GPS在基坑支护中的应用

GPS在基坑支护中的应用

张长树

安徽省煤田地质局第二勘探队241006

摘要：现代高层建筑工程中的深基坑施工技术极为丰富并且富有变化，深基坑施工技术是高层建筑工程进行中最为关键和复杂的技术领域。这项技术不仅需要确保施工进行中的安全性和稳定性，并且还需要严格地限制工程周边的地层位移以有效地保证施工环境的安全。为合理利用地下空间资源，控制因基坑变形引发的安全事故和利益损失，就必须加强建筑基坑变形监测，而GPS技术可快速、准确的获取相关数据，因而在建筑基坑变形监测中广泛应用。

关键词：基坑支护；GPS

建筑基坑变形是指在开挖基坑时，因坑内卸荷致使围护结构因内外压力差值产生位移，造成其外侧土体出现变形，最终导致建筑移动或沉降。GPS主要由空间星座、地面控制、用户设备三大部分构成，其通过卫星不断发送相关的时间信息和星历参数，而用户在接收到上述信息后会加以计算和分析，以此获取测站的三维方向、位置、时间信息、运动速度等数据，其通常借助伪距法、载波相位等定位方法，以及静态、动态两种数据处理方法服务于建筑基坑变形监测工作。

相对而言，融合了网络、计算机、数据处理、数据分析等多种现代技术的GPS系统，可使布设变形监测网更为自由、方便，可自动、实时采集、传递、处理、分析建筑基坑变形数据，也可实现全天候观测，不仅能够对测点的三维位移进行同时测定，而且可以弱化或规避系统误差对监测数据的影响，从而定位快，精度高，利于及时、准确、动态掌握建筑基坑变形情况，也正因此被广泛应用于建筑基坑变形、地质灾害监测、地面沉降等工作领域。

一、建筑工程基坑支护施工技术简介

一般情况下，现代建筑行业为了满足各类建筑产品地下室施工要求，开始加大了对基坑支护施工技术的研究与应用，基坑工程进行支护施工的目的在于对整个基坑进行保护，避免基坑开挖对施工场地周围环境与施工人员生命安全产生影响，所以建筑基坑护施工中涉及到了土方开挖、降水防水、施工机械利用等多项内容。现阶段各地区城市地下建筑规模的不断扩大，使基坑工程施工阶段的开挖深度与开挖土方面积有了很大提升，所以基坑支护施工技术应用中所面临的难度也相对较大，鉴于建筑工程基坑施工中容易受到多种内、外因素影响而发生安全事故，设计人员在设计阶段要对基坑地变形、稳定性、强度以及防水等多个方面进行有效控制，施工单位需要通过对各项支护施工技术的实践与总结来不断积累工程实践的经验，确保现代建筑工程基坑支护施工技术可以适应时代发展提出的新要求。现阶段施工单位在工程实践阶段一般会采用放坡开挖与支护结构等两种施工工艺，放坡开挖是指基坑开挖施工过程中不采取任何的支护措施，该种建筑工程基坑施工技术适用于开挖深度小、土质条件好的施工场地，而支护开挖基坑施工技术适用于一些开挖深度大、土质条件复杂的施工场地，所以设计人员与工程技术人员需要结合施工场地实际情况来选择基坑支护施工技术，并且要基于实际支护条件来选择合理的施工工艺与施工流程设计。

二、GPS技术在建筑基坑变形监测中的应用

1.实践应用

基于GPS技术的似单差法算法模型可实现解算模糊度的简化，规避周跳的修复与探测，而直接从载波相位监测数值中获取相应的变形信息，而GPS一机多天线技术可将监测点的定位误差控制在1mm左右，直接达到了基坑变形监测一级精度的标准，而且可以减少GPS双频接收机数量，利于降低系统造价，加之可以同步监测基坑整体变形量，应用前景十分广阔。下面以平阳景苑工程基坑变形监测为例，着重讲解GPS的实践应用。

