一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法

技术领域

本发明涉及施工监测技术领域，尤其是涉及一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法。

背景技术

燕矶长江大桥的黄冈侧锚碇基坑采用前后等直径圆组成的8字型地下连续墙支护结构体系，锚碇基坑开挖深度39.8m，锚碇基坑位于长江大堤的外侧，锚碇基坑的最前端距离大堤的堤脚仅96.9m。

锚碇基坑取土方量大，锚碇基坑的坑外取土作业时，锚碇基坑周边的取土设备及渣土运输机械繁多，现场环境复杂，智能化监测设备受环境影响，效率低。

锚碇基坑为杂填土、粉质粘土、粉细砂、圆砾，工程地质条件较差，地下水的含量非常丰富且受锚碇基坑开挖影响，锚碇基坑周边的工作基点及监测平台受地质变形而布设困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法，能有效的解决现场环境复杂的地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法，特征是：包括以下步骤：

S1：根据现场实际环境确定监测部位及监测内容，分别为帽梁顶变形监测、锚碇基坑周边地表沉降变形监测、周边建筑物变形监测；

S2：根据已成形的岳阳洞庭湖二桥类似本桥结构的锚碇监测的应力数据分析锚碇基坑及周边土体开挖过程中的应力场和位移场，获取最不利位置，以获得监测重点，并按照规范要求确定监测点的点位布设及监测频率；

S3：根据监测点的点位在现场布设可插拔便捷式锚碇基坑变形监测点并安装保护盒；

S4：根据已有控制点及锚碇基坑变形监测点的布设情况，在锚碇基坑的周边布设4个强制归心墩样式工作基点，工作基点的平面坐标采用静态GNSS法进行观测，工作基点的高程采用二等几何水准法进行观测；

S5：根据监测仪器：Leica TS60全站仪的精度、观测距离、观测角度及气象环境条件计算需要进行观测n个观测测回以满足观测精度；

S6：选择合适的位置按照自由设站法并采用全站仪的多测回测角采集功能依次观测所有监测点n个观测测回；

S7：将采集数据导出为ASCII格式，并通过多测回边角计算器自动统计观测要素并计算监测点的三维坐标，将观测结果制表并形成折线图来反映锚碇基坑变形规律。

在上述技术方案基础上，步骤S1中锚碇基坑距离长江大堤距离仅96.9mm，需要对长江大堤进行周边建筑物变形监测。

在上述技术方案基础上，步骤S2中应力场和位移场分析确定受力最大部位并进行重点监测。

在上述技术方案基础上，步骤S3中监测点布设采用在待监测位置布设插拔式预埋套管，预埋套管的顶口高出待监测部位2cm，防止雨水进入套管中。

在上述技术方案基础上，步骤S3中预埋套管安装完成后给预埋套管安装橡皮塞，防止灰尘进入预埋套管中。

在上述技术方案基础上，步骤S3中在监测点的外侧安装埋地式保护盒，防止监测点被人为破坏。

在上述技术方案基础上，步骤S3中在监测点的保护盒上放置防撞锥桶，防止监测点被机械破坏。

在上述技术方案基础上，步骤S4中工作基点按照平面二等精度GNSS静态观测法及高程二等精度几何水准法进行加密。

在上述技术方案基础上，步骤S4中工作基点的最弱边DQ06～YJJM7，MA(sec)＝1.36，S(m)＝95.6169，MS(cm)＝0.06，S/MS＝154192，式中MA为最弱边的方位角中的误差，S为最弱边的距离，MS为最弱边的距离中的误差，S/MS为最弱边的相对精度，最弱边的相对精度S/MS满足观测精度要求。

