【摘要】城市化建设的高速发展， 高层建筑越来越多，基坑工程施工朝着开挖深、工作面窄、周边房屋及地下管线近的特点发展。基坑施工开挖深、施工难度大、风险高的因素，使得基坑的变形监测工作显得更加重要，本文简述了基坑工程监测的主要内容、支护结构的变形监测， 提出了减小变形监测误差的方法和措施， 使变形监测成果更真实可靠。
【关键词】基坑变形 全站仪直接坐标法 误差分析
基坑水平位移监测的常用方法主要有经纬仪视准线法、小角度法等，但在观测基坑不同边水平位移时需进行仪器搬站， 观测所需时间较长。目前全站仪在工程施工中应用逐渐普及，全站仪可直接测定位移监测点的坐标，通过计算变化量就可确定位移量。用全站仪进行基坑水平位移监测通常不需要搬站，一次测完所有点，因此可节约大量观测时间。由于全站仪测量坐标的精度受距离测量精度和角度测量精度的共同影响，不太容易估算，给实际应用带来一些问题。
一、基坑工程监测的主要内容
基坑工程监测的主要内容包括变形监测、应力监测、地下水动态监测三个方面。基坑工程监测工作应根据设计要求， 基坑周边环境状况及开挖施工方案等在基坑开挖前制定监测方案。监测方案应主要包括下列内容： ①监测目的、监测项目、监控报警值、监测方法与精度要求等； ②各监测项目的实施细则， 包括监测仪器、监测点的布置、观测周期、工序管理和记录制度等； ③信息反馈体系。各种监测的具体对象。监测项目的选择应根据基坑工程的安全等级而定， 可以分为必需进行的项目和有条件时宜进行项目两类。
二、基坑支护结构的变形监测
支护结构的水平位移及沉降观测是基坑变形监测工作的重要组成部分， 具有直观、操作性强等特点， 所以一般的基坑变形监测都将其作为一个主要内容。它包括以下几项基本要素：
1. 观测精度。观测的基本精度要求， 应根据观测对象的容许变形范围、变形速率、观测周期等多种因素综合分析确定， 可分为高精度和中等精度两类。
2. 基准点。观测基准点要求稳固， 应设在开挖和降水影响范围以外， 数量不得少于2个。
3. 观测点。在基坑周边一定间距布置的水平位移监测点间距不宜大于20m， 在关键部位宜加密测点， 监测点的布置应满足监控要求。
4. 观测频率。目测中可使用一般的质量衡器具对裂缝、塌陷、管涌、流土、渗漏等现象的发生、发展进行测定， 做出详细记录。在基坑工程开始施工之前， 可对周围建（ 构） 筑物的破坏情况摄影或作出标记， 在工程进行过程中监视其变化情况。现场检测人员应及时分析各种监测资料， 捕捉险情发生前的种种前兆信息， 实现险情预报。监测的时间间隔应根据施工的实际情况确定。5.观测资料整理。每次水平位移观测要求记录各个观测点的位移量、累计位移量、位移速率等。每次沉降观测要求计算出各观测点的高程、累计沉降量、本次沉降量、沉降速率。观测期间应根据各个勘察观测成果绘制沉降（ S） ―时间（ T） 关系曲线图、水平位移（ L） ―时间（ T） 关系曲线图、沉降（ S） ―水平位移（ L） ―距离（ a） 关系展开曲线图等， 方便对数据进行科学分析。
三、全站仪直接坐标对建筑物基坑的监测
目前沉降观测及水平位移通常采用全站仪直接坐标法， 该方法之优点在于采集原始数据方便、快捷、准确， 如果变形观测点采用4cm×4cm（ 或6cm×6cm） Leica棱镜反光片， 将在控制变形观测点精度方面获取比较好的效果。全站仪直接坐标法采用的仪器一般是采用双轴补偿器的170m免棱镜测距的Leica TCR402 power， 该仪器测距精度为2mm+2ppm，测角精度（ 水平角和垂直角） 为2″， 性能相对其他仪器较稳定。该仪器测高程的精度略高于S3型施工用水准仪， 在安全等级要求“一般”的工程项目中完全可以用该全站仪测高程以取代S3型水准仪。当然沉降观测精度要求比较高的工程项目， 该仪器测高程就无法达到其精度要求了。
全站仪直接坐标法测基坑的位移观测时， 其首级控制网的建立可选相对独立坐标系和大地坐标系两种均可。首级控制点必须布置于远离基坑影响范围之外的相对较稳定的固定建筑物上，首级控制点一般设置3～4个， 以备日后控制点被损坏时便于恢复。水平位移变形观测点的设置采用贴上述（ 4cm×4cm） Leica棱镜反光片于（100mm×50mm×500mm）木桩侧面上， 木桩用C20砼固定于桩顶梁或基坑边坡坡顶处 ； 所有位移变形观测点棱镜反光片对准方向均为仪器测站， 每一项目均只设一站仪器测站。仪器站的设置必须能同时与该项目所有位移变形观测点和两个以上的首级控制点通视。每次仪器站设置时采用全站仪里内置的固化程序“三点或多点方向、距离后方交会”确定仪器站点的位置及方位。第一次（ 初次） 原始观测数据必须在设置变形观测点次日后进行， 第一次原始值（ 三维坐标X、Y、H） 须以同样的程序观测两次， 取其相应值的平均值作为原始值。该原始值必须经过施工坐标系转换后， 让X位移分量、Y位移分量与该项目基坑边线平行或垂直， X位移分量或Y位移分量即为该处垂直于基坑的位移量。第三次观测后即可计算出本次位移量和累计位移量。
