CN103352455B - 开挖基坑坑底土体隆起的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于基坑变形监测技术领域，具体涉及一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，该监测方法具体为：在开挖中的基坑坑底的监测点上设置棱镜升降装置，其顶端固定有棱镜，在基坑外的地面上架设与所述棱镜构成通视的全站仪进行测量，以达到监测基坑坑底土体隆起变形量的目的；同时通过在基坑外的稳定建筑上选定基准点并设置棱镜，以监测出工作站点的微小变形量并根据该微小变形量修正监测点处的测量值，以提高测量精度。本发明的优点是，可实时监测基坑坑底土体的隆起变形量，操作方法简便，监测装置均为既有设备，成本较低，测量精度高；棱镜升降装置可任意调节测量所需高度，以使棱镜可始终与全站仪构成通视，尤其适用于开挖中的基坑工程。

Description

开挖基坑坑底土体隆起的监测方法

技术领域

本发明属于基坑变形监测技术领域，具体涉及一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法。

背景技术

随着城市建设的高速发展，各类用途的地下空间已在世界各大城市中得到开发和利用，由此产生了大量的基坑工程。基坑工程中由于开挖卸荷，基底土体的应力将发生改变，必然产生一定的隆起变形，隆起变形呈反扣锅底形，在基坑角边处隆起量为最小，基坑中央的隆起量为最大。其隆起变形一般认为主要是由以下几个因素所引起的：（a）土体开挖卸载产生的回弹变形；（b）基底以下部分支护墙体由于土压力的作用向基坑方向变位挤推坑内土体造成的隆起；（c）基坑底部由于软弱层的存在，产生塑性流，形成不可逆的土体变形引起的位移；（d）地下水的浮力及渗流作用导致的土体上抬；（e）开挖过程中周边既有建筑物累积应力二次释放引发的变形。此外，基坑回弹量的大小还与地质条件、卸荷大小、基坑尺寸、暴露时间、挖土顺序及机械设备等诸多因素有关。

隆起破坏的主要特征是坑壁两侧土体发生流动、坑顶下陷、坑底隆起、坑壁坍塌，因此基坑坑底的隆起变形对于基坑稳定性以及工程桩的影响较大，必须对其加以监测，当发现监控数据接近或超过警戒值时，能及时准确地发现施工过程中所存在的问题并及时准确地调整施工步骤采取对应措施，以达到有效控制基坑变形的目的，确保基坑安全。

目前，对于基坑坑底土体隆起变形的监测方法主要有以下几种：（1）如专利201310008246.9公开了一种“深基坑底面隆起远程智能监测三维数字预警方法与系统”，该监测方法通过在深基坑底面安装若干静力水准仪来采集隆起变形数据，并无线传输至远程计算机，通过相应的软件构件三维可视化模型；该方法的缺点在于静力水准仪成本较高，且多个静力水准仪之间只能测量出相对沉降量，当多个静力水准仪所处的区域整体隆起时，无法监测出隆起量；（2）如专利200710172146.4公开了一种“基坑开挖实时检测方法”，该检测方法通过在基坑支撑基准点上设置三维激光扫描仪测量基准点到基坑坑底的距离，以获取基坑坑底隆起变形数据；该方法的缺点在于由于三维激光扫描仪设置于基坑支撑上，显然无法适用于正在开挖的基坑中，并且基坑支撑范围有限，无法大范围监测基坑坑底的隆起变形数据。

鉴于此，本领域需寻求一种适用于开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，该监测方法需要满足成本较低、操作方便、可有效监测隆起变形量并且可以应用于开挖中的基坑的需求。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，该监测方法通过在开挖中的基坑坑底的监测点上设置顶端安装有棱镜的棱镜升降装置，并在基坑外的地面上架设全站仪，以达到监测基坑坑底土体隆起变形量以及水平位移变形量的目的，同时通过在基坑外的稳定建筑上选定基准点，监测出工作站点的微小变形量并修正监测点处的测量值，以提高监测精度。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，涉及开挖中的基坑、棱镜以及全站仪，其特征在于所述监测方法至少包括如下步骤：     在所述基坑的底部选定若干隆起变形监测点，并在各所述监测点上设置棱镜升降装置，所述棱镜升降装置的顶端固定有所述棱镜；     在所述基坑外的地面上选定工作站点，在所述工作站点上架设所述全站仪，将所述工作站点的坐标（X_工作站点，Y_工作站点）及所述全站仪的高程值H_工作站点输入所述全站仪；     调节所述棱镜升降装置的高度以使所述棱镜与所述全站仪构成通视，之后利用所述全站仪测量，得到所述棱镜的初始高程值H₀及其初始水平坐标（X₀，Y₀）；之后每隔一定时间通过所述全站仪测量所述棱镜的高程值Hn及其水平坐标（Xn,Yn）,最后得到所述棱镜的高程值Hn与初始高程值H₀之差即为所述监测点的隆起变形量，所述棱镜的水平坐标（Xn,Yn）与初始水平坐标（X₀，Y₀）之差即为所述监测点的水平位移变形量。

