水平位移监测（通用10篇）
水平位移监测 篇1
摘要：在经济发展的大环境下,建筑行业也取得了举世瞩目的成就,而随着高层建筑以及地下空间的进一步发展,基坑作为建筑施工的的地下空间,对建筑本身以及周边建筑的安全都有着很大的影响。因此,对基坑的监测也显得尤为重要。文章重点介绍了基坑水平位移监测的方法,包括测小角法、自由测站法、视准线法以及极坐标法,并结合工程实例对极坐标发做了简单论述。
关键词：基坑,水平位移,监测方法,极坐标法
1 概述
在经济和科技蓬勃发展下,各种地下工程和高层建筑也越来越多,人们对建筑物的性能提出了更高的要求。基坑开挖,作为工程必不可少的环节,随着其开挖深度的增加,自身围岩稳定性降低的同时,对周边建筑物的影响也随之增加,可能会出现基坑塌方或者周边建筑物倒塌的潜在危害,所以对基坑进行水平位移监测必不可少。
水平位移监测主要是在可能产生不稳定滑坡(边坡)或者挖土工程周围的侧向运动方面应用,除此之外,也可用来监测软土地基处理等等。对于一个工程的水平位移监测而言,因为考虑到监测的工作量比较大,而且对测量结果的精确度要求也比较高,所以,在测量的过程中,通常是采用在施工场地周围布设基准控制网的方式。在基准控制网中包括基准点、工作基点和测点。基准点一般选用远离场地而且相对稳定的,随着基坑的开挖或者工程施工坐标不会产生变化的点。工作基点作为施工场地的临时控制点是场地周围便于监测而且相对稳定的工作基点,随着基坑的开挖,为了满足规定的精度要求,必须对工作基点包括基准点,定期进行检测,并与初始测量结果进行比较,有必要时进行修正。如果因为施工要求,基准点发生变化,需重新设定符合要求的基准点。
2 常用水平位移监测方法分析
常用的水平位移监测的方法有:测小角法、自由测站法和视觉线法[1]。
2.1 测小角水平位移监测方法
在施工场地比较开阔或者基坑形状比较规则的情况下,多用小角法来测垂直于基坑维护方向的位移。而作为小角法的基准点一般是布设在待测区内一定方向和一定距离以外,监测点的分布则应该尽可能与工作基点在同一直线上,这样一方面降低操作难度,另一方面也可减少误差。监测点和基准点布置如图1,而把监测点和基准点的连线作为零方向,用经纬仪在基准点处测得基准点与零方向的角度变化值Δa(如图2),则可计算得出水平方向的位移量ΔL[2]。
其中,Δa为角度变化量;ρ为换算单位,ρ=3600×180/π=260265;S为工作基点到监测点的距离,单位m。
由小角法的原理可以看出,水平位移的观测精度主要由水平角度a和距离S的观测误差来确定[3]。由此可以得出观测误差为
式中:mδ为水平位移误差,m△α为测角误差,ms为测距误差。
由上式可以看出距离误差相对于水平角误差对位移误差的影响很小,通常可以忽略。这种方法的优点在于方法简单、实际操作方便。但是也存在诸多不足,譬如,抗干扰性较差,而且对工程场地的质量提出了更高的要求,宜选择开阔的场地。
2.2 自由测站法的水平位移检测方法
自由测站法是在测量角度和距离的基础上,通过在基坑附近设置观测站以及观测点,确定坐标和方位角方向并建立自由坐标系。全站仪架设在观测站处,选择一个固定点作为基准点,分别观测各变形观测点的方向和距离,并将每次测量结果与第一次测量结果相比较,即可得出水平位移的变化值。
操作图示如图3,全站仪架设在点P,P点为待测点,A、B为已知点。分别照准A、B两点,便可测出测站P到点A、B的方向值γ1、γ2以及距离大小S1、S2,据此就可以求出测站点P的坐标[4]。
自由测站法相比于小角法精度上有了很大提高,可用于较为复杂的工程环境,如大型地下车库和人防工程等建筑基坑位移监测。而且在基坑开挖导致周边土体变形的问题上发挥了很大的作用。
极坐标法是在自由测站法的基础上确定各观测点的平面坐标值。极坐标法的原理[5]为:在确定测站P点坐标以后,通过全站仪观测出观测点i的水平角βi和水平距离Si,通过观测值(βi,Si)计算出平面坐标(xi,yi)。公式如下:
两边全微分,则有:
其中:(xp,yp)为测站点P的坐标;αPA为基准线PA的方位角。两次的观测结果差(δxi,δyi)就是i的水平位移。
则观测误差为:mi2+m2xi+m2yi
2.3 视准线水平位移监测方法
视准线法即在两个固定基准点设置经纬仪的视线作为基准线,在其视准线范围内选择多个位移观测点,并定期对观测点和基准线之间的距离进行观测,以此来求出观测点的水平位移量的方法[6]。视准线法因其操作简单、成本较少,因此得到了广泛应用。但是因其测量过程中视线过长,可能导致观测目标模糊,进而影响观测的准确性。
3 不同水平位移检测方法对比
自由测站法、测小角法、视准线法三种方法相比,测小角法和视准线法受基坑形状和建筑检测精度的影响较大,而且只能满足特定方向和特定角度的监测,自由测站法则不受土体变形影响,可监测变形体附近的观测点,而且自由测站法多与极坐标法结合使用。视准线法和测小角法的精度多受大气环境、监测环境以及选用仪器的影响,相比之下全站仪的使用则更加简便和高效,很大程度上提高了测量的精度和可靠性[7]。
简而言之,每种方法都各有利弊,在运用过程中应该因地、因时选择最快捷、经济、可靠的方法。
4 工程实例
以西安某高层建筑深基坑为例。此基坑开挖深度为:主楼为.37m,车库为13.27m。基坑工程安全等级为一级。拟建场地地形较平整,地貌单元属黄土梁洼,工程±0.00对应绝对标高为421.20m。基坑主要采用护坡桩加锚索支护,局部采用土钉墙支护方案。根据相关规范和施工设计图纸的要求,该监测项目的预警值为:地下车库20mm,主楼10mm。基坑形状和大小、基准点、测站点和各个观测点的布置如图4所示。
水平位移监测点的设置原则:选择在基坑边坡支护结构冠梁上,沿基坑周边布置,基坑周边中部、阳角处布置监测点。具体做法是将0.5~1m钢筋打入土体,钢筋顶端留10~15cm用混凝土稳固,顶部用电钻或钢锯做监测标志。监测点间距不大于20m,每边监测点数目不应少于3个。共布设监测点21个,实际监测点布置可以根据现场情况做适当调整。
P点开挖基坑附近一个已知高程及其坐标的点,将其作为观测站,在远离基坑一定距离选择相对稳定的A、B两点作为基准点,A、B两点相距98.451m。
监测仪器选用PENTAX R-322全站仪。标称精度指标分别为:测角2″,测距2+2ppm。采用自由测站法结合极坐标法,首先将全站仪架于P点,结合清华三维平差软件确定出基准点A、B的坐标,之后就对各个观测点逐一观测,形成闭合回路。为了保证监测的精确度,在每次监测观测点之前先将全站仪架于A点,复核P点坐标是否发生变化,而且在闭合回路中的每一个观测点观测时都应该进行盘左和盘右观测,以减少观测误差。部分观测结果见表1。
从表1数据看出,观测点S4初始发展速率比较快,水平位移比较大。考虑基坑开挖深度比较大,工期比较长,应及时采取加固措施,避免因基坑局部变形过大影响施工安全[8]。
5 结束语
伴随着我国经济的不断发展,人们对土地资源更高效的利用的意识也越来越强烈,高层建筑以及地下空间也拥有更大的发展潜力和前景。同时,深基坑的支护技术以及施工过程中相应的变形监测也显得尤为重要。本文简要分析了基坑水平监测常用的方法,明确了测小角法、视准线法以及自由测站法各自的原理和优缺点,并通过实例分析说明了极坐标法在工程中的应用。
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水平弹性双参数位移谱模型 篇2
摘要：为了得到可供基于位移抗震设计使用的水平弹性位移谱，首先采用CampbellBozorgnia地面运动预测方程，研究了矩震级、断层距和场地类别对水平弹性位移谱的影响；然后指出了我国《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中设计反应谱存在的问题；最后针对设计反应谱的不足，提出了包含场地地震动峰值加速度和速度的水平弹性双参数位移谱模型.研究表明：位移谱平台段起始周期是确定位移谱谱形的重要参数，其主要受矩震级的影响，随矩震级的增加而显著增加；场地地震动峰值速度与峰值加速度之比与矩震级存在正的强相关性，矩震级的影响可以通过在位移谱模型中包含该比值来体现；本文提出的双参数位移谱能较好地拟合实际强震记录位移谱；提供每一设防水准的地震动峰值加速度和速度区划图，并在抗震规范中给出每一设防水准的各类场地地震动峰值加速度和峰值速度的场地放大系数，可在规范中实现本文提出的双参数位移谱模型.本文的研究结果可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.