上述技术方案基础上，步骤S5中监测点的观测精度计算公式为：

x＝x

y＝y

式中x为监测点的x分量坐标，y为监测点的y分量坐标，x

根据现场环境计算，D为斜距且D≤200m。

设站点与监测点的最大高差5m，最近距离50m，计算竖直角I＝atan(5/50)＝5°42′38.14″，取竖直角I≤10°。

监测仪器采用Leica TS60全站仪，测距精度为：±0.6mm±1ppm，设站点距离监测点的最大视线长为200m，以此距离作为考虑计算测距中误差M

Leica TS60全站仪的标称测角精度为±0.5″，观测一个测回作为最终观测结果，因取测角中误差M2＝±0.5″。

由于控制点进行平差处理后都存在点位误差，控制网为公路二等GNSS网，按照最弱边的限差，取工作基点的点位中误差M3＝±1mm(DQ07点位精度0.4mm，最弱点点位精度0.7mm)。

同时由于有温度变化、气压变化对测量产生了测量误差的影响，在变形观测过程中可以准确地测出大气的温度、气压值，输入仪器内进行改正计算，当温度的测量误差小于0.5℃，气压的测量误差小于1mbar时，对测距的影响为1ppm，因此在进行变形观测时选择在温度、气压变化小的时候进行作业：

根据最不利条件对观测角度进行取值，且不考虑Leica TS60全站仪对中整平误差、大气折光差、瞄准误差、棱镜对中误差影响，监测点在X方向点位分量误差为m

由于在监测过程中还受Leica TS60全站仪对中误差、大气折光差、瞄准误差、棱镜对中误差的影响：

A、Leica TS60全站仪对中整平误差M4：该监测方法采用全站仪自由设站法进行观测，自由设站法Leica TS60全站仪的对中整平误差为0，取M4＝±0mm；

B、大气折光差M5：在测量作业前相对稳定的工作基点，对已知点进行测量推算出放样时大气折光的影响值，对测量数据进行改正，取M5＝±1mm；

C、瞄准误差M6：由于Leica TS60全站仪具备自动照准棱镜的功能，测回之间LeicaTS60全站仪自动照准，取M6＝±0mm；

D、棱镜对中误差M7：监测点埋设采用便捷插拔式监测点，取M7＝±0mm。

综上所述，监测点观测时测回间点位精度m应为：

因变形速率的预警值为2mm/d，取测量误差不大于变形速率的变形值的1/5，测量误差m

观测测回数n＝m/m

测距三角高程来进行高程测量作业，B点的高程计算公式为:

HB＝HA+hI+LcosZ+(1-k)×(L×sinZ)2/(2R)-hR

式中(1-k)×(L×sinZ)2/(2R)为测量时的球气综合改正数；A为测站，HA为测站高程；hI为测站仪器高度；B为监测点；HB为监测点高程；hR为棱镜高度；L为仪器与棱镜间的斜距；D为仪器高程面的水平距离；Z为仪器瞄准棱镜的天顶距；

将HB计算公式进行全微分得：

d

×cosZ)/ρ×dz-(sinZ×cosZ)

根据误差传播定律，考虑到观测值之间的独立性，观测中误差mh计算公式如下：

m

式中：

mhb──测距三角高差中误差；

mL──测边中误差，mL＝0.6+(0.2×1)＝±0.8mm；

mZ──天顶距观测中误差，Leica TS60全站仪天顶距观测中误差mZ＝±0.5″；

mK──大气折光系数测定中误差，通常取Mk＝0.05；

mI──仪器高量取中误差，该方法为±0mm；

mR──棱镜高量取中误差，该方法为±0mm；

计算天顶距为5°42′38.14″，取天顶距为80°时，计算高差中误差为mhb＝±0.497mm。

因变形速率预警值为2mm/d，取测量误差不大于变形速率变形值的1/5，测量误差为0.4mm。

观测测回数n＝m/m

结合平面观测精度，现场测量合格测回数取值n＝6。

本发明是在现场选择视线良好位置设站，保证可以观测三个以上控制点，全站仪与外界环境温度气压相对稳定时进行设站定向，设站完成后进入测量界面，按照监测点序号依次进行观测，观测完成后将观测数据输出为ASCII格式，将观测数据导入多测回测角计算器中统计斜距、竖直角及水平角，自动计算各监测点实测坐标，对监测点变形值进行统计分析。

