自由设站法检测基坑水平位移
自由设站法检测基坑水平位移
传统的基坑水平位移监测，一般是采用经纬仪等光学仪器进行视准线法观测，但是，由于基坑周边环境常常比较复杂，特别是由于基坑形状不规则、基坑周边场地狭小以及周围密集的构筑物等因素的制约，很难同时在基坑两端选择两个既通视又稳定，同时又能设站的基准点作为平行于基坑的基准线，视准线法也就无法使用。
利用全站仪自由设站法进行观测，则可很容易地在基坑影响区域以外的建(构) 筑物或场地上建立两个稳定点，作为平行于基坑的基准点(或基准线) 进行基坑水平位移监测。
1、全站仪自由设站观测原理
全站仪自由设站法观测，是一种以角度与距离同时测量的极坐标法为基础，应用高精度全站仪在基坑附近一方便观测的位置设一观测站，从观测站上观测若干已知点(或一基准线的两个基准点) 及变形监测点的方向和距离，按极坐标法计算出两基点及各变形点在以仪器中心为坐标原点的坐标系中的平面坐标，通过坐标变换(或是按最小二乘法进行平差) 计算出各变形观测点在以基准点为坐标原点的坐标系中的平面坐标，通过对各点的周期性观测，便可得到各变形观测点的位移变化。
2、基坑监测系统的建立
2．1建立坐标系统
在基坑开挖影响区域以外的稳固地面或已经稳定的旧建筑物上布设两个基准点形成一近似平行于基坑的基准线，两基准点间的水平距离在基坑开挖前由高精度全站仪经多测回观测确定。该基准线在水平面内的水平投影为该独立坐标系统的X 轴方向，在水平面内与X 轴垂直的方向为Y 轴方向。
2．2坐标计算公式
在基坑附近任选一测站设置全站仪，观测两基准点A 、B ，测鼍设站点到两基准点的水平距离为S A 、S B 以及仪器中心点O 与A 、B 两基准点间的夹角β。在全站仪的三轴中心引出平面坐标系O —X ’Y ’，其中X ’轴平行于该基坑独市坐标系统的X 轴，如图1所示，则在O —X ’Y ’坐标系中，A 点的平面坐标为：
X ’A =SA ×cos α； Y ’A = SA ×cos α
B 点的平面坐标为：
X ’B =SB ×cos(α+β) ； Y ’B =SB ×sin(α+β)
式中：α为0A 方向与Y 轴间的夹角。
由于A 、B 两点的水平投影在Y 轴方向上，平行于Y ’轴，则有X ’A =X’B ， 即：S A ×cos α=SB ×cos(α+β)
经整理得：
tg α=ctgβ-S A ／(SB ×sin β)
在O —X ’Y ’坐标系中，以全站仪的三轴中心O 为坐标原点，以A 点为后视方向，对基坑支护结构上的任意位移观测点P 进行观测，得P 点到O 点的水平距离为S P ，水平角为βP ，则P 点在O —X ’Y ’坐标系中的坐标为：
X P =SP ×cos(α+βP ) ； Y ’P = SP ×sin(α+βP )
经坐标平移，即可得到P 点在以A 点为坐标原点的坐标系A —XY 中的平面坐标为：
X P =SP ×cos(α+βP )- X’A
Y P =SP ×sin(α+βP )-Y ’A
通过现场对基坑支护结构水平位移点的周期观测及坐标计算，便可得到基坑各观测点在以基准点A 为坐标原点的坐标从而得出基坑变形观测点在不同观测周期的水平位移。
3、自由设站的观测要点
(1)对观测仪器的要求：全站仪足一种将电子经纬仪和激光测距仪组合在一起并在一个测站上同时进行角度、距离测量的一种观测仪器，对于基坑变形观测所采用的仪器，首先必须具有经纬仪的视准轴与测距仪的发射、接收光轴的三轴 同轴性，这样才能保证所解算自由测站点坐标的准确。其次．为满足基坑变形观测的精度要求，全站仪的测角精度应达到±1”，分辨力应达到0.1”；而全站仪的测距精度在100 m以内应达到±1 mm，分辨力应达到0.1 mm，这样对于一般基坑的水平位移的观测精度，可以用l ～2个测同进行观测，便可达到10-1mm 级，甚至是10-2mm 级的精度要求。若使用测角和测距精度较低的全站仪，要达到10-1mm 级的观测精度要求，则必须增加测回数，这样就增加了基坑观测的工作量及观测时间。
(2)为了保证自由设站的观测精度，设站点与两基线点之间的距离不应悬殊过大，因此，基线点的选择十分重要，一般应选在稳定地区，而且距离不应太大，一般在100 m左右是合适的，而且所选基线应大致与基坑的主轴线平行。
(3)为消除观测时仪器的系统误差，在每期观测时设站点的位置应大致固定。