关键词：位移谱；矩震级；阻尼；峰值加速度；峰值速度
中图分类号：TU352.1文献标识码：A
随着社会经济和建造技术的发展以及各种结构控制技术的应用，高层、超高层、大跨空间结构等长周期结构越来越多，传统的基于承载力加延性构造措施的抗震设计方法难以合理有效地保证长周期结构的抗震安全性.基于位移的性能设计方法的引入在一定程度上保证了目标地震作用下结构的变形能力.然而，由于缺少可用的设计位移谱，阻碍了该方法的推广应用.
为了建立合理可靠的位移谱，国内外学者做了一些研究.Tolois和Faccioli[1]，Athanassiadou等[2]及谢礼立等[3]分别根据所选择的强震数字加速度记录初步探讨了震级、场地类别和震中距对位移谱的影响，但并未提出可供使用的位移谱方程或模型.Bommer和Elnashai[4]，Akkar和Bommer[5]及Faccioli等[6]通过回归分析分别建立了不同周期和阻尼比范围内的位移谱预测方程，但这些方程包含了震级、距离等参数，而世界各国的抗震规范中普遍采用的是地震动参数（如地震动峰值加速度、峰值速度和反应谱谱值等）来描述反应谱，所以这些位移谱预测方程并不便于规范采用.曹加良等[7]采用80条水平向强震记录（加速度峰值大于0.1 g），通过回归分析建立了相应于我国抗震规范设防烈度且可供工程实用的3折线位移谱（周期为0～10 s，阻尼比为10%～40%），但该位移谱不能体现震级对位移谱谱形的影响，不符合实际强震记录位移谱的统计特征.
鉴于以往研究的不足，本文首先利用CampbellBozorgnia预测方程，在0～10 s周期范围内，研究了矩震级、断层距和场地类别对阻尼比为5%的水平弹性位移谱的影响，得到强震记录位移谱的统计特征，然后提出包含地震动峰值加速度和速度且符合强震记录位移谱统计特征的水平弹性双参数位移谱模型（周期为0～10 s，阻尼比为0.5%～30%）.由于该模型仅包含两个地震动参数，所以便于抗震规范采用.
5本文模型在抗震规范中的实现
由于目前世界上大多数国家抗震规范中设计反应谱的地震动参数均是以地震区划图的形式给出，而本文建议的双参数位移谱采用了场地地震动峰值加速度PGA和地震动峰值速度PGV这两个地震动参数，所以应以这两个地震动参数作为地震区划的指标，并以区划图的形式给出.由于影响PGA和PGV的因素包括地震环境和场地类别两个方面，本文认为可以将这两个方面分别在地震区划和抗震设计规范中加以考虑.在地震区划中主要考虑地震环境（震级和断层距）对PGA和PGV的影响.为此，可以针对某一场地类别（如基岩或本文中的B类场地）编制相应于某一设防水准的峰值加速度和峰值速度两张配套的区划图.场地类别的划分方法及其对基岩峰值加速度和基岩峰值速度的影响则在抗震设计规范中考虑.因此，可引入一对场地类别放大系数Fa（加速度放大系数）和Fv（速度放大系数），某类场地的设计峰值加速度和峰值速度由下式确定：
PGA=FaPGA′ （21）
PGV=FvPGV′ （22）
式中，PGA′和PGV′是某一设防水准下的基岩设计峰值加速度和峰值速度，由区划图提供；而相应的各类场地放大系数Fa和Fv由抗震设计规范提供.
Fa和Fv的具体形式应利用在类似地震环境下在不同类别场地上实测的强震记录用统计方法确定.关于Fa和Fv的确定，将另作文论述.
因此，提供每一设防水准的地震动峰值加速度和速度区划图，并在抗震规范中给出每一设防水准的各类场地地震动峰值加速度和速度的场地放大系数，可在规范中实现本文提出的双参数位移谱模型，但模型中的系数应采用规范所适用的地震环境区域的实际强震记录来确定.
对于我国的结构抗震设计而言，双参数位移谱模型中的系数应根据我国实际强震记录来确定，尤其在长周期范围内，模型系数应根据我国大量高质量数字强震记录来确定.这尚有待于我国数字强震仪的增设及数字强震记录的收集.
6结论
基于CampbellBozorgnia预测方程，本文研究了矩震级、断层距和场地类别对位移谱的影响，指出了2010规范设计反应谱所存在的问题，提出了包含场地地震动峰值加速度和速度的水平弹性双参数位移谱模型，并给出了在抗震设计规范中引入该位移谱模型的方法.基于以上研究工作，得到如下结论：
1）位移谱平台段起始周期是确定位移谱谱形的重要参数，其主要受矩震级的影响，随矩震级的增加而显著增加；断层距对平台段起始周期无影响；当平台段起始周期小于3 s时，场地类别对其有一定影响，但影响较弱；当平台段起始周期大于3 s时，场地类别对平台段起始周期无影响.
2）位移谱谱值随矩震级的增大而增大，随断层距的增大而减小；场地越软，位移谱谱值越大.
3）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中设计反应谱的下降段形式不合理导致采用拟谱关系求得的拟位移谱谱值在任何条件下均随结构自振周期的增加而增加，不符合实际强震记录位移谱的统计特征；2010规范设计反应谱第二下降段的起始周期取为特征周期的5倍，该值不能体现震级对位移谱平台段起始周期的影响，不应作为平台段起始周期的取值；当特征周期较小时，2010规范拟位移谱存在大阻尼比谱值大于小阻尼比谱值的现象，不符合实际强震记录位移谱的统计特征.
4）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中设计反应谱的拟位移谱不适用于基于位移的抗震设计.
5）场地地震动峰值速度与峰值加速度之比PGV/PGA与震级存在正的强相关性，震级对位移谱平台段起始周期及其阻尼调整系数的影响可通过将该周期和系数取为场地PGV/PGA比的函数来间接考虑.
6）本文提出的水平弹性双参数位移谱模型的公式合理且由于将位移谱的特征参数及其阻尼调整系数均取为场地PGV/PGA比的函数，该模型能体现矩震级对位移谱的影响，符合实际强震记录位移谱的统计特征.