所述棱镜升降装置由底座、固定于所述底座上的伸缩杆以及位于所述伸缩杆顶端的卡槽构成，其中所述卡槽用以限位固定所述棱镜。

每次在所述全站仪对所述监测点上的棱镜进行测量之前，对所述全站仪进行位置校准。

所述位置校准的方法是：在所述基坑外的稳定建筑上选定基准点，在所述基准点上设置棱镜，使所述棱镜与所述全站仪构成通视，并将所述基准点的高程值H_基准点和水平坐标（X_基准点,Y_基准点）输入所述全站仪；将所述全站仪瞄准所述基准点上的棱镜进行测量，以得到所述全站仪的高程值和水平坐标，计算所述全站仪高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY），根据所述工作站点处的全站仪高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY）对所述监测点上的棱镜测量值进行修正。

本发明的优点是，可实时监测基坑坑底土体的隆起变形量，操作方法简便，监测装置均为既有设备，成本较低，测量精度高，误差较小；棱镜升降装置可任意调节测量所需高度，以使棱镜可始终与全站仪构成通视，尤其适用于开挖中的基坑工程。

附图说明

图1为本发明的监测方法原理示意图；

图2为本发明中采用点接触的棱镜升降装置示意图；

图3为本发明中采用面接触的棱镜升降装置示意图；

图4为本发明中基坑底部隆起变形示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4，图中标记1-9分别为：基坑1、棱镜2、全站仪3、棱镜4、稳定建筑5、棱镜升降装置6、伸缩杆7、底座8、螺栓9。

实施例：本实施例具体涉及一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，在基坑分步开挖的过程中，由于开挖卸荷，基底土体的应力将发生改变，必然产生或大或小的隆起变形，隆起变形呈反扣锅底形，在基坑角边处隆起量为最小，基坑中央的隆起量为最大。因此对于基坑底部土体的隆起变形量的监测显得尤为重要，在本实施例中主要采用全站仪和棱镜对隆起变形监测点进行测量，具体监测步骤如下：

①如图1所示，在基坑1外的地面上，选择受施工影响较小的地方作为工作站点，在该工作站点上架设全站仪3，之后将该工作站点的水平坐标（X_工作站点，Y_工作站点）及全站仪3的高程值H_工作站点输入全站仪3内；

②如图1所示，在基坑1外的稳定建筑5上选定基准点，该稳定建筑5离基坑1较远，不受基坑1中的施工影响，在该基准点上安装棱镜4，调节棱镜4的高度使其与工作站点处的全站仪3构成通视，并将该基准点的高程值H_基准点和水平坐标（X_基准点,Y_基准点）输入所述全站仪；

③如图1、2、3所示，在分布开挖的基坑1中选定若干个变形监测点，将各变形监测点处的土体压实弄平，以确保土体承载力；之后在各变形监测点处架设棱镜升降装置6，棱镜升降装置6主要由底座8、固定于底座8上的伸缩杆7以及伸缩杆7顶端的卡槽构成，在该卡槽上限位固定有棱镜2，其中底座8可采用与基坑1底部土体点接触形式的三角支撑结构，也可采用与基坑1底部土体面接触形式的圆盘结构，三角支撑结构适用于隆起变形量较大的情况，圆盘结构适用于隆起变形量较小的情况；其后调节伸缩杆7的高度，以使设置于其顶端的棱镜2与全站仪3构成通视，之后使全站仪3瞄准棱镜2进行测量，以得到棱镜2的初始高程值H₀及其初始水平坐标（X₀，Y₀）；

