CN104631419B - 监测基坑顶部水平位移的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测基坑顶部水平位移的方法，包括纵向基坑边测点监测环节、横向基坑边测点监测环节，所述纵向基坑边测点监测环节包括以下步骤：(1)先选定基坑角部点B₁为不动的基准点，分别在基坑的两个纵向边上设置监测点，开挖前的监测点分别为B_i、C_i+1(i＝1,2,……n)，开挖后相应的监测点变为Bˊ_i、Cˊ_i+1；(2)基坑开挖前，测得B_i与B_i+1之间的距离B_iB_i+1，B_i+1与C_i+1之间的距离B_i+1C_i+1；(3)基坑开挖后，测出Bˊ_i与Cˊ_i+1之间的距离Bˊ_iCˊ_i+1，Bˊ_i+1与Cˊ_i+1之间的距离Bˊ_i+1Cˊ_i+1；(4)根据上述测量出的B_iB_i+1、B_i+1C_i+1、Bˊ_iCˊ_i+1、Bˊ_i+1Cˊ_i+1的数值得出所述监测点B_i的水平位移及所述监测点C_i的水平位移。本发明所涉及的水平位移监测方法测量精度高，对监测人员专业技能要求低，且只需一人操作便可方便完成监测。

Description

监测基坑顶部水平位移的方法

技术领域

本发明涉及一种基坑监测方法，尤其是一种便于监测基坑顶部水平位移的方法。

背景技术

基坑工程施工过程中，围护结构顶部的水平位移是基坑工程安全性的主要评价指标，因而是基坑施工过程中主要且必须监测的项目。现有的基坑围护结构顶部水平位移监测方法主要有轴线法、小角度法、全站仪坐标变化法等，前两种方法采用经纬仪及钢尺进行测量，全站仪坐标变化法通过全站仪同时测定夹角与距离，利用换算公式计算得到位移值。以上各种监测方法都有一定的弊端，轴线法及小角度法对场地要求较高，其监测工作基点要选在距离基坑不远处在基坑开挖过程中基本不动的点，从经纬仪读取钢尺读数精度较低，尤其在距离较长时；全站仪坐标变化法测量精度也不高，但其测量过程繁琐，测量成本高，对监测人员的专业技能要求高，而且以上方法都需要两人及两人以上才能实施监测。

有专利文献中曾提及一种基坑位移测量方法，但该方法需要对每对水平位移监测点设置基准点，易受场地条件限制，实现难度大；尤其是对于长条形基坑的短边，因两边距离较远，采用该方法监测就非常困难，故急需寻求一种简单便捷的测量基坑水平位移的方法具有极实际的意义。

发明内容

为了解决上述现有问题，本发明提供了一种操作方便，测量精度高且测量成本低的监测基坑顶部水平位移的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种监测基坑顶部水平位移的方法，包括纵向基坑边测点监测环节、横向基坑边测点监测环节，所述纵向基坑边测点监测环节包括以下步骤：

(1)先选定基坑角部点B₁为不动的基准点，分别在基坑的两个纵向边上设置监测点，开挖前的监测点分别为B_i、C_i+1(i＝1,2,……n)，开挖后相应的监测点变为B'_i、C'_i+1；

(2)基坑开挖前，测得B_i与B_i+1之间的距离B_iB_i+1，B_i+1与C_i+1之间的距离B_i+1C_i+1；

(3)基坑开挖后，测出B'_i与C'_i+1之间的距离B'_iC'_i+1，B'_i+1与C'_i+1之间的距离B'_i+1C'_i+1；

(4)根据上述测量出的B_iB_i+1、B_i+1C_i+1、B'_iC'_i+1、B'_i+1C'_i+1的数值得出所述监测点B_i的水平位移及所述监测点C_i的水平位移。

所述横向先选定基坑角部点B₁为不动的基准点，监测环节包括以下步骤：

(1)在所述基坑的横向边上设置监测点，开挖前的检测点为A_i(i＝1,2,……n)，在两个纵向边上分别设置监测点M、N，开挖后相应地监测点变为A_i′、M'和N'；

(2)基坑开挖前，分别测得M与N之间的距离MN，M与A_i之间的距离MA_i，以及N与A_i之间的距离NA_i；

(3)基坑开挖后，分别测得M'与N'之间的距离M'N'，M'与A'_i之间的距离M'A'_i，以及N'与A'_i之间的距离N'A'_i；

(4)根据上述测量出的MN、MA_i、NA_i、M'N'、M'A'_i及N'A'_i的数值得出所述监测点A_i的水平位移。

作为优选，所述B_i+1的水平位移和所述C_i+1的水平位移的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}{C}_{i+1}}=B_{i+1}{C}_{i+1}-B_{i+1}^{\′}{C}_{i+1}^{\′}---\left(1\right)$