7）提供每一设防水准的地震动峰值加速度和速度区划图，并在抗震规范中给出每一设防水准的各类场地地震动峰值加速度和速度的场地放大系数，可在规范中实现本文提出的双参数位移谱模型.
8）本文的研究结果可为我国抗震设计规范的制订和修改提供参考.
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软土基坑深层水平位移监测分析 篇3
该工程设有地下室4层,底板设计标高约为相对高程-14.70m。采用C30强度和0.8m厚的地下连续墙(兼做地下室外墙)+5m宽×5m格构式深层搅拌桩作坑内加固+三道内支撑作为基坑支护体系,基坑深度约16m。根据基坑周边环境及基坑本身安全要求,在基坑开挖期间,对基坑进行监测,确保基坑安全稳定。本文主要分析不同区域部位及不同开挖深度地下连续墙深层水平位移的变化规律。
基坑支护相关的主要岩土层由上至下为:素(杂)填土,粉砂,淤泥质土,粉砂,淤泥质土,粉砂,砾砂,中分化砂岩(标高约-45m)。勘探期间测得钻孔内初见水位埋深1.10~2.40m,场区地下水主要赋存于砂层中,地下水丰富。
2.基坑监测
地下连续墙深层水平位移监测为本工程监测的核心内容,故监测精度要求较高,监测所用仪器为CX-3C型仪器,监测精度为±0.01mm/500mm,测斜孔采用PVC测斜管,布置于连续墙内,深度与地下连续墙深度一致约40m,每25m设置1个,共18个,每3~4天测一次,遇到突变或雨季节应加强观测。水平位移观测点与测斜孔间隔设置。深层水平位移预警值[2]30mm,报警值40mm。
埋设方法:测斜孔采用在连续墙内预埋测斜管法,专用PVC测斜管与连续墙钢筋网片绑扎牢固,做好孔口及各段接头处的密封,以防连续墙混凝土灌注时浆液进入管内,测斜管与连续墙钢筋网片一同吊入连续墙槽段内,注意PVC内管导槽一各方法与基坑边垂直,另一个方向与基坑边平行。
3.变形规律分析
3.1各墙面变形最大值分析
本文分别将振华路方向地下连续墙各深层水平位移最大值和建设路方向地下连续墙深层水平位移最大值作为坐标系的Y值,将地下连续墙左边点作为0点,建立坐标系,绘制曲线。其中振华路方向选取CX03、CX02、CX01、CX18、CX17作为研究对象,建设路方向选取CX07,CX08,CX09、CX10、CX11、CX12、CX13作为研究对象,研究地下连续墙墙体最大变形情况。本研究中作以下两点假设:1、地下连续墙最大值在同一深度处;2、假设地下连续墙底部即测斜管底端为不动点,作为地下连续墙深层变形参考零点。从图2和图3地下连续墙深层水平位移监测点最大值曲线可知,振华路方向地下连续墙和建设路方向地下连续墙深层水平位移最大值均位于地下连续墙靠近中间位置的监测点,从中间向两边其各测点深层水平位移最大值逐渐减小,其中位于振华路方向地下连续墙中间位置的测点CX02最大值为54.79mm,建设路方向地下连续墙中间位置测点CX09最大值为62.2mm。出现这一现象主要原因:(1)基坑边角处空间效应明显,抑制了其邻近区域内变形的发展.(2)由于边角处附加荷载较小。由此,在以后类似工程中基坑中间位置应作为重点监测区域,且设计时应注意这一现象,以保证基坑安全。
3.2开挖过程地下连续墙倾斜变形分析
根据以往工程经验,靠近基坑中部由于基坑中部墙体变形较大,其危险性也相应较大,故选择监测点CX09作为分析对象。从图3~5可以看出第二道支撑施工完毕其深层水平位移最大值为15.43mm,位于基坑7m处,第三道支撑施工完毕其深层水平位移最大值28.46mm,位于基坑9m处,底板施工完毕其深层水平位移最大值为62.2mm,位于16m。根据CX09测斜曲线及最大位移值,分析总结以下规律:(1)随着基坑开挖深度的增加,最大位移点逐渐下移,最大位移值也不断增大;(2)深层水平位移最大值虽然超过报警值,但是1月1日至1月6日其单日变化量趋于稳定,呈收敛状态,表明底板的浇筑完成起到支撑作用,有效控制了墙体位移的发展。(3)基坑底部基本没有位移,说明地下连续墙根基稳固,基坑处于安全状态。(3)从图1和图2可以看出基坑顶水平位移第二道支撑施工完后随着开挖的继续顶部水平位移反而小幅变小,出现这一现象的原因是对撑传递了对面的土压力,而两边土质并不完全相同。从图3和图4可以看出地下连续墙顶部水平位移没有继续变化,说明基坑下部工况的开挖对顶部水平位移影响有限。
4结论
本文从佛山某深基坑地下连续墙深层水平位移监测数据出发,对深厚软土地区深基坑在开挖期间其围护结构的深层水平位移情况做了全面总结分析,得出以下结论:(1)在基坑土方开挖过程中,基坑角部侧向位移最大值小于基坑中部处水平位移最大值,说明基坑开挖具有一定的空间效应,因此在基坑的监测过程中基坑中间处应为重点监测部位;(2)随着基坑开挖深度的增加,最大位移点逐渐下移,最大位移值也不断增大;(3)底板的及时施工能够较为有效的控制围护结构水平位移的发展。
摘要：深厚软土地区,周边环境复杂的深基坑对变形要求十分严格。本文以佛山某软土基坑开挖为研究对象,对基坑土体开挖期间地下连续墙深层水平位移进行动态监测,并根据监测结果分析出不同监测区域及开挖深度地下连续墙深层水平位移的变化规律,为以后基坑设计及施工提供宝贵经验。
关键词：软土基坑,深层水平位移,监测
参考文献
[1]JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].
水平位移监测 篇4
基于小波分析的光照电站边坡位移变形监测研究
光照电站是北盘江上大型水利枢纽,为确保安全施工和运营,采用智能型全站仪TCA2003对大坝两岸边坡进行位移变形监测.由于监测结果中包含测量仪器、测量条件和测量过程误差,利用db3小波和db6小波进行去噪处理,获取更具真实性和稳定性的数据.通过对比分析,db6小波去噪效果比db3小波好,调用函数提取db6小波分解前后的高频系数,可以判断出噪声主要集中在高频中前两层.