④如图1所示，由于全站仪3设置在基坑1的外围边缘，受施工影响较大，通常在该处会发生沉降情况，为了避免后续测量的较大误差，需要每次在对监测点上的棱镜2进行测量之前，记录全站仪3的沉降变形量，具体为：将全站仪3瞄准基准点上的棱镜4进行测量，以得到此时全站仪3的高程值H’_工作站点和水平坐标（X’_工作站点，Y’_工作站点），并计算全站仪3高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY）；

⑤如图1、4所示，每隔一定时间，对监测点处的高程值及水平坐标进行测量，具体为：将全站仪3瞄准棱镜2进行测量，以得到棱镜2此时的高程值Hn及其水平坐标（Xn,Yn）,之后计算棱镜2的高程值Hn与初始高程值H₀的差值，该差值即为该监测点的隆起变形量ΔH_监测点，同时计算棱镜2的水平坐标（Xn,Yn）与初始水平坐标（X₀，Y₀）的差值，该差值即为该监测点的水平位移变形量（ΔX_监测点，ΔY_监测点）；

⑥如图1、4所示，由于工作站点处发生有沉降变形，因此需要根据工作站点处的全站仪高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY）对监测点处的测量值进行修正，即监测点处的实际隆起变形量为ΔH_监测点+ΔH，监测点处的实际水平位移变形量为（ΔX_监测点+ΔX，ΔY_监测点+ΔY）。

本实施例中所采用的全站仪等设备均为既有设备，无需另行购置，成本较低；并且操作方法简便快速，可有效监测坑底土体隆起变形量，并且由于增添了检测值修正环节，使得测量值更加精确无误，可以给施工决策者提供真实有效的隆起变形数据，以使其采用适当措施应对；同时本实施例中所采用的监测方法尤其适用于正在开挖中的基坑工程，由于基坑采用分布开挖方式，因此基坑底部深度将不断发生变化，如果布设传统的传感器需要不断的更改其设置位置，工作量较大，而本实施例中只需随着基坑深度的加深调节棱镜升降装置的伸缩杆高度即可，操作简便，工作量较小。

Claims (4)

1.一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，涉及开挖中的基坑、棱镜以及全站仪，其特征在于所述监测方法至少包括如下步骤：在所述基坑的底部选定若干隆起变形监测点，并在各所述监测点上设置棱镜升降装置，所述棱镜升降装置的顶端固定有所述棱镜；在所述基坑外的地面上选定工作站点，在所述工作站点上架设所述全站仪，将所述工作站点的坐标（X_工作站点，Y_工作站点）及所述全站仪的高程值H_工作站点输入所述全站仪；调节所述棱镜升降装置的高度以使所述棱镜与所述全站仪构成通视，之后利用所述全站仪测量，得到所述棱镜的初始高程值H₀及其初始水平坐标（X₀，Y₀）；之后每隔一定时间通过所述全站仪测量所述棱镜的高程值Hn及其水平坐标（Xn,Yn）,最后得到所述棱镜的高程值Hn与初始高程值H₀之差即为所述监测点的隆起变形量，所述棱镜的水平坐标（Xn,Yn）与初始水平坐标（X₀，Y₀）之差即为所述监测点的水平位移变形量。

2.根据权利要求1所述的一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，其特征在于所述棱镜升降装置由底座、固定于所述底座上的伸缩杆以及位于所述伸缩杆顶端的卡槽构成，其中所述卡槽用以限位固定所述棱镜。

3.根据权利要求1所述的一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，其特征在于每次在所述全站仪对所述监测点上的棱镜进行测量之前，对所述全站仪进行位置校准。

4.根据权利要求3所述的一种开挖基坑坑底土体隆起的监测方法，其特征在于所述位置校准的方法是：在所述基坑外的稳定建筑上选定基准点，在所述基准点上设置棱镜，使所述棱镜与所述全站仪构成通视，并将所述基准点的高程值H_基准点和水平坐标（X_基准点,Y_基准点）输入所述全站仪；将所述全站仪瞄准所述基准点上的棱镜进行测量，以得到所述全站仪的高程值和水平坐标，计算所述全站仪高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY），根据所述工作站点处的全站仪高程值的变化量ΔH和水平位移变形量（ΔX，ΔY）对所述监测点上的棱镜测量值进行修正。