沉降监测的平差方法

沉降监测的平差方法（共7篇）

沉降监测的平差方法 篇1

摘要：介绍了在建筑物沉降监测过程中,由于建筑物自身结构特点和周边环境条件的影响,造成监测点无法正常观测或破坏等特殊情况时,所采取的相应措施,并在观测方法上作了有益的补充,以保障沉降监测顺利进行。

关键词：沉降监测,沉降点,观测方法

0 引言

沉降监测就是采用合理的仪器和方法测量建筑物在垂直方向上位移的变化量。为了防止建筑物在建设施工和使用过程中,因基础的不均匀沉降量过大或沉降速率过快而导致建筑物主体结构的破坏,影响建筑物的安全和正常使用寿命,应采用沉降观测方法对建筑物在施工过程中的沉降量及沉降速率进行监测,以便能够及时发现问题并采取相应措施,减小损失保证安全。

而在沉降监测过程中,由于建筑物自身结构特点和周边环境条件的影响,有时会出现沉降观测点无法用正常的方法进行观测或是沉降钉遭到破坏等情况,妨碍了沉降数据的采集,对判断建筑物沉降的稳定性造成影响。本文就此问题进行了探讨,例举了几种特殊情况下进行沉降监测的具体解决方法。

1 沉降监测点位高于观测视线

1)在建筑物施工前期,由于基坑开挖等原因,造成建筑物四周地势相对较低,在架设仪器时,水平视线无法达到沉降钉所在的高度,此时可采用将水准尺立于沉降钉之下的方法来解决,如图1所示。

此时,H钉=HB+L尺+L钉=HA+(a-b)+L尺+L钉。

采用此种方法时,必须保证水准尺的尺顶无粘连物,每次观测时最好使用同一把水准尺,以保证尺的长度(L尺)相等,同时,对沉降钉的制作工艺也要求较高,必须保证沉降钉外露圆球部分的直径(L钉)相一致。

2)当建筑物四周的基坑挖的很深,比如有地下室,采用上述方式也不能观测到沉降钉时,可以采用布设临时观测点的方式,即在建筑物基础打好后,在基础上布设临时观测点进行观测,当楼层增高时,在临时点同一垂线上再布设永久监测点,在基坑填埋的前后分别对这两个点进行观测,将埋设永久点之前的沉降量移植到新点上,这样就能保证观测成果不会出现断链的情况,保持了沉降观测的连续性。

2 监测点上方有障碍物

在建筑物施工前期,能够在沉降点上方立尺进行正常观测,但是在施工后期由于装修或增加建筑辅助设施(如空调架、装饰性裙边等),使得水准尺无法立直(如图2所示),此时必须采取非正常方法加以处理。

如图2所示,在A,B两点分别安置水准尺,当因沉降钉上方有障碍物时,可将标尺紧靠障碍物边缘。首先,尽量架低水准仪,分别观测尺1、尺2读数为a,c,然后将水准仪尽量架高,置平后,再分别读取两尺读数为b,e。由图2的几何关系可得B,A两点高差:

推导有:

因此,把式(2)代入式(1)可得两点高差:

由此得出:

3 建筑物外部装修间隙过大

一些建筑在外部装修时,采用了干挂石材等工艺,使得固定沉降钉的框架柱表面与石材外表面的间隙过大,有些甚至超过0.5 m。

若采用普通的镶入式沉降钉,钉子长度必须设计的很长,以保证沉降钉能露出石材外表面0.2 cm左右才能立尺观测;而且,沉降钉在施工时很容易遭到破坏而产生弯曲变形;在挂靠石材时,对钉子处理不当,也容易产生磕碰而影响观测数据的准确性,对挂靠石材的工艺也要求比较严格。此时,最好采用螺栓式沉降钉,如图3所示。

在设计沉降钉时,应先参阅设计图纸,计算出沉降钉的长度,保证能露出石材外表面且能立尺观测;在每次沉降观测结束后,将螺栓式沉降钉拧出,并拧进螺栓保护盖,这样就能避免因施工而造成的沉降钉破坏;挂靠石材时,只需量测出墙体(框架柱)内螺母的位置,按照这个位置在石材上钻出比螺栓式沉降钉直径稍大的孔位即可,这样就不会给安装石材造成很大影响,也避免了安装石材时对沉降钉的磕碰,再次观测时,只需通过石材上预留的空位,将沉降钉拧入螺母内即可(挂靠石材前必须将螺栓保护盖摘除)。

4 沉降钉遭到破坏

建筑施工过程中,由于受到外力的影响,如施工材料坠落(砖头、钢筋、脚手架等)、建筑工人无意的破坏、装修材料的磕碰等,不可避免的会对沉降钉造成破坏,使得沉降钉发生变形弯曲、与框架柱的连接发生松动或是丢失等情况,从而造成观测数据的突变或是不连续,对沉降监测产生极大的影响。

当发现上述情况时,应及时采取补救措施,方法如下:

1)对被破坏点进行修复,使得其恢复到正常位,保证后续观测能正常立尺,也不影响建筑物外部装修贴砖等。2)对被破坏点和其相邻的未破坏点独立进行两次观测,测得这两个点的高差,并取其平均值,以未破坏点为基点计算出被破坏点的高程作为修复后的高程值。3)计算破坏点修复后的高程与最近一次(被破坏之前)高程的差值Δh,Δh被认为是由于点位在被破坏和修复过程中引起的变化量。4)算出被破坏点周围其他各观测点本次观测的平均沉降量,作为被破坏点本次的沉降量,对其高程进行改正。5)被破坏点本次改正后的高程作为下次观测的计算数据。6)以后每次计算该点高程时均应做修正加上Δh。

这种方法在一定程度上修正了观测点因外力影响而遭到破坏时其沉降量的变化值,保持了该点沉降监测数据的连续性,但是此种方法计算出的沉降量只是近似值,不能代表实际的变化量。

5 结语

在建筑物沉降观测过程中,以上各类情况的发生非常普遍,除了在观测前期对沉降点的合理布设和观测过程中对沉降点的必要保护之外,采用非常规方法对上述情况下沉降数据的采集显得尤为重要,这不仅使得观测工作能顺利进行,保证了观测数据的连续性,也为更准确的分析建筑物的稳定性打下了坚实的基础。

参考文献

[1]JGJ 8-2007,建筑变形测量规范[S].