作 者：陈宗成 封良泉 董胜光 CHEN Zong-cheng FENG Liang-quan DONG Sheng-guang 作者单位：陈宗成,CHEN Zong-cheng(鲁南地质工程勘察院,山东,兖州,272100)封良泉,董胜光,FENG Liang-quan,DONG Sheng-guang(长沙理工大学,湖南,长沙,410076)
刊 名：北京测绘 英文刊名：BEIJING SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)：2009 “”(2) 分类号：P258 关键词：智能型全站仪TCA2003 db3小波 db6小波 去噪水平位移监测 篇5
【关键词】土木工程 F-P位移测量技术 光纤传感器 应用
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0170-02
通过不同参数的光纤传感器检测土木工程结构的状况，是土木工程研究的一大进步。基于F-P原理的光纤位移传感器满足了土木工程的长期检测所要求的精度和稳定性。
一、光纤F- P位移传感器原理及测量系统
光纤F- P位移传感器是由毛细玻璃管做成的传感头外壳和两段多膜内置设备组成。F-P干涉腔由镀上反射镜和半透镜之间的接口形成。环氧树脂被用于固定右边的光纤，以便光信号的传输。左侧的光纤则以强化材料涂覆，并固定不锈钢等刚度较大的材料，以便位移信号的传递。这就是外腔式F-P光纤位移传感器的构成。腔长随着外界位移的作用而发生变化，根据F-P腔导致传输光的光程差产生一定的变化可以测量腔长。当光程差达到传输光半波长的整数倍，就会出现干涉条纹。这类干涉条纹的测量就可以推知腔长的变化，从而测得外界的位移。
二、工程应用中光纤F—P位移测量技术应用
混凝土结构通常处于高湿度和高碱性的状态之下，而光纤传感器若要在这类施工环境之下保持稳定并且持久保持稳定，那在传感器外部需要加上特殊的机械外壳。这样才能在保持传感器原有灵敏性的同时，适应混凝土结构的施工环境，同时能满足混凝土结构的刚度要求。但若是在这种处理之下将光纤传感器直接放置在混凝土结构中进行测量，那在施工过程中造成的冲击和震荡都有可能引起光纤传感器的损坏，不利于光纤传感器的长期有效使用，大大缩短了使用寿命，同时也会影响光纤传感器的测量精确度。因而在安置光纤传感器时，应当考虑施工环境对光纤传感器的影响，避免不必要的损坏，从而更好的监测混凝土结构中的应变数据。
由于不可能在土木结构监测之中的每个传感器位置都放置测量仪表，因而，一般都是将测量仪表固定在某个安全位置，从而对这个土木结构进行统一的测量。在这种状态下，就可以用光缆将多个F-P传感器远距离传输到同一位置。但由于光线传感器是不同层次埋入土木结构之中，因而对于将单芯软光缆引到混凝土结构表面具有一定的难度。虽有聚乙烯的蛇皮软管的保护，但通常这类保护会因混凝土施工的冲击而遭到破坏。
因光纤传感器通常以光波长 作为测量标准，因而具有极高的灵敏度。此外，光纤传感器不受外界的电源、电器噪声、光强波动等一系列因素的影响，因而具有极高的精确度和稳定性。同时由于使用的简易，操作方便，不需要进行特殊的调试，开机就可以使用光纤传感器和测量仪器。这样就能进行混凝土结构的绝对测量。但前提是确保光纤传感器在混凝土结构中的完好无损，能够抵抗因施工引起的冲击和震荡导致的光纤传感器的破损。这就要求在设计之初就应对光纤传感器的埋入点和所受到的力有一个大概的估算，能够将光纤传感器先埋入一个单位混凝土之中，再将其埋入土木结构之中。
光纤F-G传感器的光信息需要通过单芯软光缆引到混凝土结构的表面，因而对单芯软光缆的保护也十分重要。一旦单芯软光缆出现断裂的情况，光纤F-G传感器所接收到的信息也无法顺利传输，测量者也就不能获得传感器的信息。由于单芯软光缆通常又软又脆，极易断裂和破损，因而可以使用与混凝土材质相似的管套套在单芯软光缆之外形成一层保护，从而可以有效削弱混凝土施工引起的冲击和震荡，能够避免单芯软光缆受到损伤。
传统的通信光缆在传输光纤F-P传感器的光信息时，具有极大的传输损耗性。目前所使用的通信光缆一般是符合G.651的多模光纤或者是G.652的单模光纤。这类光纤的传输特性存在三个低损耗窗口，即852nm、1310nm和1550nm这三个波长范围内，其余波长范围内的光纤损耗则较高。光纤F-G传感器所传输的光信号一般是多波长、宽带类型的光信号。并且这类光信号中还还有4%入射光强的反射光，对于传输的损耗要求较高。为了达到光纤F-G传感器对传输损耗的要求，就只能使用单色性较好的激光光源，切将光波长调至光纤的低损耗波长范围内，或者是使用特殊的塑料光纤，以满足光纤F-G传感器的测量要求。
三、结语
光纤传感器因体积小、质量轻而易于携带，且结构简单，对于电磁场有超强的抗干扰能力，同时具备高灵敏度和精度的特性，成为土木界研究的一个新的关注点。通过不同参数的光纤传感器检测土木工程结构的状况，是土木工程研究的一大进步。基于F-P原理的光纤位移传感器满足了土木工程的长期检测所要求的精度和稳定性。光纤F-P传感器作为新兴位移测量技术，可以为土木工程监测提供精确的数据，实现远距离监测，并且能融合信息技术，将其与其他结构监测量构成一个监测体系，以便克服环境恶劣和人不易达到之处的种种不便，为土木工程的监测提供了一条新思路，具有极好的前景。
参考文献
[1] 郭永兴.基于光纤光栅的高陡边坡及危岩落石监测技术与应用研究[D].武汉理工大学，2014.
[2] 顾凯.157nm激光加工光子晶体光纤自载F-P传感器研究[D].武汉理工大学，2011.
浅谈大坝水平位移监测方法的应用 篇6
从施工到运行,大坝自身一直处于变形状态,这就要求我们从外观各方面对其进行监测来实时动态地关注大坝的变形情况,进而指导安全施工和规避风险的发生。这其中需要用到水平位移监测,目前常用的方法有前方交会法、视准线法、精密全站仪坐标法。
1 水平位移监测方法的应用
1.1 前方交会法
如果变形观测点散布在变形体上或者在变形体附近无合适的基准点可供选择时,常用前方交会法来进行观测,这时基准点选择在面对变形体的远处。
1.1.1 测角前方交会
A、B两点为工作基点,P点位变形观测点,通过在已知点A、B上设站观测得到交会角α和β,则根据测角前方交会可求得P点的坐标:
第一次观测时,测得两水平夹角为α1和β1,由上式计算得P点坐标;第二次观测时,测得两水平夹角为α2和β2,由上式计算P点坐标,那么在此两期变形观测期间,即可求得P点的位移量及位移方向。
1.1.2 测边前方交会
A、B为两个工作基点,且两点间距离S已知,测边交会时,可在A、B两点架设测距仪,分别测出水平距离a、b,根据余弦定理公式得:
然后代入测边前方交会公式可得P点坐标:
测边前方交会精度的变化受图形结构的影响较小,测距时主要受仪器测距误差(固定误差和比例误差)的影响,可选取合适的仪器提高观测精度,而测角前方交会精度受图形影响较大,需要综合考虑交会角度、距离和大气折光的影响,所以测边交会在实际使用中会更好些,相对精度更高些,此外,对某些特殊变形点仅靠测角交会或者测边交会不能满足其精度要求时,可采用边角交会法,这样可以有效提高观测精度。
