基坑变形监测的方法有哪些？

基坑变形监测中水平位移观测方法有多种，主要有视准线法、小角度法、投点法、交会法、极坐标法、GPS测量方法等。本文以极坐标法为例简要分析一下其优劣。

前言

随着城市建设的发展，基坑施工的开挖深度越来越深。为了施工期间基坑的安全，基坑土体及周边建筑物的变形的监测，已成了工程施工必不可少的重要环节。基坑的水平位移尤为重要。

基坑变形监测中水平位移观测方法有多种，主要有视准线法、小角度法、投点法、交会法、极坐标法、GPS测量方法等。本文以极坐标法为例简要分析一下其优劣。

1、水平位移观测点的布设

1.1观测点的制作

基坑工程观测点的布置应能反映监测对象的实际状态及其变化趋势，观测点埋设在最能反映变形特征且便于观测的位置。观测点应沿基坑周边布置，周边中部、阳角处。观测点水平间距不宜大于20米。水平和竖向位移观测点宜为共用点。观测点标志使用长70公分、直径为14毫米螺纹钢筋，镶入土体内50公分，地上约留20公分(如右图)，以便于安放棱镜。此外，埋设的观测点应符合各施工阶段的观测要求。

1.2观测点的埋设

埋设一般是采用冲击钻打眼，钻头直径要大于观测标志直径，目的是便于观测标志可以顺利的敲进去避免对观测标志顶部造成变形影响棱镜与其的吻合。敲进去之后可以用水泥桨灌注使之凝固(或者使用植筋胶效果也是一样)。

2、基准点的布设

基准点是计算监测点位移量的依据，是位移观测数据准确性的保证，应选埋在变形影响范围以外便于长期保存的稳定位置，并应定期复测。复测周期应根据施工进度确定。当开挖速度或降水速度较快引起变形速率较大时，应增加观测次数;当变形量接近预警值或有事故征兆时，应持续观测。基准点使用时，应作稳定性检查或检验。基坑根据拟建建筑的布局特点和现场的环境条件，应在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方设置至少3个基准点。基准点标志使用长100公分、直径为18毫米螺纹钢筋，在地面挖一个50公分×50公分×100公分的坑，镶入土体内95公分，地上约留5公分，使用混泥土灌注使其凝固。顶端使用钢锯锯出十字以便仪器对中。

3、坐标系的建立

在基坑开挖前，建立独立坐标系，并对水平位移观测点进行观测，建立初始基准值，其坐标轴的方向尽量与基坑的轴线一致，使用极坐标法观测。图2中，X系列的X坐标差即为水平位移值，Y系列的Y坐标差即为水平位移值。

极坐标的原理：

如图所示：在已知点A安置仪器，后视点为另一已知点B，通过测得AB—AP的角度以及A点至P点的距离，计算得出P点坐标。设A点坐标为A(XA，YA)，A—B的方位角为αA-B，则P点坐标P(XP，YP)的计算公式为：

XP=XA+S*cos(αA-B+β)

YP=XA+S*sin(αA-B+β)

由微分公式可得：

Xp= cos(αA-B+β)*S- sin(αA-B+β)*S*β/ρ

Yp= sin(αA-B+β)*S+ cos(αA-B+β)*S*β/ρ

精度分析：

设测边中误差为ms,测角中误差为mβα则待定点的点位中误差为:

两个方向的水平位移中误差为：

MXp=√2*√(ms2*cos2(αA-B+β)+sin2(αA-B+β)*S2*mβ2/ρ2)

MYp=√2*√(ms2*sin2(αA-B+β)+cos2(αA-B+β)*S2*mβ2/ρ2)

其中，ms为测距中误差，mβ为测角中误差，αA-B为A-B便的方位角，ρ=206265。

现在科技的高速发展，高精度全站仪越来越普及，使用极坐标法，即直接测定水平位移点的坐标，利用水平位移点两次坐标差来确定点位的水平位移，此种方法比较快速、便捷，能保证精度符合要求，提高作业效率。

索佳FX101全站仪，其测距标称精度为(2+2×10-7D)mm，测角标称精度为±1″。《工程测量规范》规定，一等水平位移测量变形点的点位中误差为±1.5mm，二等水平位移测量变形点的点位中误差为±3.0mm，三等水平位移测量变形点的点位中误差为±6mm。

20米/2.11 30米/2.1240米/2.1450米/2.1560米/2.1770米/2.2380米/2.26 90米/2.32

通过对索佳FX101全站仪，100米内一个测回得中误差<3mm，完全满足要求。

以某工地为例，基坑东西长约101米，南北宽约34米，深度为6米。基坑侧壁安全等级为二级。 (如图2)

以索佳FX101全站仪一测回对各点进行了多期观测,下表为第9期观测值及位移值。

当期的位移值为本次减上次值，总值上次值加本次值。一般基坑报警位移值为基坑设计深度的5&permil;-7&permil;。该基坑的预警值为6&times;5&permil;=30mm。每次监测中误差为1/10&mdash;1/20，取1/10则本基坑中误差为30&times;1/10=3mm。可知，完全满足要求。

4.结束语

1、在基坑水平位移观测中，点位选取很重要，基准点一定选在稳定的地方，并要定期检测。

2、测量使用的仪器必须是高精度仪器，在使用之前要进行检校。

3、根据检测的结果，及时调整工程施工计划，有的放失地采取局部加固措施，不仅可以有效保证施工安全，而且可降低工程造价，具有明显的经济效益。