四、全站仪直接坐标法监测建筑物基坑的误差分析
全站仪直接坐标法进行水平位移变形观测的误差来源主要来自以下三方面：
1. 控制点间的点位误差；
2. 测站仪器的误差（ 仪器的测距精度、测角精度， 仪器对中误差， 气压及温度的影响） ；
3. 变形观测点处来源于棱镜反光片、手持棱镜杆（ 或架） 、手持Mini棱镜杆的误差。
对这三方面的误差来源分析， 控制点点位误差一般可以控制在±3mm； （ 6cm×6cm） Leica棱镜反光片若采用激光对中器对中、每次观测前设置好仪器的气压和温度改正， 仪器站误差可以控制在±2mm内。上述第三项误差是最主要的误差来源， 采用棱镜反光片和采用上述固定棱镜反光片的方法误差可控制在±2mm。若控制点也采用（ 6cm×6cm） Leica棱镜反光片和使用方向、距离后方交会时， 前三项误差可控制在±3mm。第三项误差在使用Mini手持棱镜杆时误差有时可大到±20mm， 因为该棱镜杆在长期的使用过程中会弯曲变形。
结束语
基坑工程监测已成了工程建设必不可少的重要环节， 同时也是指导正确施工， 避免安全事故发生的必要措施，是一种信息技术。全站仪直接坐标法是目前位移变形观测的首选， 在使用（6×6cm）Leica棱镜反光片作为首级控制点和变形观测点， 能较有效地提高位移变形观测的精度， 避免了许多因转仪器站控制点和设置反光前视棱镜的人为的误差来源， 使测量成果更真实可靠。只要选择适当的全站仪进行作业，即能保证精度符合要求，提高作业效率。随着测量技术的发展和仪器的不断更新，全站仪在基坑水平位移监测中必将得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1] 潘国荣，夏才初.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2] 江霞，杨小军.基坑位移监测技术[J].建筑技术，2004，35（4）：347-348.
[3]汪孔政，全站仪监测基坑水平位移精度分析[J]，建筑技术 2009 02
【关键词】基坑变形 全站仪直接坐标法 误差分析
基坑水平位移监测的常用方法主要有经纬仪视准线法、小角度法等，但在观测基坑不同边水平位移时需进行仪器搬站， 观测所需时间较长。目前全站仪在工程施工中应用逐渐普及，全站仪可直接测定位移监测点的坐标，通过计算变化量就可确定位移量。用全站仪进行基坑水平位移监测通常不需要搬站，一次测完所有点，因此可节约大量观测时间。由于全站仪测量坐标的精度受距离测量精度和角度测量精度的共同影响，不太容易估算，给实际应用带来一些问题。
一、基坑工程监测的主要内容
基坑工程监测的主要内容包括变形监测、应力监测、地下水动态监测三个方面。基坑工程监测工作应根据设计要求， 基坑周边环境状况及开挖施工方案等在基坑开挖前制定监测方案。监测方案应主要包括下列内容： ①监测目的、监测项目、监控报警值、监测方法与精度要求等； ②各监测项目的实施细则， 包括监测仪器、监测点的布置、观测周期、工序管理和记录制度等； ③信息反馈体系。各种监测的具体对象。监测项目的选择应根据基坑工程的安全等级而定， 可以分为必需进行的项目和有条件时宜进行项目两类。
二、基坑支护结构的变形监测
支护结构的水平位移及沉降观测是基坑变形监测工作的重要组成部分， 具有直观、操作性强等特点， 所以一般的基坑变形监测都将其作为一个主要内容。它包括以下几项基本要素：
1. 观测精度。观测的基本精度要求， 应根据观测对象的容许变形范围、变形速率、观测周期等多种因素综合分析确定， 可分为高精度和中等精度两类。
2. 基准点。观测基准点要求稳固， 应设在开挖和降水影响范围以外， 数量不得少于2个。
3. 观测点。在基坑周边一定间距布置的水平位移监测点间距不宜大于20m， 在关键部位宜加密测点， 监测点的布置应满足监控要求。