1.2 视准线法
在视准线的一端点安置经纬仪,在另一端点安置照准标志,瞄准后经纬仪视线形成一基准线,利用此基准线来观测监测点垂直基准线横向位移的方法就是视准线法。视准线法包括活动觇牌法和小角度法,能够精确测定观测点偏离基准线的偏离值。
1.2.1 活动觇牌法
观测大坝水平位移视准线法,目前多采用固定端点设站法,即建立一条固定视准线法来测定各监测点的偏离值。
如图1所示,点X1、X2为校核基点,点A、B是视准线两端工作基点,T1、T2、T3为水平位移观测点。观测时将经纬仪置于A点,将固定觇标安置在B点,瞄准后将水平制动装置制动。在观测点上安置活动觇牌竖直转动经纬仪,分别转至T1、T2、T3三个点附近,指挥司觇员旋转微动螺旋,使活动觇牌标志中心与视准线重合,记录数据。然后变换度盘再次测量,通过平均数得出该监测点相对视准线的距离,具体观测次数需按工程精度要求来定。
在计算水平位移量时应考虑工作基点的位移情况,通过两端校核基点(相对稳定,定期与监测网联测)来检核工作基点的变化量,然后根据距离分配原则将水平位移变形量分配到各监测点上,进而更加准确的反应监测点的实际偏移量。
此种方法观测简单,计算方便,在大坝水平位移监测中得到了广泛的应用。然而这种方法也存在不少缺点,特别是在坝体较长的情况下照准误差成倍增加甚至难以观测,且各位移观测精度相差较大。受外界条件影响较大,而且监测点的位移量不能超出该系统的最大偏距值,否则无法进行观测。
因此在此基础上派生出了多种多样的视准线观测方法,如分段视准线、中点设站法、连续设站法、逐点设站法等,都使观测精度有了较大的提高。
1.2.2 小角法
小角法是水平位移监测中常用的方法,通过测定基准线方向与观测点的视线方向之间的微小角度从而计算观测点相对于基准线的偏离值,根据偏离值在各观测周期中的变化确定位移量。
如图2所示,如需观测某方向上的水平位移△T1T'1,在监测区域一定距离以外选定工作基点A、B,水平位移监测点的布设应尽量与工作基点在一条直线上。在B点上安置经纬仪,在A点安置觇牌,用测回法观测水平角∠ABP作为初始值β1,按观测频率第二次测得水平角为β2,得到一段时间内观测点T1与基准点连线间角度变化值△β=β2-β1,因为△β非常微小,可根据下式计算T1点的水平位移量:
δ=△β×S2/ρ
式中:S2为观测点T1至工作基点B的距离,ρ=206265″。
从图中可以看出,小角法测定的水平位移具有单一方向性,并且此方向一定是基准线的垂直方向。通常基准线按临近而平行于大坝轴线布置,而观测点则应布设在基准线方向上,各测点偏离基准线的角度不应超过30",上述规定目的在于有效发挥小角度法测量的优势:即在观测时不转动仪器照准部,而只用全站仪(经纬仪)的微动机构照准读数。实践证明,这样可以有效提高测角精度。
1.3 全站仪坐标法
采用全站仪坐标法,可直接测定任意方向位移监测点的坐标,通过计算两次坐标的变化量就可确定位移量。用全站仪坐标法进行大坝水平位移监测通常不需要频繁搬站,一站可以测很多点,可节约大量观测时间,能有效排除大坝施工干扰及周边土体变形的影响,通过相邻周期坐标计算可以快速、准确地获取监测点的位移量和累计位移量。
如图3所示,AB为基准线,在A(XA,YA)点架设全站仪测出监测点P相对基准线的水平角β和平距D,然后利用极坐标法计算P点的坐标:
通过两期观测结果之差(,)可以反映出在两个方向上监测点P点的位移变化情况。
通常情况下,为了更加直观的反映位移监测点相对坝体的位移情况,同时减轻计算工作量和更好的避免数据输入产生的错误,可建立独立坐标系(即大地坐标转施工坐标),独立坐标系坐标轴的方向宜取与大坝的轴线方向一致,这样以后每次观测得测点的坐标变化量就是监测点沿大坝轴线方向或者垂直方向的位移量。
2 结语
每一种方法都有自己的特点,我们在选用水平位移监测方法的时候,既要考虑到精度可行性,也要考虑到经济等方面的问题。在满足精度要求的前提下,尽量使用简单实用经济的方法。对于不同的现场,有不同的特点,不一定采用一种方法,可以采用两种或者两种以上方法结合来进行水平位移的监测。
摘要：大坝在施工和蓄水期间稳定性极易受到影响而产生变形,通过水平位移监测可分析判断坝体的水平位移和稳定性变化情况。随着大坝监测技术的进一步发展,大坝水平位移的监测方法也呈多样化,主要介绍几种常用的水平位移监测方法,为指导监测提供参考。
关键词：大坝,水平位移,监测方法,应用
参考文献
[1]张正禄.工程的变形监测分析与预报[M].北京:测绘出版社,2007.
水平位移监测 篇7
1 工程概况
1.1 基本情况
某线路经挖切方整平后,在场地西侧形成一高陡人工边坡,边坡走向北偏东16°,设计治理切坡长度约108 m,高20 m～35 m,局部高达40 m,治理切坡总切面面积为4 892 m2。为确保边坡安全施工及今后的安全使用,根据边坡的地质及爆破后表层松动情况,需对边坡进行加固。根据地质条件将本边坡工程划分为A,B,C三个区段。并针对每一个区段的工程地质特点采取相应的工程加固措施。对B区段土质高陡边坡进行水平位移监测,及时整理和分析监测数据,对施工过程可能发生的破坏性变形进行预测,适时调整设计方案。
1.2 工程地质条件
现场调查结果表明,边坡体岩性均为火山凝灰岩,表层局部为坡残积土。按岩体风化程度的差异及节理裂隙发育状况,可划分为4个工程地质单元体,共7个亚单元体。
1.3 土力学参数
根据岩土性状及结构面发育状况,结合同类岩土已有抗剪试验资料,提出各地质单元体的边坡设计计算参数(见表1)。
2 边坡稳定性分析与评价
1)对于A区段边坡:可能产生圆弧滑动破坏的碎石土,其稳定性安全系数为:
其中,Wi为垂直荷载;Qi为水平荷载;ui为剪切面中点处的平均孔隙水压力,与剪切面正交;Zi为水平荷载Qi作用线距滑弧圆心O的垂距;c′,φ′为滑面抗剪强度有效应力指标;R为滑弧半径;li为土条底面长度;αi为土条底面倾角。
2)对于B区段边坡:可能产生的平面滑移破坏,采用简单平面极限平衡法进行计算,计算公式为:
其中,W为垂直荷载;U为作用于滑面上的孔隙水压力;c′,φ′为滑面抗剪强度有效应力指标;F为滑面的面积;α为滑面的倾角。
3)对于C区段边坡,可能产生折线滑移破坏的岩体,可以采用折线滑动法进行稳定性分析,稳定性安全系数采用剩余推力法按下式计算:
其中,φi为第i-1 计算条块剩余下滑力向第i计算条块的传递系数,用下式表示:
其余符号与上相同。求解安全系数K的条件是Pi=0(i为土条数)。
根据《建筑边坡工程技术规范》的相关规定及地方经验,采用平面滑移法和折线滑动法计算时的边坡安全系数取1.37,采用圆弧滑动法计算时的安全系数取1.32。本边坡选取了3个典型地质剖面进行稳定性计算,在天然工况和暴雨工况下的安全系数为0.758～1.232,表明本边坡在天然状态条件下处于极限平衡状态,安全储备不足,在暴雨工况或外界不利因素影响下有可能发生破坏。
