三维位移监测（共7篇）
三维位移监测 篇1
0 引言
我国幅员辽阔,地形地貌复杂多样,是地质灾害多发的国家,每年滑坡、崩塌、泥石流等各种地质灾害给我国造成严重的经济损失和大量的人员伤亡。开展地质灾害监测能提前获取灾害信息,做到提前预防预警,可以有效避免人员伤亡和经济损失。在地质灾害监测中位移是非常重要的参数,国内外都将位移和变形监测放在首位。位移在在滑坡监测中作为一种直观量,能有效判断滑坡变化的速度,尽快采取有效措施,避免危害的发生。常规位移传感器主要测得位移在直线上的变化情况,实际滑坡变形时位移往往是非直线的,这就对传感器提出了更高的要求。基于机器视觉和激光技术的相对位移测量装置有效克服了位移非直线变形的弊病,利用激光成像技术实现了相对位置变形的确定,可以测量灾害体在三维空间上的位移变化量,相对只能实现二维测量的激光监测手段而言前进了一大步。采用激光成像技术来监测变形体之间的位移变化,可以实现非接触测量,且测量精度高。
1 装置组成
激光三维位移测量装置由发射模块和接收模块两部分组成,发射模块主要为带有两个有一定夹角的点激光发射管,在测量时发射两条激光线。接收模块由一块白色PVC板和摄像镜头组成,用来实现反射后激光光线的接收和对比,以确定位移变化量。两个模块的控制装置采用低功耗的MSP430单片机控制,并采用TI的CC1100无线电芯片通讯,选用ST的LIS331芯片测量姿态。
本装置采用右手笛卡尔坐标系,以接收模块的PVC板中心为坐标系原点,向上为Y轴正向,指向发射模块为Z轴正向,如图1所示。
发射模块和接收模块分别安装于需要监测的两个点上,如图2所示。本装置能测量两个模块安装点的相对位移的变化,测量发射模块的两条激光线在接收模块上的图像,并和系统标定数据进行比较,可以计算出当前时刻与系统初装时位移的变化关系。以笛卡尔坐标系为例,能测量出当前时刻与初始安装时刻的X、Y、Z三个坐标轴方向的偏移量。
图2激光位移监测结构图(参见下页)
ST的LIS331是三轴数字的MEMS加速度计,具有超低的功耗。能够以最高400Hz的速率进行加速度测量。当模块的安装点发生滑坡或其他运动时,安装在此地的模块就测量到三轴的加速度值发生了变化,及时做出警示。
2 测试原理
2.1 姿态测量
在发射模块和接收模块都安装有ST的LIS331,是三轴数字的MEMS加速度计,在安装完成后测量当前模块的安装姿态并记录下来。当模块垂直向上放置时,X轴向的值为0,Y轴为g(一个重力加速度),Z轴为0。如果模块绕X轴转动正角度则X轴值还是0,Y轴值为g*cot(),Z轴值为g*tan()。当前测量值与初安装时值比较就可得出模块的姿态变化量。
2.2 位移的测量
在姿态测量的基础上首先去除由于姿态变化带来的位移变化量。如图3所示为接收模块初始安装时摄像机所成的像,发射模块射出的两条激光线在接收模块的PVC上呈现两个圆点S0和S1。当发射模块与接收模块没有发生相对位移变化时,PVC上的两个激光点的位置也没有位移变化。当前测量图像如图4所示时,PVC上的两个激光点与初始安装时发生了位移变化。已知发生模块两个激光管的初始安装所成的角度A,初始安装时PVC上两个激光点在X轴上距离为0,在Y轴距离D0,当前时刻S0和S1的距离为D1,S0点在X轴上偏移D3,在Y轴上偏移D2。所以可以得出发射模块和接收模块的相对位移量变化为:X向偏移=D3,Y向偏移=D2,Z向偏移=D0/tan(A)-D1/tan(A)。
图4当前时刻PVC成像(参见右栏)
2.3 数据处理
发射模块和接收模块采用TI的MSP430单片机并通过TI的CC1100无线电芯片以433MHz通讯。系统安装时两个模块进行系统时钟的同步,可根据监测周期的需求定时地同时启动两个模块的系统。在发射模块发生两条激光线时,测量模块进行图像采集。发射模块在每个周期进行时钟的同步,修正系统的累积误差。并发送自己的姿态数据给接收模块。接收模块根据接收到的数据和本模块姿态数据完成姿态的测量。根据摄像头的采集图像和初始安装时的数据计算出两个模块的相对位移数据。
3 结语
本装置具有测量安装点的姿态变化和两个测量点的相对位移量的功能。结构简单、测量可靠、系统的功耗低,可以根据现场情况采用市电供电,也可以用太阳能电池板供电。能用于山体滑坡、地质裂缝等地质灾害的监测与预警。
由于激光具有高方向性、高单色性和高亮度的特点,激光式位移监测装置可实现无接触测量。它的优点是速度快、精度高、量程大、抗光/电干扰能力强等。同时传感器的测量不受被测物的材料、质地、形状、反射率的限制。并且由于激光的光点很小,可以有效监测小面积被测面。随着半导体激光器和CCD等图像探测用电子芯片的发展,激光式位移传感器在性能会不断改进。
参考文献
[1]赵雪梅,张青,史云.激光位移监测系统研制工程地球物理学报[J].2007,4(6):545-548.
[2]史云,陈实,冯苍旭,等.地质灾害监测新仪器-激光微小位移监测系统[C].中国科协2002年年会论文集.