本发明通过合理布设稳定的强制归心墩样式工作基点，实现全站仪自由设站，解决了因现场环境导致的观测效率低下问题，经过应力场和位移场分析计算，确定监测点布设位置及监测重点部位，采用预埋套筒及连接杆组合为便捷式监测点，结合相关规范及设计说明确定监测频率，通过计算观测6个测回观测中误差小于0.4mm，满足测量精度要求，采用全站仪多测回测角功能进行变形数据采集，并通过多测回测角计算器进行统计计算监测结果，并汇总分析得到锚碇基坑变形规律。

因此，本发明在锚碇基坑周边机械繁多时仍可进行监测，将周边环境的影响降到最低，同时通过在锚碇基坑周边布设合理的工作基点，消除了因控制点变形对监测成果的影响，有效地解决了地下连续墙支护结构重力式锚碇基坑变形监测问题。

附图说明

图1为一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法流程图；

图2为便捷插拔式监测点埋设的示意图；

图3为本发明实施例中工作基点的布设网图；

图4为便捷插拔式监测点的工作状态示意图；

图5为帽梁顶(X方向)累计变形折线图；

图6为帽梁顶(Y方向)累计变形折线图；

图7为帽梁顶(Z方向)累计变形折线图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明专利作进一步详细说明。

图1为一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法流程图，如图1所示，本发明实施例中提供一种地下连续墙支护重力式锚碇基坑变形监测方法，包括以下步骤：

S1：根据现场实际环境确定监测部位及监测内容，分别为帽梁顶变形监测、锚碇基坑周边地表沉降变形监测、周边建筑物变形监测；

燕矶长江大桥靠近长江大堤，周边建筑物变形监测包括大堤变形监测及钢筋车间变形监测。

S2：根据已成形的岳阳洞庭湖二桥类似本桥结构的锚碇监测的应力数据分析锚碇基坑及周边土体开挖过程中的应力场和位移场，获取最不利位置，以获得监测重点，并按照规范要求确定监测点的点位布设及监测频率；

经分析锚碇基坑的隔墙与两圆相交位置为受力最大位置，应重点进行观测；

按照应力场和位移场分析布设帽梁顶位移监测点15个(ML-1～ML-15)，周边地表沉降变形观测点24个(DC-1-1～DC-1-12、DC-2-1～DC-2-12)，大堤变形监测点18个(DDC-1～DDC-9、DC-3-1～DC-3-3、DC-4-1～DC-4-3、DC-5-1～DC-5-3)，钢筋车间变形监测点4个(1#～4#)；

监测频率为底板施工完成前2d/次，底板施工完成后7d/次。

S3：在监测位置预埋或钻孔安装预埋套管，预埋套管高于待监测部位2cm，并采用植筋胶粘结密实，在预埋套管上安装橡皮塞；在钢套筒的外侧安装保护盒，保护盒可以预埋或钻孔安装，安装完成后将盖子完整盖好，防止雨水进入，并在保护盖上进行标识；在保护盒外放置反光防撞锥桶，防止机械破坏；

图2为监测点埋设的示意图，如图2所示，1变形体；2预埋套管；3橡皮塞；4保护盒；5保护盖；6防撞锥桶；

图3为控制网布置示意图。如图3所示，已有控制点3个(DQ05、DQ06、DQ07)，加密4个强制归心墩样式工作基点(YJJM3、YJJM7、YJJM8、YJJM9)。

S4：根据已有控制点及锚碇基坑监测点的布设情况，在锚碇基坑的周边布设4个强制归心墩工作基点，工作基点的平面坐标采用静态GNSS法进行观测；工作基点的高程坐标采用二等几何水准法进行观测；