3 高陡边坡加固措施及效果
针对边坡复杂地质情况,根据地质调查报告,采用锚喷、网联合支护方式对边坡进行加固。
A区:长50 m,采用2 m和4 m的预应力锚杆,坡顶设置排水沟。
B区:长28 m,采用4 m和6 m的预应力锚杆支护,坡顶设置排水沟。
C区:长30 m,存在不稳定因素,采用4 m砂浆锚杆和10 m～15 m的预应力锚杆支护,坡顶设置排水沟。
各区段锚杆间距2 m,梅花形布置,锚杆采用ϕ22Ⅰ级钢筋,锚杆锚固力分别为不小于80 kN/根(B区),不小于60 kN/根(A区),不小于100 kN/根(C区),砂浆锚杆灌浆压力为0.5 MPa～1.0 MPa,水泥砂浆C25,预应力锚杆灌浆采用纯水泥浆,水灰比1∶0.45～0.5。护坡喷射混凝土厚10 cm,网格间距200 cm×200 cm,采用ϕ6钢筋,钢筋网与岩土面间距20 mm,钢筋接头同一断面搭接率不大于25,搭接长度不小于45倍钢筋直径。边坡坡顶和坡底分别设置截洪沟和排洪沟及护面挡墙,坡底挡墙每30 m长度设一伸缩缝,缝宽20 mm,喷射混凝土每20 m设一宽20 mm的伸缩缝。为增加边坡美化效果,特设置混凝土花池,以利边坡的绿化。
主要分项工程施工方法:
1)普通砂浆锚杆施工。普通砂浆锚杆采用7655汽腿式凿岩机打眼钻孔,眼孔向下,倾角1° ,锚孔成孔后,用高压风进行清孔,然后安放锚杆,采用UB-3型灌浆机注浆。其方法是将注浆管与锚杆同时放至钻孔底,注浆管与压浆泵连接,使砂浆自孔底向外灌注,并逐步地将灌浆管向外拔出至孔口[2]。
2)预应力锚杆施工。预应力锚杆采用ZYIO0150轻型潜孔钻打眼钻孔,成孔后,用高压风进行清孔,经检查钻孔质量合格后,开始安放锚杆。先将钢绞线按设计要求下料,将四束15钢绞线套在防腐套管内,然后根据设计,间隔一定距离用铁丝捆牢四束钢绞线及防腐套管,固定在各定位架上,并将注浆管套入定位架上,安放排气管,然后将锚杆按设计要求送入锚孔内。采用UB-3型灌浆机将水泥净浆注入锚孔内,在注浆过程中边灌浆边抽注浆管。最后进行外锚头处理,切断多余的钢绞线,然后用C25的细石混凝土封端。
3)挂网喷射混凝土。在坡面上按设计尺寸编织钢筋网,固定在锚杆上,并使钢筋网紧贴坡面。喷射混凝土采用潮喷混凝土工艺施工,即将混凝土的粗细骨料进行科学合理的潮湿,再与胶凝材料及特种外加剂进行合理的搭配而通过二次加水喷射出来。其优越性在于:一次性喷射厚度大,喷射混凝土质量好,与岩面粘结牢固,喷层均匀,外表平整光亮,抗渗性能好,且混凝土回弹损失率低,并可减少空气中粉尘浓度及环境污染。
4 C区段边坡水平位移监测研究
C区段边坡的开挖,可能会对稳定产生影响,因此在边坡开挖过程中,对边坡土体沉降及位移进行监测。4月21日～4月22日钻孔,4月22日安装测斜管,5月3日作测斜初读数,至8月18日止,共进行8次测试,其中7次测试数据有效。
4月22日进行第一次测量,并把测试数据作为初读数。各次监测的边坡整体位移从边坡开挖到监测工作结束时,边坡在粉质黏土层中靠近地面最大位移达到32.0 mm,在土层底面位移达到21.9 mm,而在强风化基岩面以下1 m处,最大位移为9.7 mm,边坡底最大位移只有3.3 mm。由此得出,粉质黏土层中边坡位移较大,而进入强风化基岩后,边坡位移减小。因此,可以认为,第一、二排预应力锚杆的锚固力可能达到了极限状态,而强风化岩中锚杆的锚固力并没有得到充分发挥,在今后边坡支护设计中,强风化岩中锚杆的布置参数可适当调整,减小锚杆密度。此外,从监测数据中还可以很容易发现,6月7日时,边坡位移比前两次观测时增加很多,之后位移基本上稳定下来,说明边坡在第9排锚杆设置之后,已经达到稳定状态。
5 施工质量评价
经验收,边坡加固工程是一项优良工程,其施工工艺和动态监测布置科学合理,大大地减少了施工中的工作量,有效地提高了经济效益,质量安全可靠,为今后因开山而出现的大高度边坡加固工程积累了可行的施工经验。由此可见,边坡加固工程不管是在投资效益或工艺技术,还是在施工经验等方面均是一次成功的实践。
6 结语
该工程预应力锚杆加固边坡是成功的,该方法的成功应用不仅起到加固开挖边坡、防止边坡垮塌、减小地面沉降发生以及提高了施工效率的作用,也为今后在类似地质情况下施工边坡提供了重要参考,且取得了显著经济效益和环保效应。
摘要：叙述了某边坡加固工程的施工情况,根据地质资料,对高陡边坡采取了锚喷、网喷联合支护方式进行加固,并在施工过程中对高陡边坡水平位移进行动态监测,及时分析监测结果,对类似高陡边坡的加固处理具有一定的参考价值。
关键词：边坡加固,锚杆,混凝土,动态监测
参考文献
[1]余志成,施文华.深基坑支护设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]程良奎,范景伦,韩军.岩土锚固[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[3]黄强.建筑基坑支护技术规程应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
水平位移监测 篇8
为了减少滑坡灾害造成的损失, 工程界普遍采用边坡位移监测技术对其安全状况进行评价及发展趋势进行预测。边坡深部位移监测是边坡监测体系的重要环节, 主要内容为对边坡体上所布设钻孔的轴向 (垂向) 和侧向 (水平向) 位移进行量测, 以查明边坡体内不同部位的位移大小、方向以及滑移面[2]。
目前常用的边坡深部水平位移监测技术主要有钻孔测斜仪、拉线式深部位移计、多点位移计和时域反射技术 (Time Domain Reflectometry, 以下简称TDR技术) 等[3,4]。本文以这几种边坡深部水平位移监测技术为对象, 简述其原理、适用性及优缺点, 并对其进行比较, 为制定边坡监测实施方案提供参考。
注:1—连接管;2—测头;3—电缆;4—数据采集器;5—钻孔;6—测斜管;7—导向轮;8—导向槽;9—测点分段距离;10—管变形后位置;11—管初始位置
1 钻孔测斜仪
钻孔测斜仪的原理一般是根据摆锤受重力影响为基础测定以垂线为基准的弧角变化。按使用方式, 可分为滑动式测斜仪和固定式测斜仪。
其工作原理如图1所示。
1.1 滑动式测斜仪
滑动式测斜仪的工作原理是在钻孔中埋设测斜管并在其内部设置导槽, 将带有倾角传感器的活动探头在测斜管内自下而上划过, 再逐点记录钻孔沿线倾角的变化, 根据倾角计算各测点的侧向位移。滑动式测斜仪通过探头在测斜管内的滑动, 可精确探测沿线每一测点的倾角变化, 但由于其每次测量过程需要沿测斜管上下移动探头, 尚无法实现自动化监测。
1.2 固定式测斜仪