基坑水平位移监测方法分析 篇2
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。
参考文献
[1]赵鹏飞,潘国荣,谷川.基于精密测距和方向线偏移法的基坑水平位移监测[J].工程勘察,2009(10):87-81.
[2]祝昕刚.小角法在变形监测中的应用[J].地矿测绘,2011(4):38-39,42.
[3]胡园园,黄广龙,史瑞旭.深基坑水平位移监测方法的分析与比较[J].现代测绘,2012(01):40-44.
[4]何晖,邹升伟,李栋栋.基坑监测中两种监测手段相结合的应用及精度分析[J].甘肃科学学报,2015(03):59-61+73.
[5]杨雪峰,刘成龙,罗雁文.基于自由测站的基坑水平位移监测方法探讨[J].测绘科学,2011,36(5):153-154.
[6]郭美奇,陈赫.基坑水平位移监测中全站仪坐标法与经纬仪视准线法的精度比较[A].吉林省土木建筑学会.吉林省土木建筑学会2014年学术年会论文集[C].吉林省土木建筑学会:,2014:3.
[7]熊春宝,潘延玲,岳树信.基坑水平位移监测的方法比较与精度分析[J].城市勘测,1996(04):14-21.
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].
北京某工程基坑位移监测分析 篇4
基坑开挖会对周边建筑物带来不利影响:一是基坑开挖使建筑物的基础产生沉降和位移, 引起建筑物结构破坏;二是支护结构变形和内力发展到一定程度会使上部结构失稳和破坏。因此, 研究基坑开挖对临近建筑物的影响具有重要意义。
基坑开挖对邻近建筑物影响问题, 涉及到基坑、土体、支护结构等多方面, 分析过程中包含各系统相互影响、相互作用, 研究任务复杂、计算量大。从力学角度分析, 基坑开挖对邻近建筑物影响, 首先是基坑与土体之间的关系即基坑开挖引起坑外土体沉降和位移, 其次是坑外土体与支护结构的关系即坑外土体位移与支护结构位移的耦合作用, 最后是建筑物基础与其上部结构的关系即建筑物基础在基坑开挖过程中的附加位移和内力使其上部结构产生附加位移和内力影响建筑物的稳定和安全。
1 工程概况
该工程位于北京市区中心位置, 占地面积19 227 m2, 其中长420 m, 宽50 m;建筑面积42 617 m2, 其中地上20 622 m2、地下21 995 m2;地上3层、地下2层, 建筑高度17.6 m, 筏形基础, 框架结构。
1.1 支护结构
工程基坑长420 m、宽50 m, 呈长方形, 除基坑北侧和基坑南侧西南角小部分开挖至-7.77 m外, 其余大部分开挖至-10.17 m, 土方开挖量约160 000 m3, 基坑等级为一级。基坑北侧支护主要是利用已竣工围墙的基础桩, 采用桩锚支护;基坑西、南两侧采用钢管桩桩锚支护;基坑东侧采用土钉墙支护。微型钢管桩1 005根, 预应力锚杆1 000根, 土钉墙支护面积约7 000 m2。
1.2 地质条件
经现场勘探、原位测试和室内土工试验成果分析评判, 某新建工程场地地形较为平坦, 地面高程介于44.4 m~46.02 m, 属于冲洪积平原, 岩土工程勘察等级为乙级。在钻探深度20 m范围内, 除 (1) , (2) 层组为人工堆积层外, 其他地层均属第四纪沉积地层, 地基均匀稳定, 无不良地质作用, 属中等复杂地基。土层地质条件如表1所示。
2 竖向位移监测方法
本工程竖向位移监测及沉降监测采用假设高程系统, 几何水准法进行观测[1]。高程基准点组成基本水准网作为竖向位移及沉降监测的高程控制网, 并定期进行稳定性检测。
2.1 高程基准点的布设
在基坑施工影响范围以外的区域布设3个高程基准点, 其中在基坑南侧稳定的永久性建筑物及东侧国家大剧院附属建 (构) 筑物上埋设2个墙水准点, 在基坑西侧草坪埋设1个混凝土普通水准标石水准点, 作为竖向位移监测及沉降监测的高程基准点。埋设方式如图1, 图2所示。
2.2 高程基准网检测
2.3 监测点布设
分别在基坑土钉墙顶部和护坡桩顶部间隔20 m左右布设1个竖向位移监测点。监测点的埋设工作随着基坑施工进度不断推进, 最终在基坑护坡桩桩顶共布设52个竖向位移监测点, 编号依次为P1~P52号, 在基坑边坡共布设22个竖向位移监测点, 编号依次为B1, B2, B37~B56号。
2.4 标志埋设
在地面钻ф25 mm深100 mm的孔洞, 将标志涂抹粘合剂后埋入, 标志周围之间的缝隙采用水泥砂浆填实, 标志外露50 mm。标志如图3所示。
根据拟定方案, 在基坑周边道路上间隔20 m左右布设1个竖向位移监测点, 共计布设50个点位, 点位埋设在基坑四周的沥青路面。
观测点标志埋设方式如图4所示。
在基坑邻近建筑物的四角、中部等位置分别布设监测点。共布设32个点位, 编号依次为F1~F22, F4-1, F4-2, F5-1, F7-1, F7-2, F11-1, F14-1, F16-1, F20-1, F21-1号。监测点标志埋设方式如图5所示。
2.5 监测方法
