1、水平位移觀測(cè)水平位移觀測(cè) 概概 述述u 土建施工水平位移監(jiān)測(cè)是相對(duì)于土建承包商和業(yè)主(或施工監(jiān)理)監(jiān)測(cè)而言,引入有資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)測(cè)單位實(shí)施的監(jiān)測(cè)工作。 水平位移監(jiān)測(cè)的對(duì)象一般針對(duì)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu),其目的是為施工區(qū)安全穩(wěn)定性判斷提供獨(dú)立、公正、及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。 施工工點(diǎn)距離周圍原有建、構(gòu)筑物一般較近,且情況復(fù)雜;施工場(chǎng)地普遍較狹小,其四周一般都修建高度大于2m的圍墻;場(chǎng)地內(nèi)一般建有辦公、生活設(shè)施,擺放各種建筑材料和施工設(shè)備, 并進(jìn)行施工用材的現(xiàn)場(chǎng)加工。同時(shí),基坑開挖過(guò)程中,多工種交叉作業(yè),開挖引起的振動(dòng)、揚(yáng)塵,電焊產(chǎn)生的弧光和煙霧,機(jī)械作業(yè)引起的熱浪等流動(dòng)和非流動(dòng)障礙普遍存在。由此可見(jiàn),

2、水平位移監(jiān)測(cè)受場(chǎng)地限制和施工影響較大 。u 水平位移監(jiān)測(cè)一般采用基準(zhǔn)線法、極坐標(biāo)法、前方交會(huì)法、后方交會(huì)法、精密導(dǎo)線測(cè)量法等。根據(jù)施工監(jiān)測(cè)的時(shí)效性要求,考慮土建施工的各種影響,宜使用高精度儀器,采用簡(jiǎn)易、省時(shí)、精度可靠的監(jiān)測(cè)方法。工作中一般使用全站儀,主要采用極坐標(biāo)施測(cè)法,個(gè)別工點(diǎn)也采用了基準(zhǔn)線法。以下分析采用全站儀按極坐標(biāo)法作水平位移監(jiān)測(cè)的精度。u 極坐標(biāo)法水平位移點(diǎn)位中誤差計(jì)算公式為： mp2= mx2 + my2= mD2 + D2 m22 (1) mp為位移點(diǎn)點(diǎn)位中誤差,mx、my分別為縱、橫坐標(biāo)中誤差,D為站點(diǎn)至監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離, mD為距離觀測(cè)中誤差,m為測(cè)角中誤差。 由mD=a+bD

3、 代入（1）式，得： mp2=（a+bD）2 + D2 m22 （2） 式中,a、b分別為測(cè)距儀固定誤差和比例誤差。可見(jiàn),位移點(diǎn)點(diǎn)位誤差與觀測(cè)距離和測(cè)角中誤差均成正比例關(guān)系。 對(duì)水平位移測(cè)量一等精度要求為:變形點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差1.5mm。而TM30全站儀標(biāo)稱精度為:方向測(cè)回中誤差0.5,測(cè)距精度(0.6mm+1ppmS)。即當(dāng)測(cè)角誤差不大于0.707、距離不大于340m時(shí),用此儀器按極坐標(biāo)法作水平位移監(jiān)測(cè),按(2)式計(jì)算的點(diǎn)位精度可達(dá)到一等監(jiān)測(cè)精度要求。 如果將最大施測(cè)距離限制在300m內(nèi),則：mp=1.37mm,此時(shí)若按mx和my對(duì)mp為等精度影響,可得mx=my=0.97mm。 因基坑監(jiān)測(cè)一

4、般顧及垂直于基坑邊線方向的位移量,故采用TM30全站儀施測(cè),觀測(cè)距離300m以內(nèi),則水平位移監(jiān)測(cè)之位移分量精度可達(dá)1mm以內(nèi)。 以上討論是儀器和鏡站都不含對(duì)中誤差條件下成立的。故采取強(qiáng)制對(duì)中措施是保障極坐標(biāo)法水平位移監(jiān)測(cè)精度的客觀要求。 若考慮起始點(diǎn)誤差影響觀測(cè)點(diǎn)精度估算則： m i 采用極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè),首先需在監(jiān)測(cè)場(chǎng)地建立工作基點(diǎn)。因土建施工場(chǎng)地狀況十分復(fù)雜,工作基點(diǎn)位置須通過(guò)第三方與施工方作深入的溝通來(lái)確定。選定工作基點(diǎn)位置考慮的重點(diǎn)是要保證點(diǎn)位的安全、穩(wěn)定,使之與各監(jiān)測(cè)點(diǎn)通視,且盡量考慮不致受到施工的影響。 考慮到成本原因,一般采納旋進(jìn)式強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩標(biāo)志 。該種觀測(cè)墩工件比較簡(jiǎn)單,加工難