[2]黄张裕,袁峥.特殊情况下的建筑物沉降观测方法探讨[J].勘察科学技术,2007(2):31-33.

[3]刘忠华,吕长广.建筑物沉降观测的有关问题及解决方案[J].城市勘测,2009(1):111-113.

沉降监测的平差方法 篇2

关键词：公路,软土路基,处理方法,动态监测

1 公路软土路基沉降的原因

众所周知,软土的强度较低,天然地基上浅基础的承载力基本值一般为50-80k Pa,这就不能承受较大的车辆荷载,否则可能会出现地基的局部破坏乃至整体滑动,或者是在开挖较深的基坑时,出现基坑的隆起和坑壁失稳的现象;另一方面,由于软土的压缩性较高,车辆荷载差异较大,体形又比较复杂,那就要产生较大的不均匀沉降,沉降和不均匀沉降过大将引起公路基础标高的降低,影响公路的使用条件,或者造成倾斜、开裂、破坏。同时由于其渗透性很小,固结速率很慢,沉降延续的时间很长,给公路内部设备的安装和与外部的连接带来许多困难。比如填方路基是山区公路路基的主体结构。路基不均匀沉降会导致路面结构过早破坏,既增加了公路养护和维修费用,也影响交通运输的正常运行,往往会产生不良的社会后果。

2 软土路基常见处治方法

为保证软土路基的处理效果,我国将大量国外先进的处理技术引入国内,并根据我国公路的自身特点加以改进,已经摸索出许多适应我国公路建设的路基处理方法。目前施工过程中较为常见的处理方法包括:压密注浆碎石桩处理法、高压喷射注浆法、机械碾压法等。

2.1 机械碾压法

机械碾压法实际就是换填土法,是指挖除浅层软弱土或不良土,分层碾压或夯实土,按回填的材料可分为砂(石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、土(灰土、二灰)垫层等,它可提高持力层的承载力,减小沉降量,消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性,防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性。常用于基坑面积和开挖土方量较大的回填土方工程,适用于处理浅层非饱和软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基,这种方法简易可行,但仅限于浅层处理,一般不大于3m。

2.2 高压喷射注浆法

高压喷射注浆技术是一种结合了化学注浆技术和高压射流切割技术的加固松软土体的应用技术。工程中采用钻机先钻进至预定深度,再通过带特殊喷嘴的注浆管将水泥浆液高压喷出,以喷射流切割搅动土体,同时钻杆边旋转边提升,造成一个均匀的圆柱状水泥土固结体,从而达到提高路基承载力并形成防渗帷幕的效果。高压喷射注浆技术主要应用在N值(土壤标准贯入值)为0~30的淤泥、淤泥质粘土、砂土、砂砾及含部分卵石层等类型的路基中。

2.3 压密注浆碎石桩处理法

压密注浆碎石桩处理法通常根据施工现场的地址情况经过科学的实验并结合实地计算而实施的软土路基的处理方法。在施工过程中首先以低压注浆的方式注入桩中的碎石桩体中,经过一段时间后等水泥刚刚开始凝固后,便进行高压注浆,确保碎石桩的形成,此时路基中的桩间土与桩周土体之间形成复合路基,这样即能保证原有公路质量需要,又没有对原来路堤造成破坏,满足环境要求。

2.4 其他方法

其他常采用的方法还有挤密法、堆载预压法等。挤密法是较为有效的处理方法,可使路基密实,减小沉降量,但也都存在着一些不足,如挤密法仅适用于浅层处理,一般不大于3m,特殊情况还要采取附加措施。堆载预压法的特点是经济、易操作,但存在工期长的不足,影响了施工的经济效益。

3 公路软土路基沉降的动态监测

3.1 观测点的选埋

沉降观测点的埋设位置通常由工程设计书给定,一般来说每个断面应在公路路堤中央分离带上布设1个沉降点,在两侧路肩处分别布设1个沉降点,3个沉降点应位于一条线上,以便充分体现该断面的沉降情况。沉降点以沉降板作为观测标志,沉降板一般由一根直径为30~40mm的直杆钢管和一块400mm×400mm×9mm的钢板组成,钢管底部焊接在钢板上,沉降杆每段长度为20-30mm,随填土升高而逐渐接高。沉降板的底座埋设在路基底面或砂垫层上,埋设时要求沉降杆处于铅直状态,并保持管顶低于压实面5~8mm。如果需要埋设分层沉降观测点,原则上应每一层土设一个点,点数与埋设深度视具体情况而定,最深的点应超过压缩层理论厚度,或者埋设在压缩性低的砾石或岩石层上,最浅的点一般在基础底面下50mm处。