基坑边坡及护坡桩桩顶竖向位移监测、基坑周边道路竖向位移监测、基坑周边建筑物沉降监测均采用几何水准法, 使用DL-111C型电子水准仪按二级水准测量精度施测, 水准观测的视线长度不大于50 m, 前后视距差不大于2 m, 前后视距差累计不大于3 m。观测数据采用清华山维工程测量控制网微机平差系统严密平差计算, 平差后观测点测站高差中误差均不大于±0.5 mm, 满足规范要求。
3 水平位移监测方法
基坑边坡及护坡桩桩顶水平位移监测采用假设坐标系统, 按基准点、工作点和观测点三个层次逐级布设, 平面基准点埋设在基坑影响区域以外的稳定处, 作为位移监测工作的基准点。工作点埋设在基坑周边相对稳定且便于观测处[2,3]。根据该基坑水平位移监测点多, 精度要求高, 观测频率密集的特点, 数据采集使用了测量机器人技术, 确保观测精度和观测成果及时提交。
监测点采用强制对中方式以提高观测精度。在工作点架设测量机器人TCA2003, 通过观测工作点与基准点的距离来校正工作点的坐标, 同时采用极坐标方法对目标点进行测量。
由于受现场通视条件限制, 本次水平位移监测在基坑周边相对稳定处埋设8个工作点。工作点标石采用现场浇筑混凝土普通标石, 标心刻有0.1 mm粗的“十”字丝或嵌有直径1 mm的铜丝。埋设规格如图6所示。
在基坑回弹和受压力影响区域以外稳定的建筑物上, 选择与工作点通视的地方粘贴规格60 mm×60 mm徕卡反射片作为平面基准点, 共设13个平面基准点, 标志规格如图7所示。监测过程中, 1个工作点分别对应2个平面基准点, 工作点与2个基准点连线的夹角近于90°, 每次观测前采用精密测距方法对工作点坐标进行测量修正, 从而避免所有监测点监测的数据因工作点变化而受到影响。
在监测实施期间, 定期对平面基准点进行联测, 以便核检平面基准点的稳定性。观测期间共核检6次, 核检结果表明, 在整个监测期间平面基准点是稳定的。
3.1 监测点布设
基坑边坡及护坡桩桩顶水平位移监测点布设方式与竖向位移监测点的布设方式一致 (水平位移监测点与竖向位移监测点点位标志共用) 。
3.2 监测方法
水平位移观测采用TCA2003自动监测系统进行自动观测, 分别对基准点进行距离观测10测回, 监测点角度、距离观测2测回, 其中方向1测回内2C互差不大于5″, 同一方向值各测回互差不大于3″, 距离1测回读数间较差不大于1 mm, 单程测回间较差不大于1.4 mm。观测数据均满足规范要求。
观测数据检查无误后, 采用Excel软件及清华山维工程测量控制网微机平差系统计算, 求出位移分量和累计位移分量。
3.3 观测精度分析
水平位移观测时, 首先进行测站点的坐标修正, 鉴于测站点距离基坑还有一定距离, 基坑只对垂直于基坑方向有影响, 因此对测站点坐标修正只需修正垂直于基坑边的坐标分量, 平行于基坑边的坐标分量不作修正[4,5]。
测站点误差为:
式中:mxg, myg———测站点坐标的分量误差;
mxg———垂直于基坑边的分量误差。
观测点精度估算如下:
观测点坐标采用测回法2测回测角, 重复精测法测距4次, 其坐标计算公式为:
根据误差传播定律可得:
则, 最弱点点位估算中误差:
因此, 本工程中水平位移监测精度能够满足基坑支护工程变形观测精度要求。
4 结语
本文通过对北京地区某新建工程在基坑开挖过程中出现的支护体系设计变更、道路开裂下沉、南侧房屋裂缝等情况, 运用多种监测手段和理论分析方法对基坑周边环境的影响进行了研究和分析, 得出以下结论:
基坑开挖会对周边环境造成一定的影响, 临近建 (构) 筑物会产生一定的位移和变形, 如果设计和施工方案欠佳、施工组织不科学、发现问题不及时、应急措施跟不上, 当出现严重不均匀沉降时, 不仅危及到工程本身的安全, 而且还会对周边居民的生命和财产造成损失。
通过对基坑工程中桩顶位移、边坡位移、建筑物沉降、道路沉降研究与分析, 对地下水控制不当是造成工程出现问题的直接原因。在基坑工程中加强对支护体系的论证, 做好对地下水的控制, 并对沉降进行严密监测, 及时处理过度沉降问题, 是做好基坑工程安全施工的关键。
运用常用的监测和数据分析方法对基坑周边环境的影响起到了预测预警作用, 在基坑工程中采用合适的监测和分析方法有利于加强对基坑周边环境的预判和控制。
摘要：结合北京某工程的基坑支护结构及地质条件, 从监控点的布置、测点的埋设、监测方法、数据分析等方面, 介绍了基坑变形监测体系的设计方法, 并对观测误差作了分析, 指出精度满足基坑监测的要求, 对今后类似基坑工程的安全监控具有参考价值。
关键词：深基坑,位移监测,高程基准点,监测点
参考文献
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轴向位移监测的安装及调试 篇5
1 冷活动区和热活动区