首先是基于现有资料，明确基坑变形的监测内容，具体包括周边建筑倾斜角度、垂直位移、地下综合管线的水平和垂直位移、地表沉降、地下水位、锚头拉力、土钉内力和拉力、立柱内力、深层水平位移等诸多监测对象。其次是选择合适的监测方法，此时需要以侧边为主，采用边角网，结合部分角度构建平均边长为300m左右的一级平面控制网，但其测角误差不得大于0.7″，相邻基准点位置误差不得大于1.5mm，同一方向测回互差和半测回归零差不得超过3″等，在测量边长时，可借助电磁波来完成，且往返较差应不得超过2*（a+b*D）mm等；采用方向观测方法，尽量将测量读差控制在2″内，利用徕卡TS30全站仪测量监测点的水平位移，并借助徕卡变形监测分析系统平差加以计算；监测基坑垂直位移时，应在其外部布设四个工作基点，结合水准网加以联测，且在水准限差中，保证基辅分划的测量高差在0.7m内，而沉降量以本次与前次所测高程差为准；监测地下水位时，可利用水位计进行直接测量等。

再者是合理布设监测点，为清楚、全面的认识基坑变形信息，需要在基坑水平位移监测点设置6个观测墩；在埋设垂直位移基点时，应将其设置在变形影响范围以外，易于保存且稳定的区域；为监测基坑围护顶部时，必须在阳角处、周边中部设置监测点，且水平间距控制在20m左右；用于监测地表沉降的点应分布在周边道路附近，此外锚头、锚索、土钉等内力、拉力等监测点的布设位置和数量，应以实际情况为准。该环节基于GPS技术，还应用了测斜仪、全站仪、振弦式传感器、计算机等设备基坑辅助变形监测。

最后是利用GPS技术获取的监测点数据，借助相应的应用软件，严密的平差方法，准确计算其变形测量结果，并加以检查和核实，以此为采取行之有效的变形控制措施听过有力依据。

三、应用趋势

一是基于GPS技术的建筑基坑变形集成监测系统的构建，集成GPS、特殊变形测量、摄影、INSAR等技术而形成的综合变形监测体系，通过数据处理、管理、查询、变形预测、可视化等诸多模块的构建，可有效克服GPS技术在建筑基坑变形监测应用中的局限性，准确、全面掌握建筑沉降、地下水位、基坑支护结构位移、支撑轴力等信息，以此为应对基坑变形提供重要依据，如GPS/INS系统可精确、动态、整体测定（x，y，z，t）四维形变场。

二是实现建筑基坑变形监测数据的可视化，此时主要基于GPS技术，融合三维可视化先进技术，以建筑所在地的地质、沿线地形、周边建筑等信息资料为依据，构建三维地质建筑和地质模型，如此一来，我们不仅可以直观形象的看到受控建筑、时序曲线、监测数据，更可以对基坑开发过程进行动态模拟，以及实时查看基坑变形数据和变形分布，用于科学、安全施工，以免引发不必要的损失和事故。

三是以3S技术为基础的实时在线分析系统的构建，当下的GPS、RS、GIS三大技术已进入相互融合、相互集成的发展阶段，不仅为建筑基坑变形监测，也为局部地壳变形、滑坡等监测带来了便利。通过该系统，可实现对变形监测数据的及时、自动的分析、处理和评价，利于快速掌握基坑变形现状，并作出切实有效的应对措施。此外基于GPS和Web的自动反馈和报警系统可根据建筑基坑变形监测区域的具体情况自动生成变形速率、曲线图以及预测图等，并在网上进行发布，从而使管理人员无论身处何地，都可以借助互联网了解建筑物基坑变形情况，以此为后续工作提供便利。

四、结语

建筑基坑的开挖与支护结构涉及到了工程地质、水文地质、工程结构、建筑材料以施工工艺和施工管理等众多方面，因此，基坑工程作为一个系统工程，是集土力学、材料力学、水力学以及结构力学等于一体的综合性学科。GPS技术为可为有效控制建筑基坑变形，安全、经济施工，合理开发地下空间提供有力参考和依据，因此我们应增强创新能力，提高GPS技术的适用性、可靠性与高效性，以此促进建筑基坑监测工作迈上新台阶。

参考文献：

[1]孙淑贤.基坑开挖伴随应力状态改变对土压力的影响[J].工程勘察，1998（03）.

[2]何颐华，杨斌，金宝森，李瑞茹，谭永坚，王铁宏.深基坑护坡桩土压力的工程测试及研究[J].土木工程学报，1997（01）.

[3]曲亚男.GPS定位技术在建筑物变形监测中的应用研究[D].山东大学，2012（9）.

[4]光辉.基于GPS的基坑监测数据处理及可视化实现[D].南京林业大学，2010（3）.