4. 观测频率。目测中可使用一般的质量衡器具对裂缝、塌陷、管涌、流土、渗漏等现象的发生、发展进行测定， 做出详细记录。在基坑工程开始施工之前， 可对周围建（ 构） 筑物的破坏情况摄影或作出标记， 在工程进行过程中监视其变化情况。现场检测人员应及时分析各种监测资料， 捕捉险情发生前的种种前兆信息， 实现险情预报。监测的时间间隔应根据施工的实际情况确定。5.观测资料整理。每次水平位移观测要求记录各个观测点的位移量、累计位移量、位移速率等。每次沉降观测要求计算出各观测点的高程、累计沉降量、本次沉降量、沉降速率。观测期间应根据各个勘察观测成果绘制沉降（ S） ―时间（ T） 关系曲线图、水平位移（ L） ―时间（ T） 关系曲线图、沉降（ S） ―水平位移（ L） ―距离（ a） 关系展开曲线图等， 方便对数据进行科学分析。
三、全站仪直接坐标对建筑物基坑的监测
目前沉降观测及水平位移通常采用全站仪直接坐标法， 该方法之优点在于采集原始数据方便、快捷、准确， 如果变形观测点采用4cm×4cm（ 或6cm×6cm） Leica棱镜反光片， 将在控制变形观测点精度方面获取比较好的效果。全站仪直接坐标法采用的仪器一般是采用双轴补偿器的170m免棱镜测距的Leica TCR402 power， 该仪器测距精度为2mm+2ppm，测角精度（ 水平角和垂直角） 为2″， 性能相对其他仪器较稳定。该仪器测高程的精度略高于S3型施工用水准仪， 在安全等级要求“一般”的工程项目中完全可以用该全站仪测高程以取代S3型水准仪。当然沉降观测精度要求比较高的工程项目， 该仪器测高程就无法达到其精度要求了。
全站仪直接坐标法测基坑的位移观测时， 其首级控制网的建立可选相对独立坐标系和大地坐标系两种均可。首级控制点必须布置于远离基坑影响范围之外的相对较稳定的固定建筑物上，首级控制点一般设置3～4个， 以备日后控制点被损坏时便于恢复。水平位移变形观测点的设置采用贴上述（ 4cm×4cm） Leica棱镜反光片于（100mm×50mm×500mm）木桩侧面上， 木桩用C20砼固定于桩顶梁或基坑边坡坡顶处 ； 所有位移变形观测点棱镜反光片对准方向均为仪器测站， 每一项目均只设一站仪器测站。仪器站的设置必须能同时与该项目所有位移变形观测点和两个以上的首级控制点通视。每次仪器站设置时采用全站仪里内置的固化程序“三点或多点方向、距离后方交会”确定仪器站点的位置及方位。第一次（ 初次） 原始观测数据必须在设置变形观测点次日后进行， 第一次原始值（ 三维坐标X、Y、H） 须以同样的程序观测两次， 取其相应值的平均值作为原始值。该原始值必须经过施工坐标系转换后， 让X位移分量、Y位移分量与该项目基坑边线平行或垂直， X位移分量或Y位移分量即为该处垂直于基坑的位移量。第三次观测后即可计算出本次位移量和累计位移量。
四、全站仪直接坐标法监测建筑物基坑的误差分析
全站仪直接坐标法进行水平位移变形观测的误差来源主要来自以下三方面：
1. 控制点间的点位误差；
2. 测站仪器的误差（ 仪器的测距精度、测角精度， 仪器对中误差， 气压及温度的影响） ；
3. 变形观测点处来源于棱镜反光片、手持棱镜杆（ 或架） 、手持Mini棱镜杆的误差。
对这三方面的误差来源分析， 控制点点位误差一般可以控制在±3mm； （ 6cm×6cm） Leica棱镜反光片若采用激光对中器对中、每次观测前设置好仪器的气压和温度改正， 仪器站误差可以控制在±2mm内。上述第三项误差是最主要的误差来源， 采用棱镜反光片和采用上述固定棱镜反光片的方法误差可控制在±2mm。若控制点也采用（ 6cm×6cm） Leica棱镜反光片和使用方向、距离后方交会时， 前三项误差可控制在±3mm。第三项误差在使用Mini手持棱镜杆时误差有时可大到±20mm， 因为该棱镜杆在长期的使用过程中会弯曲变形。
结束语
基坑工程监测已成了工程建设必不可少的重要环节， 同时也是指导正确施工， 避免安全事故发生的必要措施，是一种信息技术。全站仪直接坐标法是目前位移变形观测的首选， 在使用（6×6cm）Leica棱镜反光片作为首级控制点和变形观测点， 能较有效地提高位移变形观测的精度， 避免了许多因转仪器站控制点和设置反光前视棱镜的人为的误差来源， 使测量成果更真实可靠。只要选择适当的全站仪进行作业，即能保证精度符合要求，提高作业效率。随着测量技术的发展和仪器的不断更新，全站仪在基坑水平位移监测中必将得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1] 潘国荣，夏才初.土木工程监测技术[M].北京：中国建筑工业出版社.
[2] 江霞，杨小军.基坑位移监测技术[J].建筑技术，2004，35（4）：347-348.
[3]汪孔政，全站仪监测基坑水平位移精度分析[J]，建筑技术 2009 02