推力轴承间隙中推力盘在通常情况下可以移动的范围叫做冷活动区。测量“冷”活动区时 (见图1) 要在冷态 (外界温度) 和停机的情况下进行。在满负荷和工作转速的情况下, 冷活动区是要增大的。这个变化是由于高负荷 (工作负荷) 作用在推力轴承上产生的。影响活动区的其他因素还有热膨胀, 推力轴承组件的弹性形变, 推力盘形变和油膜压缩。因此, 当机械在满负荷情况下运行时就会产生一个“热”活动区, 通常热活动区要比冷活动区要大许多。在图1所示的例子中, 冷活动区是16mils (0.4mm) , 探头间隙为42到58mils, 其相应的前置器输出是-8.4到-11.6Vdc。而热活动区是24mils (0.6mm) , 探头间隙是38到62mils, 前置器相应的输出电压是-7.6到-12.4Vdc。这表明活动区的范围增加了50%, 当然, 情况并非总是这样。
常见的情况是, 没有经验的用户在使用轴向位移监测系统时不考虑冷活动区和热活动区的变化。而是根据机械停下来时测得的冷活动区来设置代表推力盘与推力轴承接触点的报警值 (I值) 。因此当活动区增大时, 用这种方法设置的报警点表示的是推力盘在推力轴承间隙中的位置, 而不是推力盘与推力轴承接触点的位置。当大轴发生变化, 达到报警值时, 就会导致监测系统产生误报。
防止这种类型的误报有两个方面的工作要做。第一, 要认识到冷活动区和热活动区的不同, 并以此为依据设置报警点。第二, 报警点应表示已有5到10mils (25到250um) 厚的乌金磨损。在此基础上设置的危险报警表示乌金块在报警磨损的基础上又有10到20mils (250um到500um) 的磨损。即使考虑到热活动区存在也有发生误报的可能, 这可能是由以下的原因产生的; (1) 设置的报警点太靠近轴承的表面。 (2) 热活动区的范围不够大。 (3) 在安装探头时有一些小的偏差。最后说明一点, 准确的监测轴向位置, 不一定能避免轴承的磨损, 但能够避免机械严重的轴向磨损和潜在的损坏。
实际上, 从监测的观点上来看, 我们希望推力轴承有一些磨损。如果轴向位移监测器发出报警, 而检查的结果却没有发现推力轴承损坏, 那么运行人员就会丧失对监测系统的信任。在设计机械时, 大多数机械的推力轴承都被设计成能承受一定的乌金磨损, 并在达到轴向磨损的危险值之前长期运行, 这就是说有理由允许在检测器发出报警I值之前有一定的乌金磨损。确定特定机械的冷活动区和热活动区时, 应向生产厂家咨询, 并结合实际运行经验改进轴向位移测量。
2 传感器的测量范围和轴位移的范围
对于任何机械来说, 所要求的轴向位移测量范围都应包括大轴在推力轴承中正反两个方向上所允许变化的最大范围。轴向位移的范围不仅仅包括推力轴承的间隙 (冷活动区和热活动区) , 还应包括乌金在两个方向上 (工作面和非工作面) 允许的磨损在内。在图1所示的机械中, 推力轴承的间隙 (热活动区) 是24mils (0.6mm) , 在达到危险点之前, 在推力轴承的两侧还允许有17mils (0.4mm) 的乌金磨损量。因此, “转子的活动范围” (转子所有允许活动范围的总和) 是58mils (1.4mm) 。在图1中所标出的传感器的线性范围大于转子可移动的范围。安装所有的轴向位移检测系统时, 都要求传感器的线性范围大于转子允许移动的范围。实际上, 传感器的测量范围超出转子可移动范围越多, 越容易将系统安装好。
如果传感器的线性范围仅仅和上面提到的总的转子可移动范围一样大, 那么安装探头时尽管可以在探头与轴之间找到合适的间隙, 但很困难。例如, 如果传感器的线性范围是60mils (1.5mm) , 那么就有必要调整探头, 使传感器的线性范围中心与转子的冷活动区中心重合。在本例中, 探头间隙应尽可能调到58mils (1.4mm) , 即间隙电压为-11.8Vdc。这时推力盘就顶住了推力轴承的工作面。
从另一种情况来看, 如果传感器的线性范围是80mils (2mm) , 那么, 初始探头间隙就不需要严格定在58mils, 当推力盘顶住工作面时, 探头间隙调整在48到68mils (1.2到1.7mm) 范围之内, 系统即可正常工作。以上解释了推力轴承间隙和冷活动区、热活动区的概念, 并说明了前置传感器线性区与推力轴承间隙之间关系的重要性。以下将讨论探头安装、监测器校验所涉及到的问题。文章给出了两种仪表设置方法, 一个将仪表的零点设置在活动区中央, 另一个是将仪表的零点设置在推力轴承的工作面。设置报警点时要考虑到为机械提供合适的保护, 保证监测系统的完整性和使运行人员建立起对监测器信心, 以下据此给出了设置报警点的建议。
在本文的上半部分建立了传感器线性区与推力轴承活动区之间的关系。在本文的下半部分还要用到图1所示的情况。图1所示, 传感器的线性区是80mils (2mm) , 最小间隙是10mils (0.25mm) , 最大间隙是90mils (2.25mm) 。与此相对应最小的间隙电压是-2.0Vdc, 最大的间隙电压是-18Vdc。探头线性区中心的间隙是50mils (1.25mm) , 其间隙电压是-10.0Vdc。
在理想情况下, 传感器线性区的中心应与转子活动区 (冷活动区或热活动区, 两者的中心相同) 一致。但是把转子准确地放在活动区中心, 并将其保持在中心位置上是非常困难的。简单的方法是把转子 (推力盘) 推向一推力轴承的一侧 (一般为工作面) , 这时再安装探头, 使其有正确的间隙和电压值。
