水准测量 ^[1]又称为几何水准测量，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。目前，这一传统测量方式作为基坑监测 ^[2,3]的通用方式，存在以下几个问题。

　　 1) 需要3个测量人员 (1人观测，2人立尺) 才能完成1次完整水准测量，人工成本高。

　　 2) 立尺人员在监测测量时必须专注地进行水准尺气泡居中调整，工作效率较低，监测精度易受影响。

　　 3) 在基坑支护结构 (边坡) 顶做沉降监测时，立尺人员需要站立在基坑边缘，存在很大安全隐患。

　　 4) 基坑支撑立柱沉降监测通常无法实施，只能采用间接方法替代，难以保证监测精度。

　　 针对上述问题，研发专门用于基坑监测的水准尺替代传统的铟钢尺，可减少监测成本，提高监测效率，及时提供高可信度的监测数据，并消减监测过程中的安全隐患。

　　 研发一种无须立尺、满足基坑二等水准测量技术要求 (水准仪型号为DS05型或DS1型，视线长度3～50m，前后视距差≤1.5m，前后视距差累计5.0m，视线高度≥0.55m，重复测量次数≥2次，两次读数所测高差限差0.7mm，往返较差及附合或环线闭合差限差1.0槡N mm) 的水准尺。

　　 采用理论分析与设计、试验测试和现场对比测试相结合的方法。

　　 该水准尺研究技术路线如图1所示。

　　 根据基坑监测点布设要求和规律，将水准尺设计为三棱柱形，三棱柱两面设计为铟钢尺，第3面仅设置气泡，这样在后前前后监测中，尺不动即可采集数据。

　　 如图2所示，三棱柱体尺面的可视角度为BC和B₁C₁2个尺面各自可视角度的并集，即∠AOA₁的外角。

　　 尺体3个角用厚度15mm的铝片包边固定。由于包边铝片遮挡，当视线可见位置为尺面中心 (图中C点) 时，则可得条码的受遮挡入视角∠ACB=arctan[1.5÷ (22/2) ]≈8°，因此单尺面条码的可视角度Φ₁=180°-2×8°=164°，两个尺面条码可视角度的并集Φ=min{360°-60°-2×8°，2Φ₁}=284°>270°。

　　 因此，即使基坑存在90°阴角，水准尺按适当方位安装后，也可确保基坑外侧任意角度观测到至少一面的条码。

　　 根据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》第4.2.1条确定采用因瓦条码标尺 ^[4]，并根据视线长度要求≥3m且≤50m，结合GB 50497—2009《建筑基坑工程监测技术规范》第5.2.1条，监测点水平间距≤20m要求，适当考虑基准点位置及仪器架设位置，确定视线长度范围为5～30m。

　　 用徕卡DNA03水准仪和2m铟钢尺进行测试，将2m铟钢尺进行遮挡，测试数据如表1所示。

　　 由表1可知，满足视线距离为30m时最短尺面长度宜取60cm。考虑到上下固定装置需11cm，故最优尺长取71cm。

　　 尺体和基柱间、基柱和支护结构顶间均采用螺栓连接，其中尺体和基柱的连接采用3个角螺旋，使其同时具备调平功能。

　　 JGJ 180—2009《建筑施工土石方工程安全技术规范》中6.2.1条 ^[5]:开挖深度超过2m的基坑周边必须安装防护栏杆。防护栏杆应符合下列规定:防护栏杆高度≥1.2m，防护栏杆宜加挂密目安全网和挡脚板。另外，根据《建筑变形测量规范》第4.2.3条，视准线高度要求≥0.55m，因此，基柱的高度设计为1.2m，基柱由螺杆和套筒2部分组成，螺杆长度为0.6m，套筒长度为0.6m。

　　 基柱线膨胀系数为1.2×10^-5, 1.2m基柱在温差20℃时变形为0.28mm，沉降监测点测站高差中误差取0.5mm，从而温度影响误差可忽略。

　　 此误差为系统误差，如基准点也采用此基柱进行布设，则可将此项误差予以消除。

　　 当支护结构顶产生水平位移，导致尺体倾斜产生测量误差，如图3所示，根据式 (1) 进行计算。

　　 式中:Δh为倾斜产生的误差;h为视准线高度;l为支护桩桩长;Δx为水平位移控制值。

　　 由计算可知，Δh与支护结构顶竖向位移控制值相比可忽略不计。

　　 广州某保障性住房项目拟建住宅楼34栋，2层地下室，基坑周长约435m，面积约11 385.12m²，开挖深度为6.6m;基坑支护方式主要采用地下钻孔排桩+预应力锚索，钻孔排桩桩顶至地面标高±0.000采用喷锚放坡的支护方式。基坑侧壁安全等级均为二级。

　　 测试安装时通过基柱升降调节尺体高度，并在基坑监测范围达到无测量死角，可很好地适应基坑环境。

　　 使用该新型水准尺无须人工到基坑边缘进行立尺、扶尺，因而大幅提高了作业过程安全性。在广州地区夏季期间，室外温度高，紫外线强，在阳光下长时间作业对员工健康威胁较大，一旦中暑，在基坑边缘作业的风险更高。

　　 在测试中只需1名测量人员使用水准仪，将其摆在2个观测点间合适位置，即可完成前视和后视。

　　 安装、拆卸过程中基柱和尺体不会破坏，可实现重复利用。

　　 由于减少了移尺、找点和立尺过程，单站测量缩短时间约10s，至少可缩短作业时间约14.3%。若考虑到多人配合过程的协调性延误，所缩短时间将更多。

　　 采用新型水准尺后，可比常规方法节省成本53.3%，随着人工成本不断增长，其效果将更为显著。

　　 当尺体被人为或其他意外损伤，即该监测点被破坏时，需重新调整或布设监测点，重新采集数据作为初始值，重新累计计算。

　　 依据《国家一、二等水准测量规范》和JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》要求，进行现场测试外业测量，使用徕卡LGO进行计算处理，计算结果如表2所示。

　　 闭合差取，其中为《国家一、二等水准测量规范》二等要求，为《建筑变形测量规范》二等要求。由表2可知，3次试验满足规范要求。

　　 研究了一种主要用于基坑监测的水准尺，通过巧妙的三棱柱形设计，在最大限度节约铟钢尺面的情况下，可有效确保水准测量过程无测量死角。可固定在监测点上，无须立尺人员而完成竖向位移监测。通过优化尺体的外形、尺寸和结构，使水准尺在满足二等水准测量各项技术要求的基础上，最大限度降低制作成本。该水准尺还可用于基坑支撑立柱的沉降监测，解决了三角高程测量立柱沉降的精度问题。