實(shí)時(shí)、精確、科學(xué)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也保證了數(shù)據(jù)精度，及時(shí)提供變形預(yù)警，保證基坑施工的安全穩(wěn)定，可以為類(lèi)似的基坑監(jiān)測(cè)工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員提供一種可行的監(jiān)測(cè)方法參考。