${\mathrm{\δ}}_{C_{i+1}}=B_{i+1}{C}_{i+1}-\sqrt{B_i^{\′}{C_{i+1}^{\′}}^2-B_i{B_{i+1}}^2}-{\mathrm{\δ}}_{B_i}---\left(2\right)$

${\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}}={\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}{C}_{i+1}}-{\mathrm{\δ}}_{C_{i+1}}---\left(3\right)$

其中，当选定基坑角点B₁为不动基准点时，即当i＝1时，此时开挖后B₁的水平位移 ${\mathrm{\δ}}_{B_1}=0;$

式中：B_i+1C_i+1为基坑开挖前B_i+1、C_i+1之间的距离；

B'_iC'_i+1为基坑开挖后B'_i与C'_i+1之间的距离；

B_iB_i+1为基坑开挖前B_i与B_i+1之间的距离；

B'_i+1C'_i+1为基坑开挖后B'_i+1与C'_i+1间距离；

为C_i+1点的绝对位移；

为B_i+1点的绝对位移。。

作为优选，所述A_i的水平位移的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}_{A_i}=h-h^{\′}={\mathrm{NA}}_{i}sin\mathrm{\β}-N^{\′}{A}_i^{\′}{\mathrm{sin\β}}^{\′}---\left(4\right)$

其中， $\mathrm{\β}=arccos\frac{{{\mathrm{NA}}_i}^2+{\mathrm{MN}}^2-{{\mathrm{MA}}_i}^2}{2{\mathrm{NA}}_i\·MN}$

${\mathrm{\β}}^{\′}=arccos\frac{N^{\′}{A}_i^{\′2}+M^{\′}{N}^{\′2}-M^{\′}{A}_i^{\′2}}{2N^{\′}{A}_i^{\′}\·M^{\′}{N}^{\′}}$

式中：h为A_i到测线MN的距离；

h′为A_i′到测线M'N'的距离；

为A_i的绝对水平位移；

β为NA_i、MN之间的夹角；

β'为N′A_i′、M'N'之间的夹角。

作为优选，所述不动基准点为基坑的一个角点，开挖前后所述角点的位置不变。

作为优选，在所述监测点C_i+1设置反光片,在所述监测点B_i在监测时依次快捷准确地安装能满足位移监测精度要求的便携式测距仪(精度±1mm，监测后取下来)。

作为优选，在A_i处设置反光片，在所述监测点M、N在监测时依次快捷准确地安装能满足位移监测精度要求的便携式测距仪(精度±1mm,监测后取下来)。

作为优选，所述监测点M、N可以是离所述监测点A_i距离最近的一组监测点C₂、B₂。为减少操作上的繁复，方便数据共用，选择两纵向边上离A_i最近的一组监测点放置检测仪，其中M点对应C₂点，N点对应B₂点。

本发明可以具有如下有益效果：通过选择基坑角点B₁作为不动基准点，不受周围场地条件限制；设不动点B₁的位移为0，测得基坑开挖前和基坑开挖后各数据，通过具体公式(1)-(4)计算出各个监测点的绝对水平位移；本发明所涉及的水平位移监测方法测量精度高，对监测人员专业技能要求低，且只需一人操作便可方便快捷地完成监测，安装及监测时均不影响基坑正常施工，节省了人员成本并提高了工效，具有很好的实用价值。

附图说明

图1是测基坑纵向边顶部水平位移的原理图；

图2是纵向边各测点顶部水平位移的计算方法示意图；

图3是横向边各测点顶部水平位移的计算方法示意图。

1、激光测距仪；2、基坑围护结构圈梁；3、基坑支撑；4、参考不动点；5、水平位移监测点。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图(图1、2、3)，对本发明的实质作进一步的阐述。

1)监测纵向两长边的顶部水平位移

如图1所示，在长条形基坑的两条长对边分别依次设置水平位移监测点B₁、B₂、B₃…，C₂、C₃…，其中B₁为基坑角点，定时监测两个监测点之间的距离。测量中，以B₁点作为参考不动点，在整个开挖过程中，不动点B₁的位移为0。

