肖火云

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

边坡监测的意义在于提供边坡位移和变形等变化规律，判断边坡的稳定性，预测边坡变形发展趋势，当出现异常时，及时采取加固措施，以确保边坡安全。通常来说，在多种变形监测的方法中，极坐标法和前方交会用最多，现阶段用全站仪和GPS直接测量变形点的三维坐标方法用来滑坡监测的应用较多。

TCA2003全站仪是自动化测量仪器,拥有了机动马达、CCD影像传感器并配有Monitor软件的智能型电子全站仪，能够通过主动寻找、辨别并精确照准、观测目标，从而得到目标的距离、角度与三维坐标，并且能够自动记录数据，且数据精度能够达到测距±(1mm+1PPm)、测角0.5″，最大可能地降低了人的参与度，减少人工误差，因此又称为高精度测量机器人。TCA2003全站仪因其高精度、自动化的优势，现被普遍应用于滑坡及大坝变形监测、特大型桥梁结构监控、地铁隧道结构监控等精度要求较高的工程测量中。高边坡具有较大的危险性，需在施工和运营期间，对其进行连续性观测，在边坡出现危险情况时，需要及时预报。本文主要对南平某高边坡采用TCA2003从施工阶段到运营管理阶段进行连续一年的监测，通过分析边坡累计位移和累计沉降观测数据，得出边坡的稳定性分析结果。

1 测量原理

1.1 极坐标差分法基本原理

将监测网的参考基准点设立在观测目标变形的影响区域外稳固的位置，变形点布设在需监测的变形体上。根据极坐标的原理，在每一个监测周期观测并得到参考基准点和变形点的水平角、斜距以及天顶距，先将前者的测量值和其在设点时得到的值对比，得到由于仪器、大气与温度等偶然误差值，然后将其和变形点的观测值叠加，得变形点的真实坐标。具体来说，极坐标差分法变形网由参考基准点、仪器架设点以及变形点3点组成，通过在仪器架设点架设全站仪，观测参考基准点和变形点的棱镜，得到两点各自的变形值，并且对两点进行周期性的监测。通过每次得到的变形值，计算得出变形体的变形趋势，从而对变形体的安全稳定性进行分析，并得出结论[1-2]。

1.2 中间法三角高程测量基本原理

中间法三角高程测量，顾名思义就是在两目标点A、B之间大致中间位置上架设全站仪，类似于水准测量，通过观测A、B两点上架设的棱镜，得到A点、B点与观测点的高差h1和h2，类似于传统三角高程测量，由此计算得到A点与B点之间的高差为：

hAB=h2-h1

图1 中间法三角高程测量原理图

在高边坡监测中，沉降监测较危险及繁琐，为减少工作量，可以用中间法三角高差测量代替水准测量，其观测精度可以与水准测量相当[3]。通过计算监测点和基准点的高差，与以往的周期性高差比较，得到各个监测点的沉降变化量。对其沉降数据进行分析，得到其沉降变化规律。

2 实例分析

某高边坡为平整建设用地时形成的人工边坡，高度10m～46m。场地切坡后的坡面主要出露素填土、坡积粉质粘土、全风化粉砂岩、土状强风化粉砂岩、碎块状强风化粉砂岩、中风化粉砂岩。边坡支护结构采用框架-锚索支护，网格内植草护面。边坡抗震防烈度为6度，加速度0.05g，安全等级为一级，重要性系数r=1.1。边坡支护的设计使用年限为50年。

由于该边坡较高，普通的位移测量方法和水准测量较难进行。该边坡监测采取极坐标法进行位移监测，中间法三角高程测量进行沉降监测。基准点和工作基点采用强制观测墩埋设在屋面或基岩上，变形监测点采用莱卡小棱镜永久埋设在边坡的坡顶上。变形监测点位分布图如图2所示。A、B、C、D四点为稳定区域，构成工作基点网，101～118为变形监测点。A、B、C、D四点建立独立的平面坐标系，坐标原点为工作区域的西南角，X轴方向平行于边坡走向，Y轴方向垂直于边坡走向。首先对工作基准网进行观测，求得A、B、C、D四点的平面坐标。高程基准以A点高程为基准，求得B、C、D三点相对于A的高差。

图2 点位分布图

基准点的稳定在位移和沉降观测中非常重要，在进行测量之前，对4个工作基点进行了3次高精度观测，4个基准点相互验证。在观测过程中，若发现工作基点发生形变，则根据精度要求进行加测，选择最稳定的点作为位移和沉降观测起算点。

然后，将全站仪分别架设在A、B、C三个基准点，采取分组多测回的方法，测得各个监测点的平面坐标以及与A点的高差值初始数据。

每次观测采用多测回的方法，观测2测回，保证测角中误差在0.5″之内。将每次的观测得到的平面坐标以及与A点的高差值求得平均数据后，与初始数据相比，得到各个变形观测点的平面坐标及高程的变化值。△y为各个变形监测点的水平位移量，△h为各个变形监测点的沉降量。

为从整体上进行合理分析该边坡的变形情况，本文对所布设的18个变形观测点的近一年观测资料，进行了累计位移及累计沉降分析，得到各变形观测点的累计位移和累沉降量的范围及曲线图。边坡监测期间，边坡变形观测点累计位移为-6.80mm～4.95mm，边坡累计沉降为-5.35mm～11.00mm，变形观测点累计位移及累计沉降曲线图如图3～图4所示。

图3 边坡监测点累计位移成果图

图4 边坡监测点累计沉降成果图

此边坡经过一年的观测，从边坡的累计位移及沉降曲线图可以看出，边坡的总体变形较小，边坡的位移及沉降速率逐渐变小，边坡的变形趋于稳定。由此可以得出，此边坡现阶段已处于稳定状态。

3 结论

(1)通过分析累计沉降和累计位移曲线图，可得出边坡的变形已趋于稳定。运用TCA2003在边坡施工进行监测，可以指导施工，确保施工的安全，边坡施工完成后继续进行监测，掌握了边坡在运营期间的变形情况。由此可以得出，TCA2003用于高边坡的位移及沉降监测是真实有效的。

(2)TCA2003的高精度性和自动化的特点，使其在边坡监测中得到广泛的应用。所用的方法满足监测的精度要求，采用极坐标法作水平位移监测，中间法三角高程作沉降监测，可使监测工作基点布点灵活,且工作量大为减少, 该方法简便、省时、效率高，尤其在边坡发生险情需连续监测时，具有迅速获得监测成果的优势。