经平差计算，步骤S4中工作基点的最弱边DQ06～YJJM7，MA(sec)＝1.36，S(m)＝95.6169，MS(cm)＝0.06，S/MS＝154192，满足精度要求。

S5：根据Leica TS60全站仪、观测距离、观测角度及气象环境条件计算满足精度需要进行观测n个观测测回满足精度；

经计算，单个测回平面坐标观测精度m＝1.938mm；。

变形速率预警值为2mm/d，取测量误差不大于变形速率预警值的1/5，测量中误差m测＝0.4mm；

观测测回数n＝m/m

S6：选择合适的位置按照自由设站法并采用全站仪多测回测角采集功能依次观测所有监测点n观测测回；

在现场选择与三个或三个以上控制点(工作基点)相互通视的位置架设全站仪；

全站仪架设完成后静置等待与外界环境一致后进行后方交会设站，设站时设置当前环境气象参数，设站仪器高不用进行量取；

在现场确定待观测的监测点顺序；

图4为监测点观测示意图，如图4所示，1变形体；2预埋套管；4保护盒；5保护盖；6防撞锥桶；7连接杆；8棱镜。

前点人员在选定待测监测点边挪开防撞锥桶6，打开保护盖5，拔出橡皮塞3，将连接杆7插入至预埋套管2中，将棱镜8与连接杆7连接；

进入Leica TS60全站仪的测量界面，照准待测监测点观测并记录，观测学习完成，自动完成下半测回观测，整个测回观测完成后设置观测测回数为6，全站仪自动观测并记录观测结果，并对超限测回进行提醒不合格，对不合格测回直接进行补测；

待全部监测点观测完成后，结束外业监测工作。

S7：将采集数据导出为ASCII格式，并通过多测回测角计算器自动统计观测要素并计算监测点三维坐标，将观测结果制表并形成折线图反映锚碇基坑变形规律；

将导出ASCII数据导入多测回测角计算器中，多测回测角计算器自动统计测量参数并计算监测点观测结果；

统计监测点观测结果并进行制表，并将观测结果制表并形成折线图反映锚碇基坑变形规律。

表1帽梁顶X方向累计变形观测△X记录表

根据帽梁顶X方向累计变形观测△X值绘制图5帽梁顶(X方向)累计变形折线图。

经分析，X方向变形最大值为20230114观测第63期ML-2监测点变形6mm，X方向变形最小值为20220926观测第8期ML-11监测点变形-9mm。

表2帽梁顶Y方向累计变形观测△Y记录表(mm)

/>

根据帽梁顶Y方向累计变形观测△Y值绘制图6帽梁顶(Y方向)累计变形折线图。

经分析，Y方向变形最大值为20230201观测第72期ML-1监测点变形8mm，Y方向变形最小值为20230916观测第3期ML-10监测点变形-9mm。

表3帽梁顶Z方向累计变形观测△Z记录表

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/>

根据帽梁顶Z方向累计变形观测△Z值绘制图7帽梁顶(Z方向)累计变形折线图。

经分析，Z方向变形最大值为20220916观测第72期ML-10监测点变形9mm，Z方向变形最小值为20221119观测第35期、20221201观测第41期、20221221观测第51期ML-14监测点变形-8mm；20221127观测第39期、20221201观测第41期、20221221观测第51期ML-12监测点变形-8mm；20221123观测第37期、20221215第48期ML-6监测点变形-8mm。

综上所述，本发明通过合理布设稳定的强制归心墩样式工作基点，实现全站仪自由设站，解决了因现场环境导致的观测效率低下问题，经过仿真模拟分析计算，确定监测点布设位置及监测重点部位，采用预埋套筒及连接杆组合为便捷式监测点，结合相关规范及设计说明确定监测频率，通过计算观测6个测回观测中误差小于0.4mm，满足测量精度要求，采用全站仪多测回测角功能进行变形数据采集，并通过多测回测角计算器进行统计计算监测结果，并汇总分析得到锚碇基坑变形规律。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。