注:将转子顶住轴承面 (尽可能地靠近) , 在正常运行工况下, 这个轴承面要作用在轴承上。做这项工作时, 千斤顶是非常有用的。
根据图2所示的例子, 如图冷活动区是16mils (0.4mm) , 当推力盘被推到推力轴承的一侧时, 那么转子距间隙中心就是8mils (0.2mm) 。其间隙电压与中心点的间隙电压就相差1.6Vdc。这就是说推力盘顶住轴承的工作面时 (在此例中为远离探头) , 其探头间隙大约是58mils (1.45mm) , 相应的间隙电压是-11.6Vdc。
3 转子轴向位移和仪表读数
探头间隙和推力轴承中推力盘的位置之间的关系确定好之后, 系统中第三个变量, 即仪表读数就应确定。在控制室即不能看到转子的实际位置, 也不能直接看到探头的间隙电压值。运行人员与测量系统的交往只有仪表的读数, 因此有必要在仪表上建立推力盘位置与探头间隙电压之间的正确关系。大多数厂家的推力位置监测仪表在正常运行工况下都显示轴向位置 (位移) , 本特利的推力位置监测仪表也是这样做的, 但是, 与大多数仪表一样, 运行人员也可通过仪表前面板上的开关来读出探头的间隙电压值。在设置监测仪表系统的过程中有一个重要的步骤是不能省略的, 这就是校验。正确的校验才能保证当间隙电压发生变化时, 轴向位移监测系统产生的读数变化能正确地反应转子轴向位移的真实变化。
在将轴向位移传感器安装在被监测的机械上之前, 要进行传感器的校验。校验传感器时要用一个千分尺 (其靶盘应与大轴是同一种材料) , 校验时所测得的传感器输出的电压变化值正确反应轴向的位移量。进行这项工作是为了检查传感器的灵敏度。标准的灵敏度是200mV/mils (8V/mm) , 有些系统所使用的传感器的灵敏度是100mV/mils (4V/mm) 。
在探头安装之前进行监测器校验, 校验时要使用准备安装在机械上的探头。如果探头已安装在机器上了, 应用一相同类型的探头 (接头、线圈直径和电缆长度相同的传感器) 来代替已安装在机器上的探头进行校验。设置轴向位移监测仪表 (仪表零点) 一般有两种方法, 这两种方法都是可使用的。其不同在于当转子在正常工作状态时, 仪表的读数不同。
方法1:活动区的中心为仪表的零点。用这种方法设置的仪表, 仪表指示零 (中间) 时, 表示转子位于推力轴承间隙的中间位置。见图3。因为转子很少在运行时处于推力轴承间隙的中间位置, 仪表的读数 (机械在正常运行情况下) 一般不为零。读数距零点有一定的偏移 (通常是向工作面方向偏移) , 偏移量是热活动区的一半。
在上面的例子中, 用这种方法设置仪表后, 仪表的读数一般在工作面方向12mils (0.3mm, 也可能稍微小一点, 这取决于推力盘与轴承面之间的油膜厚度) 处。与12mils读数相对应的探头间隙电压是-12Vdc。仪表读数在非工作面方向12mils (0.3mm) 处时表示转子顶住了推力轴承的非工作面 (间隙电压是-8.6Vdc) 。
这种设置的优点是传感器线性区与仪表范围的逻辑关系比较清楚。探头线性区的中心与仪表的中心是重合在一起的。因为轴向位移的监测器都可采用相同的参考点 (仪表零点与活动区零点重合) , 使得仪表人员的工作变的简单了。这个方法的缺点是如果不同的机械有不同的热活动区, 那么一般来说每一个机器监测器的读数就会不同, 而且在大多数情况下, 每台机器的热活动区是不同的, 这就给在控制室工作的运行人员的工作带来了一些不便。
方法2:仪表的零点设置在活动区的工作面。第二种方法的目的是为了克服前一种方法带来的缺点, 使所有的机械上的轴向位移仪表都有相同的读数, 即仪表指示零点或接近零点 (在正常工况下) 。这给运行人员的工作带来了方便, 只有仪表的读数显著地偏离零点, 运行人员才需给予注意。但是这有给仪表人员的工作稍稍带来了一些困难, 因为这样对于不同机械的轴向位移监测器来说要进行不同的设置。
在进行仪表调试过程中, 要考虑到热活动区的大小, 使转子顶住轴承的工作面 (理想状态下, 转子通常运行在热活动区) 时, 仪表读数为零。如图4所示。在调试时遇到的问题是很难在停机 (冷态) 的情况下模拟热活动区的情况。这样就只能将仪表调整到停机情况下其他的模拟参考点上。还以以上的例子为例。如果热活动区是24mils (0.6mm) , 冷活动区是16mils (0.4mm) , 两者之间就是8mils (0.2mm) , 或者说中心两侧各有4mils (0.1mm) 间隙差。在停机并且推力盘被推到轴承的工作面的情况下 (冷活动区) , 调整仪表, 使其指示在非工作面方向4mils (0.1mm) 处, 对应的间隙电压是-11.6Vdc。机组运行在正常工况时 (推力盘顶住推力轴承的工作面时——热活动区) , 仪表的读数应为零, 探头间隙电压为-12.4Vdc。请注意, 只有确切地知道冷活动区和热活动区之差, 或者由于某种原因机组运行起来热活动区稍微有些变化, 那么仪表就不会指示在零位。在任何情况下, 如果冷活动区与热活动区比较接近, 那么用这种方法调试仪表后, 仪表的读数就会接近零。