3.2 基准点的测设

因沉降观测是根据施工进度逐步观测的,为加快施工进度和观测的方便,建议在距公路中心两侧50~300m范围之内设一些水准点,水准点间距应≤200m,减小视距,提高观测精度。基准点通常设在较为稳固、牢靠、醒目的桥上、构、建筑物和低矮的小山坡上,并把基准点的编号和标高值写在相应的位置上,保持清晰可见、一目了然[6]。同时随着路基填筑高度的不断升高,沉降标也应随着升高。

3.3 监测注意事项

施工单位每填筑1层观测1次,若相邻2层的填筑间隔时间超过7d,中间高应加测,测高于观测时间的间隔不大于3d。如果发现有异常沉降,则每2d观测1次或每天1次。对于动态观测的方法,现在主要采用的是仪器观测法[7]。地面沉降仪用来测量地面沉降量,可用于稳定及沉降管理;深层沉降测定仪可用于不同层次的沉降量测定,可用于稳定及沉降管理。每次观测应按规定做好详细记录,并及时整理、分析、汇总观测结果;高精度的沉降观测一定有熟练的测工进行专人专管,观测时立尺人一定要把标尺竖直;在整个施工阶段的观测过程中,应保证固定观测人员、固定仪器及水准标尺、固定测站及转点、固定持尺人员、固定后视尺读数。在工程运用期间的观测亦然,直至地基稳定为止。

4 公路软土路基沉降的施工控制

建立“有方案、有措施、有落实”的精细化施工制度和标准化体系,全面均衡提升建设质量水平。严把原材料准入关,不合格的原材料坚决不允许进场。参照《公路工程采用主要产品准入范围的通知》,由业主指定钢筋、水泥等主要材料品牌,所使用钢材主要以大型钢铁企业产品为主,路用碎石指定为产地。建议结合依托工程,采用强夯和压力灌浆法进行路基非均匀沉降处治,并用表面波法检测强夯处治效果和灌浆质量,开发出廉价、稳定的水泥-水玻璃浆液和新型水泥-粘土浆液岩土灌浆材料和适用于水泥-粘土浆液的LFZ活化剂,建议实行边坡岩土灌浆加固施工工艺和质量检测方法。

施工中建立原材料试验检测台帐,对砂子、碎石、水泥、钢筋等主要原材料进行高频率检测。白拌站和黑拌站实行临时准入,检测合格后方可进入公路市场。路基碴石填筑采用分层碾压和蓝派冲击压实,加速路基沉降固结。水泥稳定碎石上下基层均采用双机联合摊铺,减少纵向接缝和确保路基平整度。梁板采用集中预制,指定混凝土搅拌站。为确保建筑地基沉降达到设计规范要求,应加强施工管理,在大规模施工前,均应进行施工工艺试验,并在施工过程中遵循相关施工规范和工艺标准,综合桩基埋深、地基土成因类型、地层结构的复杂性,地基沉降估算精度的复杂性,沉降控制标准以及有效控制沉降的艰巨性等影响因素,对沉降应进行系统的观测与分析评估,保证桩基施工完成后有12个月以上的观测期和调整期,分析评估桩基沉降是否满足建筑物使用标准。

5 总结

公路软土路基的处理是一项复杂的工程,需要根据现场的实际情况,采取可行的、节约的,高效的处理方式,公路软土路基沉降观测与控制对施工质量与进度的保证和施工效益的取得有着重要意义,直接影响路基在施工中的安全和稳定。

参考文献

[1]王志强,付丽娟.高速公路特殊路基施工技术研究[J].华章,2010(23).

[2]吴中林.公路工程路基施工技术[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2008(06).

沉降监测的平差方法 篇3

1 测区概况

钱营孜煤矿隶属于皖北煤电集团, 是安徽省“861”重点建设工程, 皖北地区在建的最大的综合自动化矿井。井田地质储量5.45亿吨, 可采储量2.18亿吨, 设计年产量为180万吨, 矿井服务年限86.4年, 矿区覆盖面积约50km2。矿区范围内及周围的地形较平坦, 淮河的主要支流浍河位于矿区南部, 从3213工作面上方穿过, 河堤纵向与3213工作面走向斜交, 两岸河堤之间平均宽度为200m, 水面平均宽度为110m, 水深约4m左右, 正常水位+16.5m, 堤顶距水面约5m以上。北堤最大标高为+21.3m, 南堤最大标高为+22.4m, 南北堤顶最小标高在+18.0m以上。由于浍河为跨省河道、淮河的主要支流之一, 肩负两岸排灌的重要使命, 为了保证汛期两岸人民的生命和财产安全, 必须采取积极措施对塌陷段河堤进行治理, 因此对河堤进行沉降观测是非常必要的。

2 进行浍河大堤沉降监测的意义

2.1 满足矿井安全, 开展“三下”采煤工作的需要。

2.2 安全合理地留设保护煤柱, 解放压煤量, 节约煤炭资源。

2.3充分掌握河堤在采动过程中纵、横向的移动与变形情况, 保证汛期两岸人民的生命和财产安全以及预防井下突水事故。

2.4 提供该地区准确可靠的地标移动变形参数, 掌握由于采动引起的河堤移动变性特征与规律。

3 RTK定位技术配合常规测量方法对浍河大堤进行变形监测的步骤

3.1 RTK定位技术简介

实时动态测量技术 (Real Time Kinematic, 简称RTK) , 是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术, 它是GPS测量技术发展中的一个新突破。

RTK测量是根据GPS的相对定位理论, 将一台接收机设在基准站, 另一台或几台接收机放在流动站上, 同步采集相同卫星的信号。基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时, 通过数据链将观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息按照RTCM数据格式一起传送给流动站, 流动站通过数据链接收来自基准站的数据, 并对数据解调后, 利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件, 与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值, 进行实时处理, 给出待测点的坐标、高程及实测精度。