固定式测斜仪的工作原理是在钻孔中埋设测斜管并在其内部不同位置埋设倾角传感器, 边坡发生侧向位移时, 传感器之间倾角将会发生改变, 据此结合其布设距离计算出各测点之间的相对位移。固定式测斜仪的传感器价格相对较为昂贵且仪器安装需要一定间距, 只能根据需要在钻孔内安装数量有限的传感器, 测得各测点间相对位移的变化, 故其判定滑面位置可能存在偏差, 但此种测斜仪能够实现自动化监测。当测斜管变形较大时, 滑动式测斜仪的探头会被卡住不能上下划动而无法进行测量;固定式测斜仪的倾角传感器精度较高, 量程一般为±10°, 当边坡变形超出其量程时, 固定测斜仪无法继续监测。
2 拉线式深部位移计
拉线式深部位移计的工作原理是在钻孔内的测管的不同部位锚固钢绞线, 令钢绞线另一端可在测管内自由滑动, 并拉出至地表, 在外部与角位移传感器相连接。当发生边坡深部位移或滑面错动, 将使测管发生倾斜变形, 固定在测管内的钢绞线随之发生位移, 通过角位移传感器记录位移量。由此则对两监测点间的相对位移进行捕捉, 并可判断出滑面的位置 (见图2) 。
注:1—滑坡体;2—滑动带;3—滑坡床;4—钢绞线;5—锚头;6—重物;7—角位移传感器;8—钻孔
与固定式测斜仪相比, 拉线式深部位移计无需使用倾角传感器, 成本较低;可在测管内设置较多的钢线, 进而提高监测精度;拉线式深部位移计量程与钢绞线长度有关, 可至十几米, 当边坡深部出现大位移或者滑面错动较大距离, 乃至测管错断, 仍然可准确测得边坡内部各测点的位移。拉线式深部位移计使用钢绞线传递位移, 因其材料性质监测精度会受到影响。同时其只能测得相对位移量, 无法确定边坡变形方向, 且不能预先为其设定监测方向。
3 多点位移计
多点位移计工作原理与拉线式位移计相似, 不同之处在于其使用刚性较大的测杆连接锚头与传感器。将布设于钻孔不同深度的锚头与周围岩土体锚固为一体, 其位移通过与锚头联结在一起的测杆传递到孔口的位移传感器 (见图3) 。
注:1—锚头;2—测杆及保护管;3—边坡岩土体;4—基座及保护筒;5—电缆;6—数据采集器;7—位移传感器;8—封孔材料
多点位移计可沿钻孔轴向来监测边坡临空面至内部水平方向多个部位的变形, 具有灵敏度较高、稳定性强、温度影响很小、防腐蚀性能好、防水性能好、可同时测量温度等优点。
采用多点位移计监测边坡水平位移只能将其水平布置, 如需监测竖直方向不同深度的变形则要增设监测钻孔。
4 TDR技术
TDR技术是一种电子测量技术, 20世纪90年代以前应用于物体形态特征测量和空间定位[5]。TDR技术应用于滑坡监测的原理为:受岩土体挤压变形位置电缆的阻抗特性将会发生变化, 从地表电缆端头向垂直埋设于滑坡体内部的同轴测试电缆内发射高频脉冲测试信号, 通过地表监测系统接收到反射信号的时间与振幅来计算边坡位移及滑动面 (见图4) 。
注:1—滑坡体;2—滑动带;3—滑坡床;4—同轴测试电缆;5—钻孔;6—监测系统
TDR技术几秒钟内即可测量整个钻孔的变形, 可实现自动化监测;与钻孔倾斜仪相比所用的测试电缆成本较低;同时, 能准确给出滑移面的位置, 定位精度较高。TDR技术脉冲信号传播过程中易受干扰, 使得监测数据中产生异常数据;且与拉线式深部位移计相同, 无法准确确定边坡变形方向, 也不能令其按照预先设定的方向进行监测;TDR技术以测量电缆变形造成的阻抗特性变化来进行边坡变形的监测, 因此当边坡位移较小时, 电缆变形也较小, 可能难以得到准确的监测结果。
5 结论
结合以上几种常用的边坡深部水平位移监测技术原理及特点, 各种技术方法对比情况见表1。
6 结语
结合项目特点以及监测目标, 选择适宜的监测方法能够有效降低成本、提高监测结果精度, 最终为科学地进行滑坡的预测预报提供依据, 以减少滑坡灾害造成的损失。
参考文献
[1]国土资源部.全国地质灾害通报 (2013年) .http://www.cigem.gov.cn/auto/db/detail.aspx?db=1006&rid=45932&md=15&pd=210&msd=11&psd=5&mdd=11&pdd=5&count=20.
[2]沙晓军.深部位移监测技术在滑坡治理中的应用[J].工程技术, 2012, 3 (2) :182-183.
[3]冯春, 张军.滑坡变形监测技术的最新进展[J].中国地质灾害与防治学报, 2011, 22 (1) :11-16.
[4]卫建东.现代变形监测技术的发展现状与展望[J].测绘科学, 2007, 32 (6) :182-183.
水平位移监测 篇9
采用边角后方交会法自由设站进行水平位移监测, 站点设置灵活, 网形多变, 给基准点留下很大的布设空间, 对于干扰较大的施工工程能大幅提高变形监测的作业效率。现今施工单位使用的多为2″级全站仪, 在不增加仪器购买资金的投入, 能否利用现有的设备进行有效的监控, 在此做一些探讨。
1 边角后方交会点位误差分析
依据文献【1】得知, 不考虑基准点误差的情况下, 边角后方交会测站点K的点位精度公式为:
其中SAB为两基准点边长, Sa、Sb为两观测边长, r为观测交会角, A、B为两观测边Sb、Sa对应角, ma、mb为测距中误差, mr为测角中误差, ρ=206265。
从公式 (1) 可以看出边角后方交会点的点位精度不仅与测距、测角误差有关, 还与交会的图形有关。
双测站极坐标观测法测站点到监测点的误差公式为:
其中S1、S2为测站到监测点的距离, ms1、ms2为测距中误差, mα1、mα2为测角中误差。
一般情况下, 测站到测点的距离距离较近, 测距误差主要由仪器测距固定误差引起, 测角误差在同等观测精度下可认为一致, 故令ms1=ms2, mα1=mα2, 上式可化为
则监测点的点位误差公式为:
以徕卡TS06全站仪为例, 其标称方向误差2″, 测距误差1.5mm+2ppm, 设基准边长SAB=200m, Sa=Sb=200m, S1=100m, A=B=r=60°, 水平角观测6个测回, 则mr=mα1=mα2=2.5″, 带入上式得出监测点中误差:Mp=4.0mm, 达到《建筑变形测量规范》 (JGJ8-2007) 二级监测规定的点位中误差限差±4.2mm的要求。
如果埋设的基准点是牢固稳定的, 可以认为其对相邻两期观测的影响是相同的, 可以在计算两期位移变化量中互相抵消。由上式可知, 在不考虑基准点误差的情况下, 监测点的误差由测站交会误差和测站观测目标误差构成。由于选择自由设站, 测站到监测点的距离可控制到较小的范围, 方向观测误差对点位坐标的影响可达到最小化, 在使用同一台仪器监测的情况下, 测距的系统误差可以得到进一步的减弱。
2 监测实例
宾阳县太守中学滑坡位置在教学楼西北侧后山, 属低山丘陵地貌, 为泥质滑坡, 海拔高程为200m, 原始自然坡度20~357) , 四周植被较发育, 主要为杂草、松树、桉树。滑坡范围约180×40米, 上下高差约20米, 该防治工程采用“削坡减载+截水沟+浆砌石挡墙及排水沟+浆砌块石格构+种植草皮”等防治方案对该边坡进行综合治理, 在坡高10处设置2米宽的马道, 均按1∶1的坡度分二级削坡;为了保证滑坡在治理后运行过程中的安全, 评价工程施工质量, 采用全站仪对治理后的边坡进行连续13个周期的监测, 准确测定形变监测点的相对位移值, 经合理的数据处理提供形变监测点的变化数据, 以分析其变形与趋势, 评估治理工程运行状态的稳定性与危险性, 为设计单位和政府有关部门制定决策提供服务。