方法1和方法2的相同和不同点:如上所述, 转子在正常运行位置, 用方法1和方法2设置的仪表读数结果不同。在一般运行工况, 方法1读数结果不等于零, 而方法2的读数结果等于零 (或接近零) 。两种设置方法的相同之处也是非常重要的。无论采用哪种设置方法, 转子轴向位移与探头线性范围之间的关系是相同的。在这两种情况下, 将探头调整到传感器线性范围的中心即轴承间隙的中心 (活动区) 。
通过比较图3和图4的相同点, 在两种设置方法中, 探头线性范围 (-10Vdc) 的中心即为轴承间隙的中心, 且当转子在正常运行位置时, 探头间隙电压是-12.4Vdc。
注意:一旦确立合适的轴向位移/探头间隙/仪表读数之间的关系, 不要改变此参考点, 特别是设备启动后。例如, 假定设备在正常状态下用上述方法2设置仪表, 仪表的读数为零, 启动后, 因为热活动区的计算稍微不正确, 读数不零。在这种情况下, 不要为了使仪表读数为零而重新调整仪表和探头。如果设备启动后再重新调整仪表, 就会失去曾经确定的原参考点的对应关系。特别是在将来监测系统显示故障时, 应坚信参考点变量数据的正确性。例如, 如果仪表读数发生变化并且怀疑读数反应大轴确实移动与否, 则必须查对监测器上的读数。根据原设置的数据, 任一仪表的读数对应一探头间隙电压, 依次可知在轴承间隙内轴的位置。如果设备启动后仪表或探头被重新调整, 那么就无法根据仪表读数确定轴的实际位置。
4 监测报警设定点
在考虑轴位置监测报警设定点时, 不要认为监测此参数的目的是使推力轴承完全免受损坏。设定报警点首要目的是防止轴向的严重磨损和设备损坏, 实际上, 在绝大多数运行条件下, 推力轴承有一些磨损是允许的。在有轴向磨损之前推力轴承通常有足够的乌金维持长期损耗, 这就是允许在到达第一个报警设置点之前有一些乌金磨损的原因。从监测的观点来看, 希望报警后有些乌金磨损。如果出现了推力轴承报警, 检查结果推力轴承却无损坏, 那么电厂中的运行人员及其他人员对监测系统就会失去信任。因此将测得有乌金磨损或可明显看到的乌金磨损时的位置定为第一级报警动作点是合理的。
5 结语
尾矿库位移监测技术探讨 篇6
尾矿库观测的一部分工作内容可用肉眼进行。如观测坝坡有无明显变形、塌坑、沼泽化、渗水、裂缝及蚁穴鼠洞等。对于在用的重要尾矿库, 要进行更精细的观测, 则必须借助仪器设备完成。
1 尾矿库安全监测的意义
尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的, 用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所, 是金属与非金属矿山安全生产的重要环节, 也是需要在线监测的重大危险源之一。
尾矿库安全监测监控系统的实施, 便于企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关的技术指标的最新动态, 有利于及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状, 可以提高尾矿库的安全性, 保障库区下游企业正常运转及库区人民群众的生命财产安全, 避免因尾矿库事故而造成的环境污染, 对于加强尾矿库的安全监管, 把握尾矿库的安全现状, 减少尾矿库的事故发生等具有重要意义。
2 尾矿库位移监测的内容和方法
尾矿库坝体位移监测的技术手段有很多, 就观测目的而言主要分为平面 (水平) 位移监测、沉降 (垂直) 位移监测等。
2.1 平面 (水平) 位移监测
平面位移监测是指对尾矿库坝体水平位移的监测, 有以下几种方法:视准线法、真空激光准直法、小角度法和觇标法等。
1) 一般采用视准线法:此法适用于轴线为直线的坝的观测, 是目前观测尾矿库位移的常用方法。
2) 在坝端两岸山坡上设置工作点A和B, 将经纬仪安置在A (B) 上, 后视B (A) 点构成视准线, 以此作为坝体水平位移基准线。沿视准线在坝体上每隔50-100米水平距离埋设观测标点, 测出并记录各观测点中心偏离基准线的距离作为初测成果。当坝体发生水平位移时, 各观测标点与视准线的相对位置发生变化。测出标点中心新的偏离距离与初测成果相比较, 即可得出坝体水平位移量。
3) 观测标点设于坝体表层, 选择时必须注意选择有代表性的且能控制该变形情况的断面。如最大坝高断面、合拢段、有排水涵洞的断面以及地基工程地质变化较大的部位布设。一般在坝顶布设一排、在下游坡面布设2-3排, 排间距为50-100米。
4) 观测标点由底板、立柱和标点三部分组成。工作基点应设在每排观测标点延长线两端的山坡上, 要求安设牢固。
5) 坝体水平位移观测每季度至少测定一次, 并留有观测记录备查。
2.2 沉降 (垂直) 位移监测
沉降位移监测是指监测尾矿库坝体的垂直位移情况, 常用的方法有有精密水准法、静力水准法和分层沉降磁环法等。其中精密水准法的操作程序如下:
1) 设置水准基点:在两岸不受影响的部位设置水准基点。
2) 设置垂直位移标点:在坝体表面布设。
3) 时间控制:每季度至少一次, 可与水平位移观测同步进行, 测定垂直位移标点的高程变化并记录备查。
4) 当遇到下列情况时, 应适当增加测次:
(1) 地震以后或久雨、暴雨之后;