3.2 工作流程

3.2.1 测前准备

在距离测区4km的范围内选取一个稳定控制点架设GPS基准站。建立测区沉降观测坐标系;在测区范围内均匀选取3~4个控制点, 作为RTK监测时检校基准, 应用经典三维计算方法计算该区域坐标转换参数, 建立坐标系。在施测前, 为确保观测数据准确可用, 我们往往利用两点校正, 第三点检查的方法来校正, 当检核精度满足要求时, 方可开始正常作业。

3.2.2 外业数据采集

在开阔和地势起伏较大的地方采用RTK观测, 主要步骤为:进行流动站系统配置, 建立作业名;选择设定的坐标系;初始化仪器通信端口, 建立流动站与参考站的网络连接后便可以进行观测, 每个测点观测20个历元 (每个历元为5s) 。在树林灌木集中区等不利于RTK施测的, 可借助常规测量方法即平面采用全站仪附和导线测量, 高程采用水准测量进行补测。

3.2.3 数据的后处理

数据下载并处理。将RTK采集的观测点三维坐标下载至电脑指定的文件中, 连同常规测量方法获取的资料, 根据测点数据变化情况和收集的基础资料 (该区域已有的开采沉降资料, 如移动角、下沉角、充分采动角、松散层移动角及其他相关参数) 分析大堤及其周边地表沉降变形参数。

4 结束语

该项目的创新之处就在于将RTK技术引入到大堤沉降监测的工作中, 实时动态测量RTK (Real-Time-Kinematic) 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态GPS定位技术, 它是GPS测量技术发展中的一个新突破。利用它配合常规测量方法进行沉降监测, 增加了作业方式的灵活性, 缩短了观测时间, 操作更加简便, 并且实现了全天候作业。

参考文献

沉降监测的平差方法 篇4

1 监测方案

1.1 布网方案

#1斗轮机轨道沉降监测网由基准网、工作基点和监测网组成。基准网由该厂三期工程施工控制高程基准网中的P03、P04和P05三点构成。P05点离轨道较近, 作为工作基点。监测网由22个监测点组成, 从西端向东, 南北两根铁轨上各布设11点, 点位互相对称, 点间距15m且两根铁轨独立编号。

1.2 观测方案

基准网和监测网的观测工作, 采用DNA03数字水准仪和铟钢条码尺, 按Ⅱ等精密水准测量的要求进行作业[1]。对于基准网经检核, 环闭合差为+0.2mm, 符合相应等级的要求。以P05为已知点, 采用最小二乘平差, 得每公里高差观测值的全中误差为0.17mm, 最弱点高程中误差为±0.1mm, 符合技术设计要求。对于监测网, 以P05为工作基准点, 采用三固定原则, 即固定仪器设备、固定观测人员、固定作业程序, 以尽量减少误差来源。经检核, 监测网8次沉降监测的最大环闭合差为-3.4mm, 水准测量外业观测是合格的。

2 监测网数据处理与质量评价

外业检核合格后, 结合#1斗轮机轨道沉降的具体情况, 采用秩亏自由网平差, 参考基准为重心基准。平差时不设固定起算数据, 列误差方程[2]~[5]:

式中:, u为水准网网点数。

由于抗差估计方法计算的估值具有一定的抗差性和可靠性, 因此采用抗差估计, 来提高平差成果对观测粗差的抵抗能力。选用等价权函数[6]:

式中:为相关等价权元素;k0为分位参数, 一般取k0=.10~.15;1k为淘汰点, 一般取1k=.25~30., 然后进行迭代计算。

对基准网和首次观测沉降监测基准网进行平差, 得单位权中误差[7]分别为±0.1mm和±0.17mm, 高程中误差如表1所示。

从表1可知, 监测点的最高精度为0.2mm, 最低精度为0.3mm, 平均为0.3mm, 均不超过±1.25mm, 因此监测网的首次测量精度满足工程要求, 可作为斗轮机轨道沉降监测网的监测基准使用。

8次沉降监测的高程中误差以第6期成果为例 (其他各期各项平差成果均优于该期) , 高程中误差如表2所示。

从表2可知, 监测点的最高精度为0.3mm, 最低精度为0.8 m m, 平均为0.7 m m, 均不超过±1.2 5 m m, 平差后的全中误差均在相应等级要求的范围内, 因此平差成果可作为分析轨道沉降量和变形量的依据。

3 沉降分析

由监测点各期平差值计算的高程差值是否是沉降变形, 还需进行沉降显著性检验[8]。

3.1 各期观测的同精度检验

各期的观测精度是否相同, 需做F检验。检验所采用的统计量为:

式中:1u2和u22分别为子样方差, 1f和f2分别为两期的多余观测数。取检验显著性水平α=0.05, 各监测时段与基准时段进行检验, 表3中列出了检验结果。

从表3可知, #1斗轮机轨道沉降监测的9次观测精度相同, 因此, 各次平差后的高程可作为计算#1斗轮机轨道沉降量的依据。

3.2整体沉降检验[9]

各期平差结果差异是由测量误差还是由沉降量显著引起, 需进行整体沉降检验。两期观测高程差为in-=∆XXX, nX和iX分别为相邻两次的高程。记:

式中:f为∆X中互相独立的变量数, XP∆为∆X的权阵。构造F检验统计量:

其中2u为两期的综合单位权分差, 1f为监测点高程差值个数, 2f为两期多余观测之和。取检验显著性水平α=05.0, 检验结果如下表。

根据检验结果可知, 在整个监测期内, 1#斗轮机轨道不存在整体沉降现象。根据8次监测的数据绘制#1斗轮机轨道沉降曲线图[10], 如图1。

4结语

言学在这92天的监测期间内, 通过数据处理和分析, 认为#1斗轮机轨道及其基础不存在沉降现象。若无特殊外界因素的影响, 斗轮机轨道及其基础的沉降是一种缓慢的小变形, 短期内是难以监测到的。若必须监测其是否发生沉降及掌握其沉降规律, 建议降低监测频率 (如每2个月一次) 、延长监测时间 (至少3年) 。

摘要：针对某电厂#1斗轮机轨道可能存在的沉降现象, 按Ⅱ等精密水准测量进行变形观测, 采用抗差秩亏自由网平差方法进行平差和精度分析, 通过基准稳定性检验及监测点的整体沉降显著性检验, 得到了合理可靠的监测成果。

关键词：变形监测,抗差估计,秩亏自由网平差,沉降分析

参考文献

[1]GB/T12897-2006.国家一、二等水准测量规范[S].2006.

[2]崔希璋, 于宗侍, 陶本藻, 等.广义测量平差[M].北京:测绘出版社, 1992.

[3]葛永慧.测量平差基础[M].北京:煤炭工业出版社, 2007, 10.

[4]陶本藻.自由网平差与变形分析[M].北京:测绘出版社, 1984.

[5]姜晨光, 贺勇, 赵玉楠.利用秩亏自由网平差及坐标转换理论解算平面控制网[J].地矿冶金, 2000 (3) :3～4.

[6]杨元喜.抗差估计理论及其应用[M].北京:八一出版社, 1993, 7.

[7]郑永海, 王志武, 马超, 等.李河煤矿办公楼沉降监测方法探析[J].中州煤炭, 2008 (1) :25～25.

[8]武汉大学测绘学院测量平差学科组.误差理论与测量平差基础[M].武汉:武汉大学出版社, 2003, 1.

[9]胡振琪, 王家贵, 余学祥.应用工程测量学[M].北京:煤炭工业出版社, 2008, 1:292～310.

沉降监测的平差方法 篇5

压差沉降监测系统是一种新型沉降测量工具, 它是由静力水准仪优化而来, 二者均基于连通管原理开发, 但在每个监测点上, 压差沉降监测系统用体积更小的压差传感器代替静力水准仪较大体积的储液装置, 在保证了测量精度的同时, 使整个系统装置所占空间更小, 更利于在较为复杂的工程环境应用。

1 压差沉降监测系统介绍

1. 1 系统组成

压差沉降监测系统主要组成部件包含压差式变形测量传感器、综合采集仪、无线传输模块 ( Data Transfer Unit) 、PU管、储液容器等。

1. 2 系统监测原理

压差沉降监测系统是基于连通管的基本原理, 利用水、基准容器、水管及压差式变形测量传感器组成的一套装置 ( 见图1) 。让水箱中的液体通过水管自由流动, 当管中的水趋于稳定时, 各个测点的传感器会采集到一组初始压强值。基准容器和基点需远离沉降变形区, 且位于一个稳定的环境。当测点与基点之间的高程发生变化时, 将导致测点和基点传感器内的液位变化并采集到一组变化后的压强值, 再通过RS485 接口 ( 这种接口可以实现联网的点对点的通信方式) 将各传感器采集到的数据传输至云端上的云平台进行数据的处理计算与分析, 最终得出测点的沉降数据。

压差式变形测量传感器的沉降变化量计算式为

其中, ΔH为沉降变化量, mm; PR为基准点实际测得的值, k Pa; PR0为基准点测得的初始值, k Pa; Pi为测点实际测得的值, k Pa; Pi0为测点测得的初始值, k Pa; ρ 为液体介质密度, 通常取水的密度1 × 103kg / m3; g为重力加速度, 粗略计算时取10 m/s2。

2 南昌地铁二号线7 标辛家庵站基坑周边建筑物沉降监测工程实例

2. 1 工程概况

辛家庵站位于老城区上海路南段, 车站所在上海路路宽约26 m, 车站和围护结构占据大部分路宽, 车站两侧分布众多建筑物及管线。车站西侧建筑物大多为建于20 世纪80 年代的多层混合结构住宅, 多为浅基础, 距主体基坑距离约3. 5 m ~ 7. 5 m。辛家庵站为地下二层岛式车站, 标准段基坑深度15. 95 m ~ 17. 81 m, 端头井基坑深度为17. 20 m ~ 20. 11 m。车站长度为465. 0 m ( 内净) , 标准段主体结构宽度为17. 8 m, 端头井处主体结构宽度为21. 5 m。

本次监测项目的目标建筑物为南昌针织厂宿舍2 号楼, 该楼为一栋5 层砖混结构浅基础居民楼, 基础埋深2. 5 m, 距主体基坑最近处仅7. 3 m。

2. 2 建筑物沉降在线监测方案

1) 在线监测点的埋设与系统的搭建。

南昌针织厂宿舍2 号楼在线监测点的布设见图2, 其中03 号、04 号测点距离基坑主体最近处约7 m。

2) 监测方法及技术要求。

此监测项目采用压差式变形测量传感器, 设置系统数据采集时间为每30 min采集一次, 也可根据人工设置时间间隔进行实时采集, 传感器技术指标见表1。

2. 3 沉降监测系统的搭建

2. 3. 1 系统部件选型

为确保监测系统的精确、稳定, 对监测系统中各个主要部件的选型原则如下:

1) 压差传感器的量程选择。

按照JGJ 8—2007 建筑变形测量规范以及考虑到该建筑的建筑年限, 限定该建筑物沉降不大于3 mm/d, 累积沉降量不大于30 mm。辛家庵项目要求的变形监测等级为二级, 其监测容许误差不大于0. 5 mm, 为满足监测要求, 选择量程500 mm的FS-LTGY500 型压差式传感器进行监测。

2) 综合采集仪的选择。

考虑现场实际情况, 选择一个16位通道的采集仪。

3) 无线传输装置 (DTU) 的选择。

选择信号稳定且传输容量大的无线传输装置。

4) 储液容器的选择。

为了保持系统水压的长期稳定, 选用厚度为1 mm的薄钢片制作30 cm × 30 cm × 30 cm带液位计的水箱作为储液容器。

5) 液体介质的选择。

为了尽量减少液体介质中的气泡, 选择烧开后的水或蒸馏水, 并加入一定比例的防冻液, 最后在储液罐中加入一定量的硅油液封, 避免液体介质蒸发附着在储液罐上壁。

6) 连接水路的选择。

综合安装便利性、耐用性以及功能使用性等多方面考虑, 选择12 mm × 8 mm的PU ( 聚氨酯) 软管。

2. 3. 2 系统搭建

压差沉降系统的搭建主要遵循以下几个步骤:

1) 测点抄平。

现场安装传感器的测点应该用水准仪进行抄平, 尽可能使所有测点传感器都安装在同一水平线上。

2) 传感器固定支架的安装。

将传感器固定支架用膨胀螺栓固定在预先规划好的测点。

3) 传感器的安装。

根据设计要求或者结构物特点选择好安装点, 结合被测物实际情况, 将传感器安装到指定位置。

4) 储液罐的安装。

储液罐应安放在远离建筑物变形的区域, 且应保证测点传感器最高点与储液罐中液面的高度差不能超过传感器的量程范围, 最后将水管与储液罐连接, 完成水路的连通。

5) 线路的焊接。

根据布点及量测的管线长度裁剪通讯和电源线路线缆的长度。然后根据传感器的电源及通讯线焊接到总线, 最后将总线引入采集箱。

6) 连通水路。

传感器与储液罐之间水路的连通, 并用PVC管保护水管并连通至储液罐。在水路的连通过程中应把整个水路里面的气泡排净, 传感器应轻轻振捣, 直至不冒出气泡为止。

2. 4 压差沉降监测系统与人工监测对比

为了验证压差沉降监测系统的准确性和稳定性, 于2016 年在南昌针织厂宿舍2 号楼, 选择与测点传感器距离最近的5 个靠近地面的位置, 进行标高的人工观测, 在线监测布点图如图2 所示。图3 是测点01 ~ 05 的压差沉降监测系统沉降值与人工监测沉降值的对比。

由图3 可以看出, 在长达13 d的对比观测中, 在线监测系统和人工测量的结果基本吻合, 规律性一致, 多数点的偏差在1 mm以内。这说明压差沉降监测系统采集的数据能满足建筑物沉降监测的要求。

3 结语

1) 该压差沉降监测系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。但在部件选型、安装与验收方面有严格的要求。

2) 结合南昌地铁二号线辛家庵站监测项目, 对压差沉降监测系统各个设备的选择与安装工艺进行严格的实施。压差沉降监测系统与现场人工监测的结果对比验证了在线监测系统采集数据的可靠性与准确性。

摘要：介绍了压差沉降在线监测系统, 结合某地铁基坑施工期间周边建筑物沉降监测项目, 验证了该监测系统的可靠性, 结果表明, 该系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。

关键词：建筑物,压差沉降,监测系统

参考文献

[1]常青.静力水准自动监测系统的研究[J].地质装备, 2014, 15 (1) :30-32.

[2]潘华.静力水准系统在监测工程中的应用[J].低温建筑技术, 2013 (12) :102-105.

沉降监测的平差方法 篇6

随着经济的飞速发展, 世界各国已进入高度现代城市化阶段, 土地资源与人口增长之间的矛盾日益突出, 高层及超高层建筑物已从纵向及横向两方面呈直线上涨, 其发展不断为整个建筑业注入了新的活力, 也使得人类不断从地表走向更深的地下空间及更高的地上空间。为保证建筑物的正常使用寿命和安全性, 高层建筑沉降监测及最终沉降量预估的必要性和重要性愈加明显。

1 高层建筑沉降的主要来源

1.1 建筑物自身荷载引起变形

(1) 合理形变

建筑物荷载置于土体之上, 使土体产生附加应力, 导致持力土层形变并伴随瞬时沉降, 其一般在施工阶段瞬时完成。在使用阶段, 土体的超静水压力迫使土中水外流, 土空隙比发生改变, 随着时间的推移, 土的应力应变关系不断改变, 土的固结逐渐趋向于稳定, 这种变形一般小于允许变形值。

其计算公式为:

(2) 不合理变形

由于施工方的技术、相关措施及责任心不到位, 导致施工速率及误差超过允许范围, 以至建筑物的荷载未按设计分布, 产生巨大的不均匀沉降, 局部地基产生剪切破坏, 从而导致无法挽回的损失。

1.2 其它因素引起的地基变形

由于基础的地质构造复杂, 季节性、周期性的温度和地下水位变化导致土体干缩或浸水饱和湿陷、软化、膨胀、冻融等, 还有地下洞穴冲刷, 生物化学腐蚀、矿井、地下管道坍塌、偶然性的地震灾害导致土粒重新排列、沙土液化等对建筑物的沉降均将产生巨大的影响。