2.1 基准点埋设
在教学楼后墙角选择3个稳定牢固的水泥地面, 用冲击电钻打孔, 充填环氧树脂, 埋入预制的不锈钢螺杆, 用水平气泡进行校正, 使螺杆处于垂直状态直至环氧树脂固结, 编号为J1~J3。
2.2 监测点埋设
按照设计图纸布设的点位, 在坡脚挡土墙顶埋设2个监测点, 马道上埋设3个监测点, 用冲击电钻打孔, 充填环氧树脂, 埋入预制的不锈钢螺杆, 用水平气泡校正, 使螺杆处于垂直状态, 待胶水完全固结后才进行观测。
2.3 观测设备及观测方法
测站到基准点的最大观测边长为170m, 到监测点的最大观测边长为110m, 结合现有的仪器设备, 水平位移监测以徕卡TS06全站仪 (仪器标称精度:2″、1.5mm+2ppm) 进行观测, 仪器经测绘产品质量监督检验站检定合格后投入使用。监测频率为30d/次, 前后观测1个水文年共13个周期。
在通视良好、便于观测的地方, 以三点后方交回法设置2个临时工作基点K1、K2, 采用双测站极坐标法对监测点进行观测。水平角以方向观测法观测6个测回, 基准点与监测点同组观测, 在观测水平角的同时观测边长和垂直角并记录在仪器内存中, 观测前仪器输入实测的大气温度及大气气压等参数。基准点、监测点均采用徕卡对中基座进行强制对中, 并对基座、棱镜进行编号, 使各周期观测中每个观测点都对应同一编号的基座棱镜组, 以减弱对中误差及基座棱镜的机械加工误差, 观测略图如下。
对于现场采集到的各项监测数据, 首先进行粗差探测检验, 确认合格后用计算机平差软件进行严密平差, 计算各监测点每期坐标值及点位中误差, 各期点位误差见下表。
从表格中统计, 测站K1、K2最小点位误差为0.3mm, 最大点位误差为2.0mm, 监测点最小点位误差为0.5mm, 最大点位误差为3.8mm, 符合国家现行有关测量规范要求。
经过一年的观测, 各监测点的坐标变化量均在测量误差的控制范围之内, 而且根据数理统计得出的变化趋势很微弱, 可以认为在监测期间边坡是稳定不变的。
3 结束语
(1) 采用全站仪边角后方交会法设立测站方便灵活, 摆脱了传统需要固定测站的测量方式, 可满足高精度的水平位移监测要求;其作业效率高, 能有效地避开视线障碍物, 基准点布置灵活, 节省埋石造墩费用, 降低监测成本, 达到监测目的, 是一种方便快捷、准确可靠地方法。
(2) 在测站监测过程中, 使用同一台仪器、同一观测人员和观测线路, 测距偏差较小且稳定, 观测边长不宜大于200m, 采用相同的观测图形, 相同的数据处理方法, 测站适当接近监测点, 各个观测目标宜采用同一个强制对中装置, 削弱对中误差。
(3) 对监测点的观测应采用双测站极坐标观测法, 有利于提高观测精度, 杜绝粗差, 保证监测成果的可靠性。
参考文献
[1]李全信.边角后方交会精度分析及布设方案选择.测绘工程, 2000 (9) .
[2]李全信.关于边角后方交会中边角测量精度的匹配问题.测绘科技通信, 1996 (3) .
水平位移监测 篇10
在高层建筑物的深基坑施工中, 深基坑围护结构墙顶的水平位移监测是非常重要的, 而常规的监测方法已不能适应城市深基坑施工的复杂环境。目前, 随着高精度全站仪的普及和应用, 采用极坐标法或以极坐标法为基础的自由设站法可直接测定任意方向位移监测点的坐标, 之后计算两次坐标的变化量即可确定位移量。
2 极坐标法及精度评定
如图1, A为基准点, B为定向点, 以线AB为基准线, 同时测出水平角β和水平距离D, 则可利用观测值 (β, D) 来计算出P点的坐标值 (Xp, Yp) , 即为:
式中, XA, YA为基准点A的坐标值, αAB为基准线AB的方位角, 两期结果之差 (ΔXp, ΔYp) 即为该期内P点的水平位移。由全微分公式可得:
式中ρ″=206265, 且认为工作基点A点的坐标误差忽略不计。
3 自由设站法测站精度计算
全站仪自由设站法通过在基坑边坡任意地方设站, 站点坐标可以通过边角后方交会方法得到, 再在自由站利用坐标法测定位移监测点的坐标。设仪器自由架设于点Q, A、B为基准点, 测定可得Q到两个基准点的距离S1, S1, β为观测角。已知A (xA, yA) 、B (xB, yB) , 就可求出点Q的坐标 (xQ, yQ) 。设ms为距离观测值中误差, 角度观测中误差为mβ, 取1为角度观测值的权, 距离观测值权为PS, 则PS1=PS2=mβ2/ms2。其误差方程式为:
其矩阵形式为V=BX+L, 其中, V= (VS1VS2Vβ) T;B=
4 工程实例
本基坑项目为某地下车库基坑工程, 其周长为987m, 开挖深度为18.2m, 地下水位埋深约为12.0m。基坑东北角为两栋建筑物, 车辆树木较多, 通视条件不理想, 因此在本基坑水平位移监测中采用极坐标法与以极坐标法为基础的自由设站法结合进行监测。
平面基准点为3个, 分别为A、B、P, 采用强制对中观测墩标志以削弱设站的对中误差, 为了方便数据的处理, 采用相对坐标系统。经常使用的基准点必须严格遵照“长边控制短边的原则”。由于工地支护钢管遮挡, 工作基点无法采用强制对中观测墩标志, 监测点每隔30m左右布设, 钻孔埋设有十字丝的膨胀螺栓标志, 采用架设脚架来进行监测。
位移监测采用Leica TS30超高精度全站仪, 其方向测回中误差±0.5″, 测距精度± (0.6mm+1ppm·D) 。AB点距离为196.86m, 为方便计算, 令D=200m。根据《工程施工测量手册》, 极坐标法观测精度最弱的方位角为45°, 则αAB=45°, 且mβ=mαAB=0.5″, 则mXP=mYP=±0.98mm。
这说明, 在不考虑工作基点误差影响, 检测距离200m左右时, 此全站仪监测点测角两测回, 测距一测回, 监测点坐标中误差在1mm之内。而一级基坑水平位移最大变形监控值为30mm, 一般取控制值的~作为位移量的允许中误差, 本工程选择2mm, 因而此变形监测满足水平位移一级变形监测精度要求。
5 结论
论文介绍了用极坐标法与基于极坐标法的自由设站法精确测定基坑坡顶水平位移变化的原理与方法, 给出了在不考虑基准点点位误差的条件下自由设站法的自由站的点位精度的评定方法。通过计算得出, 使用自由设站法能够满足一级基坑的位移监测精度要求。
实际监测中, 可以采用高精度仪器与高效方法来提高精度和效率, 如本项目采用更高精度的TS30全站仪。为节省监测时间可将监测点改为直接打入可与棱镜头契合的金属头, 插入棱镜头即可观测, 这可以极大地提高工作效率。
参考文献
[1]张瑞芳, 等.自由设站坐标法监测基坑水平位移的精度估算[J].水电能源科学, 2010, 7.
[2]汪祖民.对深基坑施工安全监测的实践[J].测绘通报, 2002, 1.
[3]魏本现.广州地铁二号线海珠广场站深基坑施工测量[J].测绘通报, 2001, 3.