(2) 变形量显著增大时;
(3) 渗水情况显著变坏时;
(4) 库水位超过最高水位时;
(5) 在坝体上进行大规模施工之后。
3 三维位移监测技术在尾矿库监测中的应用
随着测量仪器和测量技术的发展, 市场上已经出现能实时连续观测监测点水平位移和垂直位移的测量系统, 由于此系统测量可直接获取监测点的三维坐标值, 故称为“三维位移监测系统”。该系统按监测点位移数据的采集方式可分为GPS法和自动型全站仪极坐标差分法。采集到的数据通过南方SMOS软件进行处理从而得到监测位移情况。
根据尾矿库的情况的不同, 采用多样的监测技术手段, 以达到最优监测效果:针对坝体规模大、通视性差、存在遮挡的尾矿坝坝体, 采用GPS法进行监测;针对坝体规模较小、通视性好的尾矿坝, 采用自动测量机器人极坐标差分法来进行监测。
这两种技术, 在尾矿库坝体位移监测中可以根据工程的具体情况, 取长补短互相搭配使用, 设计出最优的方案, 以达到最佳的监测效果。如下图1:
3.1 GPS法
GPS法是基于全球卫星定位系统来进行尾矿库坝体的位移监测, 利用GPS接收机实时采集监测点的坐标, 通过南方SMOS软件解算监测点的位移情况和位移速率。GPS法定实时监测精度为:水平位移精度<±3mm;垂直位移精度达到5mm。在10km内的短基线上GPS测量可以获得毫米级的定位精度。
采用GPS法进行尾矿库坝体位移监测的方式为:在监测站位置安装一台或多台GPS接收机, 每个监测点对应一台GPS接收机来获得其位移信息, 配合南方SMOS软件构成三维位移监测系统。
采用GPS法进行尾矿库坝体位移监测, 其特点如下:
(1) 可以自动获得实时监测数据, 通过SMOS软件生成三维坐标变化图和三维坐标变化速率图;
(2) 受地形限制较小, 观测点之间无需通视, 只对空开阔, 达到4颗卫星即可实现精确观测;
(3) 高度自动化, 无人值守, 全天候监测, 不受天气情况的影响;
(4) 成本随GPS监测点数量的增加而增加。
3.2 自动型全站仪极坐标差分法
自动型全站仪是一种能进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并获取角度、距离、三维坐标以及其他相关信息的智能型全站仪, 又被称为测量机器人。极坐标差分法通过自动型全站仪采集监测点的坐标数据, 利用南方SMOS软件来计算监测点的位移情况。使用该方法后自动型全站仪的测量精度可以达到亚毫米级。
采用自动型全站仪极坐标差分法进行尾矿坝坝体位移的监测的方式为:一台全自动测量全站仪与数个监测点目标 (棱镜) 及SMOS软件构成三维位移监测系统。
采用自动型全站仪极坐标差分法来进行尾矿库坝体位移的监测, 其特点如下
(1) 无需人工干预, 全自动采集, 自动获取三维坐标信息、传输、与处理监测点的三维数据;
(2) 测量精度高, 经过软件差分解算后可达到亚毫米级;
(3) 反射棱镜价格低廉, 监测点的布设成本低, 有利于增加监测点数。
通过以上比较可以得知, 目前三维位移监测的方案主要有GPS法和自动型全站仪极坐标差分法, 两者采用不同的数据采集部分都可以实现监测点坐标数据的自动采集, 通过SMOS软件来实现对尾矿库坝体位移的监测。
4 结束语
将尾矿库的安全管理纳入现代科学的范畴之内, 科学、即时、有效的监测监控, 以确保人民生命财产的安全和社会的稳定, 为构建和谐的生存环境, 做出应有的贡献。
摘要：尾矿库坝体位移监测技术在近二十年的时间内, 在国际上已经发展得比较成熟, 应用广泛。虽然我国应用这类技术还是近十年的事情, 时间较短, 但从尾矿库坝体位移监测工程的应用上已取得了零的突破, 逐步为业内人士所认可。
关键词：尾矿库,位移,监测技术
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基坑坑壁顶水平位移监测探讨 篇7
通过监测, 随时了解基坑的变形情况, 将监测数据与预测值相比较, 以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求, 为施工工作的开展及时提供反馈信息, 以确定和优化下一步的施工参数, 做到信息化施工;将现场测量结果用于信息化反馈优化设计, 使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。
由于基坑工程的复杂性及施工过程的许多不可预见因素, 对基坑施工安全形成种种不利因素。通常, 基坑及环境的稳定与安全集中表现为土体的变化情况, 因而边坡和环境的变形监测已成为基坑施工工程的一项不可或缺的主要内容, 它可随时调整设计施工方案, 控制土体变形, 做到动态设计和信息化施工, 为避免突发事故的发生提供可靠保障。
不同建筑场地的地形、地貌、地质条件、环境及施工工艺都不尽相同, 通过对监测数据的分析和研究, 可以随时了解基坑的实际情况, 并对设计方案的优化和完善提供最真实、最基础的资料, 同时可以验证设计理论的合理性和正确性。
1基坑坑壁顶水平位移监测事例