2 沉降监测实施要求及过程

为尽可能的得到准确的沉降资料, 观测过程必须严格按照行业相关规定执行。具体方法和要求如下。

2.1 仪器设备、人员素质要求

根据沉降观测精度要求高的特点, 规定观测应使用高精密水准仪 (S1或S05级) , 水准尺也应使用受环境及温差变化影响极小的高精度铟刚合金水准尺。因高精度GPS静态网受卫星截止角限制, 容易被建筑物阻挡难以接受到理想的卫星颗数以及信噪比, 其所接受的L1、L2波段多经过多路途效应或反射, 故无法应用于观测地基变形。但高精度的GPS静态网对于观测建筑物与地基组成的整体水平及竖向位移, 以及基坑及地壳的水平与竖向移动有着无可估量的前景, 未来必将成为岩土工作者从事研究的重要手段。至于人员素质方面, 必须熟练掌握仪器的操作规程, 熟悉测量理论、观测方法及观测程序。

2.2 点位布设及观测时间

根据建筑物结构外型, 荷载分布、土层地质状况分布及特性, 须埋设三个以上基准点。基准点应选建在基岩上或冻土层以下, 便于长期稳定地保存。观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。如建筑物四角、大转角、主承重柱、建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处、沿外墙每10-15米处或2-3根柱基上。埋设测点时, 要特别考虑装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点, 不能让连续观测终止。一般高层建筑物施工阶段的沉降观测按一定的时间段为一观测周期 (如:次/30天) 或按建筑物的加荷情况每升高一层 (或数层) 为一观测周期。在使用阶段, 其观测周期可以根据沉降量适当延长, 直至趋与稳定。无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。沉降观测自始至终要遵循基准点、观测点、仪器设备、观测人员、观测环境稳定原则。

2.3 沉降观测精度

依据建筑物的特性和建设、设计单位的要求, 选择沉降观测精度的等级。在未有特殊要求情况下, 一般性的高层建筑物, 采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。

3 沉降量预测

地基沉降计算一直以来就是地基基础工程中的三大难题之一[2]。上百年来, 国内外学者为此前仆后继, 已提出许多计算理论及本构模型, 但至今未有一套完全解决方案。其比较成熟的计算方法有:早期的弹性理论法, 不考虑侧向变形的单向压缩沉降法[3], Skempton与Bjerrum提出的三向效应法, 中国学者黄文熙先生提出的三向压缩法[4], Lambe于1964年提出的应力路径法, 考虑应力状态与物态边界面关系的剑桥模型推导出来的物态界面法, 按现场观测资料推算的曲线拟合法, 现场试验法, 数值计算法, 以人工神经网络为研究手段的BP模型法[5]等。

由于土性指标 (如空隙比e, 弹性模量E) 等分散, 计算土特性指标与实际有所差异, 荷载大小分布不完全确定, 土的本构关系有诸多不定因素, 且计算模型均被简化, 故计算结果与实测值往往有不同程度差异。为避免使用诸如此类不确定因素, 结合一定的现场观测资料, 现有大量学者采用曲线拟合法预测沉降量大小。

3.1 常用曲线拟合法

目前, 国内外学者依据观测值利用曲线拟合的方法预测沉降量的常用曲线拟合法有:

(1) 由尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合法, 其方程为St=S*t/ (a+t) 。该法计算简单, 容易用计算机实现, 广泛应用于工程实际。

(2) 竹治新助结合实测S-t曲线和理论上Ur-Th曲线关系提出的时间对数拟合法。中国河海大学学者许永明等也提出抛物线形的时间对数法, 其方程为S=a (logt) 2+blogt+c。

(3) 基于太沙基一维渗透固结理论的指数函数拟合法S-Sd= (S∞-Sd) (1-a*e-βt) , 此法拥有理论基础, 似乎最合理, 但由于多种实际因素存在, 往往与实际相差甚远。

3.2 双曲线平移法预测沉降量的计算过程

依据笔者曾在东莞独立负责的数十栋高层建筑实测S-tP沉降曲线图, 在加载过程完成后, 其线形明显趋于双曲线的上曲线, 如图一所示。现将双曲线表达式y=1/ax进行x平移, y平移, 其式变为:y=c-1/ (kx+b) 。因多数高层建筑物加荷过程受施工条件、人为等因素影响较大, 并非按时间顺序线形加荷, 且加荷过程侧向位移较大。故笔者认为以稳定荷载加载后作为曲线起算零点较为合理。由已知条件y (0) =0, 可推出c=1/b, 结合y (x1) =y1, y (x2) =y2条件, 可求得:

其中:用i代表1、2….., 则xi为稳定荷载加载后的观测时间;yi为xi对应的相应位移。结合尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程St=S*t/ (a+t) , 可知s=1/b, a=b/k, 且由任何相邻两组数据可解算出k, b值, 即 (xi, yi) , (xi+1, yi+1) 推出 (ki, bi) , 即可推出 (si, ai) 。为使预测曲线逐渐逼近于后期沉降线, 经数值计算分析[6], a、s最终取值可按下式计算

4 实例分析

图一为东莞市长平镇某34层商住楼实测S-t-P曲线图, 此商住楼属框架剪力墙结构, 桩型采用预应力管桩, 单桩承载力分别为2500KN与3200KN, 其设计强度为C80, 长度15M—20M, 桩端持力层为中风化花岗片麻岩。

(P-荷载, S-沉降量)

利用VBA进行计算并生成拟合CAD曲线图, 程序代码如下:

经计算s=3.47, a=311.85, 其拟合图形如图二所示。

经比较, 拟合差值较小。笔者于2003年11月21日对此建筑物进行再次观测, 发现沉降量为5.44mm, 与拟合值相差0.1 mm, 从而证明此曲线基本按双曲线上线发展, 拟合过程效果较理想。

5 结束语

(1) 本文概略地阐述了引起建筑物沉降的各种因素, 包括建筑物自身因素, 持力土层以及各种内外部可能原因, 为研究建筑物沉降提供参考方向。

(2) 高精度的监测成果对于后期预测至关重要, 文中系统阐述了沉降监测的各项技术要求及实施步骤, 为获得理想的数据奠定基础。

(3) 本文利用双曲线平移理论, 结合计算程序与尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程预测沉降量, 实践证明拥有较高的拟合效果, 可为高层建筑设计与施工提供一定的实践依据。

参考文献

[1]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[2]陈祥福.沉降计算理论及工程实例[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]陈希哲.土力学与地基基础[M].北京:清华大学出版社, 1997.

[4]许永明, 徐泽中.一种预测路基工后沉降量的方法[J].河海大学学报, 2000, (5) :110-113.

浅析导线测量及其平差方法 篇7

关键词：全站仪,导线测量,平差方法,方位角

一、导线测量的形式

导线测量是进行平面控制测量主要方法之一, 它适用于平坦、隐蔽的地区和城镇建筑密集的地区。根据测取的地形以及已有高级控制点的情况, 导线可布设成下列几种形式:

1.1 闭合导线

导线从一点开始, 经过一系列的导线点, 最后由回到原来的起始点, 形成一多边形的, 称闭合导线, 如图1;闭合导线多用于宽阔地区的控制。

1.2 附合导线

导线起始于一个高级控制点, 最后符合到另一高级控制点, 称附合导线, 如图2;复合导线适用于狭长地区的控制。

1.3 支导线

导线从一已知控制点开始, 既不府河到另一已知点, 也不回到原来起始点的, 称支导线;这种导线由于没有检核条件, 故只能用于图根控制。

1.4 节点导线

从三个以上高级控制点开始的导线, 在一个或几个共同点上汇合的, 称节点导线, 汇合点称节点, 如图3;布置成结点导线, 由于增加了检核的条件, 可以提高导线点的精度。

1.5 导线网

当若干个闭和导线连接在一起, 就形成导线网, 如图4;在测区范围较大时, 其首级控制常布设成导线网。

二、导线测量的方法

由于导线测量的方法种类多, 故在此只以闭合导线为例介绍其导线测量的方法和导线测量平差的方法, 在导线测量的平差方法中不再赘述。

2.1 导线的角度量测和距离量测

量测水平角:

量测距离:

角度闭合差:

改正后的角度:

2.2 依照量测出的角度计算坐标方位角

2.3 计算各点的坐标增量

三、导线测量的平差方法

3.1第一种方法是使用间接平差的原理。角度平差的分配原则是将角度闭合差按相反符号分配到各个角, 不能整除的余数均匀分配的短边上。以下详细介绍坐标平差的间接平差方法。

3.1.1坐标增量闭合差的计算

从理论测图中我们可知, 闭合导线的从横坐标增量代数和, 理论上都应该等于零。即:

由于所测边长中都不可避免地存在着误差, 因此按测得的边长和改正后的角值计算出的坐标增量, 其代数和往往不等于零而等于某一数值fx fy, 这数值就是纵坐标和横坐标的坐标增量闭合差。即:

从式中可以得出, 由于坐标增量闭合差的存在, 使闭合导线在A点处不能闭合, AA`间的距离f为导线全长闭合差。故

3.1.2坐标增量的调整

由于计算坐标增量是采用经过调整后的角度, 所以坐标增量闭合差可以认为主要是由导线边长的误差所引起。因此, 坐标增量闭合差可取相反的符号, 按边长的比例分配到各变的坐标增量中去。故各边坐标增量的改正数为:

而坐标增量改正数的总和必须满足以下条件:

3.1.3坐标的计算

从已知坐标的起始点1开始, 根据调整后的坐标增量, 依次推算其他导线点的坐标。即:

采用全站仪测量导线并进行间接平差, 直接在已经测得导线点的近似坐标上进行改正, 方法简单, 易于掌握, 避免了传统平差法的方位角的推算和改正, 以及坐标增量的计算和改正, 能大大提高工作效率, 而且不易出错。同时可以看出传统附和导线测量需要两条已知边, 作为方位角的检核条件, 而全站仪导线间接平差, 只需要一条已知边和一个已知点即克, 使导线的布网更加灵活。

3.2第二种方法称为坐标转换平差法, 其基本思想就是:根据导线起点和终点的坐标闭合差计算出坐标转换参数, 再以求得的转换参数对其他导线点的观测坐标进行转换, 求得各点的坐标改正数, 从而求得各导线点的平差坐标。

3.3第三种方法的求值过程是:根据观测坐标和已知坐标, 计算各导线点闭合差方程系数;计算导线角度改正数Vb和测距相对误差VS;计算各未知导线点的闭合差;最后计算未知导线点的坐标平差值。

3.4第四种方法的基本思路是:通过增测终边另一端点坐标, 同时构成坐标条件与方位角条件, 获得坐标闭合差与角度闭合差, 并从误差分析入手, 推导出角度误差对坐标的影响, 从而将坐标闭合差分解为角度误差与边长误差两部分, 再分别进行平差。

参考文献

[1]唐平英.全站仪坐标导线的坐标转换法平差及应用.长沙交通学院学报.2001.

[2]赵显富、宋喜民.电子速测仪坐标导线平差计算方法.测绘通报.1999.