当求B₂、C₂两点的绝对位移时，首先用测距仪测得基坑开挖前B₁到B₂，B₂到C₂间的距离，在基坑开挖后，再定期利用测距仪，从B₁开始依次测得B₁到C′₂，B′₂到C′₂间的距离；利用基坑开挖后B₁、C′₂点间的距离B₁C′₂，用勾股定理计算△B₁B₂C₂′中的B₂C′₂，B₂C₂与B₂C′₂的差值即为C₂点的绝对位移用测距仪测得基坑开挖前B₂、C₂间距离B₂C₂和基坑开挖后B′₂、C′₂间距离B′₂C′₂，B₂C₂与B′₂C′₂的差值即为B₂、C₂两点间相对位移而与之间的差值即为B₂的绝对位移

此时，具体计算公式如下：

${\mathrm{\δ}}_{B_2{C}_2}=B_2{C}_2-{B_2}^{\′}{C_2}^{\′}$

$B_2{C}_2^{\′}=\sqrt{B_1{C_2}^{\′2}-B_1{B_2}^2}$

${\mathrm{\δ}}_{C_2}=B_2{C}_2-B_2{C_2}^{\′}$

${\mathrm{\δ}}_{B_2}={\mathrm{\δ}}_{B_2{C}_2}-{\mathrm{\δ}}_{C_2}$

式中：B₂C₂为基坑开挖前B₂、C₂间的距离；

B₁C′₂为基坑开挖后不动点B₁、C′₂间的距离；

B₁B₂为监测点B₁、B₂间的距离；

B′₂C′₂为基坑开挖后B′₂、C′₂间距离；

为C₂点的绝对位移；

为B₂点的绝对位移。

当以B_i(i≠1)为相对不动点(相对不动点是相对于不动角点B₁而言的)监测B_i+1、C_i+1两点的绝对水平位移时，首先需要过B'_i作B_i+1C_i+1所在边的高(如图2所示)，O为垂足，在直角三角形△B_i′C_i+1′O中利用勾股定理求出直角边C'_i+1O的长度，其中B'_iO的长度等于B_iB_i+1的长度，再通过公式(1)～(3)即可得出所需结果。

所述B_i+1的水平位移和所述C_i+1的水平位移的计算公式为：

${\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}{C}_{i+1}}=B_{i+1}{C}_{i+1}-B_{i+1}^{\′}{C}_{i+1}^{\′}---\left(1\right)$

${\mathrm{\δ}}_{C_{i+1}}=B_{i+1}{C}_{i+1}-\sqrt{B_i^{\′}{C_{i+1}^{\′}}^2-B_i{B_{i+1}}^2}-{\mathrm{\δ}}_{B_i}---\left(2\right)$

${\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}}={\mathrm{\δ}}_{B_{i+1}{C}_{i+1}}-{\mathrm{\δ}}_{C_{i+1}}---\left(3\right)$

式中：B_i+1C_i+1为基坑开挖前B_i+1、C_i+1之间的距离；

B'_iC'_i+1为基坑开挖后B'_i与C'_i+1之间的距离；

B_iB_i+1为基坑开挖前B_i与B_i+1之间的距离；

B'_i+1C'_i+1为基坑开挖后B'_i+1与C'_i+1间距离；

为C_i+1点的绝对位移；

为B_i+1点的绝对位移。。

2)监测横向边的顶部水平位移

本实施例中，M、N分别对应为离所述监测点A_i最近的一组监测点C₂、B₂。在基坑开挖前分别测得B₂、C₂与A_i之间的距离B₂A_i和C₂A_i，以及B₂C₂的距离，构成三角形△A_iB₂C₂；基坑开挖后再用测距仪测得B′₂与A_i′，C′₂与A_i′点间的距离B₂′A_i′和C₂′A_i′，以及B′₂C′₂的距离构成三角形△A_i′B₂′C₂′，通过△A_iB₂C₂与△A_i′B₂′C₂′间的几何关系，计算得到与两平行边相交的边上各监测点A_i的绝对水平位移以监测点A₁为例(图3所示)，计算的公式如下：

${\mathrm{\δ}}_{A_1}=h-h^{\′}=A_1{B}_{2}sin\mathrm{\β}-A_1^{\′}{B_2}^{\′}{\mathrm{sin\β}}^{\′}---\left(4\right)$

其中， $\mathrm{\β}=arccos\frac{A_1{B_2}^2+C_2{B_2}^2-A_1{C_2}^2}{2A_1{B}_2\·C_2{B}_2}$

${\mathrm{\β}}^{\′}=arccos\frac{A_1^{\′}{B}_2^{\′2}+C_2^{\′}{B}_2^{\′2}-A_1^{\′}{C}_2^{\′2}}{2A_1^{\′}{B}_2^{\′}\·C_2^{\′}{B}_2^{\′}}$