基坑坑壁顶水平位移监测工作在基坑的整个监测工作中起到了十分关键的作用, 水平位移一般采用直接测量坐标的方法进行各监测点的坐标参数差分测量, 能较为直观的反映基坑的变形情况, 此项工作分为四个部分进行:平面控制网的布设、基准点埋设、观测点埋设、监测点平面坐标测量。在广州市仑头—生物岛隧道基坑工程的监测实践中基坑坑壁顶水平位移监测得到充分的应用。广州市仑头—生物岛隧道基坑工程位于广州市东南角, 基坑周边重要建 (构) 筑物较多, 其东侧为居民小区, 西侧为赤瑞甲、乙线220 kV 10号高压电塔, 距离基坑较近, 开挖深度约15 m～20 m;基坑支护工程安全等级为一级。
1.1 平面控制网的布设
测区原北岸在南边涌北A8楼房顶上、丰年雕塑广场平台上及南岸停建的B4楼顶和隧道终端的山顶上共有三个起算点。平面控制网拟将整个测区南北岸统一布设, 北岸在公园北侧A6框架房顶上及基坑 (里程约K0+220) 西侧各增设两个平面基准点, 南岸在K0+730 2A东侧停建房顶上及K0+980西侧A6楼顶上增设两个平面基准点。以上七个统一布设成GPS网, 即南、北各设立三个平面基准点。为便于施工及提高监测平面控制网的精度, 与隧道施工控制网相连, 以隧道施工控制网的一个控制点为起算点, 以另一个隧道控制点作定向, 布设成与隧道施工控制网同系统的独立坐标系。以GPS卫星接收机加拿大Point公司生产的Smart3100is进行测量, 按一级平面控制网精度要求进行测设。采用4台套GPS进行常规静态模式观测, 观测时间均大于90 min。
1.2 基准点埋设
为了消除测站的对中误差, 根据地形情况, 基准点采用强制对中的观测墩形式埋设。基坑边的基准点采用深埋式强制对中的观测墩埋设, 见深埋式水准点的埋设;房顶的基准点强制对中观测墩的埋设在选定的楼板顶面打毛, 然后放置钢筋骨架后浇筑观测墩。基准点具体定位时会同甲方及监理单位, 根据现场实际情况, 埋设在既不影响施工又便于保护、施测的位置。
1.3 水平位移监测点埋设
监测点是固定在拟测构筑物上的测量标志, 埋设位置应保证施工期间和建筑物竣工后一段时期内能顺利进行观测, 并能正确反映构筑物的沉降情况。监测点采用ϕ16 mm钢筋预制, 一端刻有十字丝, 按设计图纸的位置埋设作为监测点。周围浇灌水泥砂浆固定。基准点及监测点埋设好后, 会同甲方、施工单位制定保护措施, 明确施工单位的保护责任人, 严防点位的碰动和破坏。
1.4 监测点平面坐标测量
1) 监测仪器:使用经鉴定合格的日本索佳全站仪进行观测。2) 采用规范:GJB 020-98广州地区建筑基坑支护技术规定、JGJ 120-99建筑基坑支护技术规程、YB 9258-97建筑基坑工程技术规范、JGJ/T 8-97建筑变形测量规范。3) 技术要求及精度分析:按照《建筑变形测量规程》中一级变形观测的技术要求施测。变形点的点位中误差为±1.0 mm。4) 观测时每次观测均要对基准点进行边长、角度检测校核, 验证其点位稳定可用后才对水平位移观测点进行观测, 并尽量避免在卷扬机、搅拌机等有振动影响的范围内设站。5) 施测方法:在基准点设站, 用极坐标法测量各水平位移观测点坐标, 由固定人员观测。准确计算出各点的坐标, 与第一次和上一次观测的差值, 即为该点的累计位移量和本次位移量。
图1为测定监测点到测站的距离, 测量监测点和测站连线与两个已知点连线的夹角。
计算监测点C坐标时, 先计算已知边BA的方位角:
测定角度β和边长BC, 根据公式计算BC方位角:
计算C点坐标:
在变形监测中, 对于基坑的位移考虑的是垂直于基坑方向的变化量, 基坑监测水平位移坐标系选择时, 一般选择基坑长边为x轴, 垂直基坑长边为y轴, 即矩形基坑变化量关心的仅是y方向或是x方向的变化量。
1.5保证水平位移监测质量的具体措施
1) 使用鉴定合格的全站仪;2) 严格按照规范要求的规程进行仪器操作, 减少照准误差及其他测量误差, 防止粗差;3) 测量时测站及棱镜严格对中, 以减少对中误差;使用与仪器配套的棱镜以减少棱镜常数引起的误差;4) 测量时测站的一端测定温度、气压, 并在观测时在全站仪中进行改正以减少气象误差;5) 定期对基准控制网进行检查复核, 确保控制网的可靠性, 减少起算数据对误差的影响。
2结语
1) 通过相对极坐标法在基坑工程监测实践的应用, 可以较精密地完成基坑工程的监测工作。2) 采用本方法进行基坑工程监测时, 需要对基准点是否受基坑施工的影响进行检核, 甚至基准点被扰动后需要重新设置, 从而能够保持观测资料的连续性。3) 可以直观地判断出基坑施工的影响程度和得出反映基坑变形的准确数据。4) 极坐标法相对固定工作站在基坑工程的监测中值得广泛运用。
摘要：结合具体工程实例, 介绍了基坑坑壁顶水平位移监测, 提出了保证水平位移监测质量的具体措施, 指出通过相对极坐标法在基坑工程监测实践中的应用可以较精密地完成基坑工程的监测工作, 值得广泛推广。
关键词：基坑,水平位移,监测,极坐标法
参考文献
[1]章书寿, 华锡生.工程测量[M].北京:水利电力出版社, 1993.
[2]刘招伟, 赵运臣.城市地下工程施工监测与信息反馈技术[M].北京:科学出版社, 2006.