式中：h′为A₁′到测线C′₂B′₂的距离；

h为A₁到测线C₂B₂的距离；

为A₁的绝对水平位移。

3)本测量方法的技术实施条件

①测距仪应选用便携式快捷准确对中和微调对准装置的激光测距仪(一般精度要优于±1mm，监测后取下来)，也可选用其它能够达到精度要求的测距仪器。

②基坑围护结构圈梁施工后，将基坑的一个角点选为不动点B₁，在基坑围护结构圈梁顶部两根基坑支撑的中部设置监测点，没有基坑支撑时，每隔5-20米设置水平位移监测点；

③基坑纵向两长条边接近于平行，在基准点B₁所在的边上，监测点B₁、B₂、B₃……处，在监测时依次安装配有准确对中和微调对准装置的便携式激光测距仪(精度±1mm，监测后取下来)，在另一边上，监测点C₂、C₃……处的基坑围护结构圈梁上设置反光片；

④基坑纵向两长条边处监测点B₂、C₂处，在监测时依次安装配有准确对中和微调对准装置的便携式激光测距仪(精度±1mm，监测后取下来)，在基坑横向边上，监测点A_i处的基坑围护结构圈梁上设置反光片；

⑤基坑开挖后，按照规定的测量频率，测得B'_iC'_i+1，B'_i+1C'_i+1，B₂′A_i′和C₂′A_i′(i＝1,2,……n)等的距离；

⑥利用公式(1)-(4)可以得出所监测各点的绝对水平位移。

上述具体实施例只是用来解释说明本发明，而非是对本发明进行限制，在本发明的宗旨和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何不付出创造性劳动的替换和改变，都将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，包括纵向基坑边测点监测环节、横向基坑边测点监测环节，所述纵向基坑边测点监测环节包括以下步骤：

(1)先选定基坑角部点B₁为不动的基准点，分别在基坑的两个纵向边上设置监测点，开挖前的监测点分别为B_i、C_i+1(i＝1,2,……n)，开挖后相应的监测点变为B'_i、C'_i+1；

(2)基坑开挖前，测得B_i与B_i+1之间的距离B_iB_i+1，B_i+1与C_i+1之间的距离B_i+1C_i+1；

(3)基坑开挖后，测出B'_i与C'_i+1之间的距离B'_iC'_i+1，B'_i+1与C'_i+1之间的距离B'_i+1C'_i+1；

(4)根据上述测量出的B_iB_i+1、B_i+1C_i+1、B'_iC'_i+1、B'_i+1C'_i+1的数值得出所述监测点B_i的水平位移及所述监测点C_i的水平位移；

所述横向监测环节包括以下步骤：

(1)在所述基坑的横向边上设置监测点，开挖前的监测点为A_i(i＝1,2,……n)，在两个纵向边上分别设置监测点M、N，开挖后相应地监测点变为A_i′、M'和N'；

(2)基坑开挖前，分别测得M与N之间的距离MN，M与A_i之间的距离MA_i，以及N与A_i之间的距离NA_i；

(3)基坑开挖后，分别测得M'与N'之间的距离M'N'，M'与A'_i之间的距离M'A'_i，以及N'与A'_i之间的距离N'A'_i；

(4)根据上述测量出的MN、MA_i、NA_i、M'N'、M'A'_i及N'A'_i的数值得出所述监测点A_i的水平位移。

2.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，所述B_i+1的水平位移和所述C_i+1的水平位移的计算公式为：

其中，当i＝1时，

式中：B_i+1C_i+1为基坑开挖前B_i+1、C_i+1之间的距离；

B'_iC'_i+1为基坑开挖后B'_i与C'_i+1之间的距离；

B_iB_i+1为基坑开挖前B_i与B_i+1之间的距离；

B'_i+1C'_i+1为基坑开挖后B'_i+1与C'_i+1间距离；

为B_i+1、C_i+1两点间的相对位移；

为B_i点的绝对水平位移；

为C_i+1点的绝对水平位移；

为B_i+1点的绝对水平位移。

3.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，所述A_i的水平位移的计算公式为：

其中，

式中：h为A_i到MN的距离；

h′为A_i′到M'N'的距离；

为A_i的绝对水平位移；

β为NA_i、MN之间的夹角；

β'为N′A_i′、M'N'之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，所述不动基准点为基坑的一个角点，开挖前后所述角点的位置基本不变。

5.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，在所述监测点C_i+1设置反光片，在所述监测点B_i安装激光测距仪。

6.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，在A_i处设置反光片，在所述监测点M、N安装激光测距仪。

7.根据权利要求1所述的监测基坑顶部水平位移的方法，其特征在于，所述监测点M、N可以是离所述监测点A_i距离最近的一组监测点C₂、B₂。