5、度不大。加工要點(diǎn):用20mm直徑不銹鋼桿(長(zhǎng)度適當(dāng)),一端按儀器連接桿螺紋尺寸加工,將加工好的不銹鋼桿垂直焊接在帶中心孔的普通鋼板上,螺紋部份露出鋼板面,使其適合儀器旋緊。該部件需安裝 要求埋設(shè)的觀測(cè)墩上部。觀測(cè)墩地面高度以1.21.3m為宜。 水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)系在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)冠梁頂建立監(jiān)測(cè)墩標(biāo)志。監(jiān)測(cè)墩澆筑在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁(墻)頂,與圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成整體。監(jiān)測(cè)點(diǎn)墩與工作基點(diǎn)墩外觀基本相同,只是尺寸可小一點(diǎn),其高度不作要求,能測(cè)到即可。監(jiān)測(cè)點(diǎn)因位于施工范圍內(nèi),為防破壞應(yīng)對(duì)其加設(shè)保護(hù)裝置。 根據(jù)監(jiān)測(cè)需要,每個(gè)監(jiān)測(cè)場(chǎng)地布設(shè)24個(gè)工作基點(diǎn)。工作基點(diǎn)應(yīng)相互通視或組成三角形,便于檢查校核。將工作基點(diǎn)與業(yè)主提供

6、的施工專用控制點(diǎn)組成監(jiān)測(cè)控制網(wǎng), 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)要求,采用全站儀施測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)作嚴(yán)密平差計(jì)算,其各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足規(guī)范要求才能作為監(jiān)測(cè)起算數(shù)據(jù)。 水平位移監(jiān)測(cè)系從基坑開挖開始,基坑土建施工完畢并穩(wěn)定為止, 工期較長(zhǎng),故工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性檢查十分重要?，F(xiàn)場(chǎng)一般采用多測(cè)回實(shí)測(cè)固定角和固定邊的方法對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行檢核。應(yīng)充分利用基點(diǎn)之間的通視條件及周圍明顯穩(wěn)定標(biāo)志(如避雷針),以檢測(cè)、判斷工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性。當(dāng)檢查固定邊或角超過(guò)規(guī)定限差時(shí),應(yīng)分析原因,對(duì)不穩(wěn)定點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)測(cè)量或?qū)ΡO(jiān)測(cè)控制網(wǎng)進(jìn)行重新施測(cè)、平差。1. 邊角后方交會(huì)監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)（測(cè)站點(diǎn)）穩(wěn)定性 基坑支護(hù)工程變形監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)之一就是工作基點(diǎn)位置的

7、選定。為不受基坑變形影響，工作基點(diǎn)應(yīng)盡可能離基坑遠(yuǎn)一些，但施工場(chǎng)地比較狹小，工作基點(diǎn)要想離基坑遠(yuǎn)一些很難做到。不過(guò)，工作基點(diǎn)離基坑近一些也有優(yōu)點(diǎn)，在一個(gè)工作基點(diǎn)P上可以觀測(cè)到全部觀測(cè)點(diǎn)。 不管工作基點(diǎn)離基坑是近還是遠(yuǎn)，都必須對(duì)工作基點(diǎn)P的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 為提高工作效率，盡可能使儀器不換站，因此，采用邊角后方交會(huì)法來(lái)監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)穩(wěn)定性比較方便。 圖 中的A、B、C三點(diǎn)是固定點(diǎn)，一般可選在離基坑60150m的建筑物屋頂上，埋設(shè)固定標(biāo)志。 儀器架在P點(diǎn)，每次觀測(cè)2個(gè)角度01和02 ，觀測(cè)3條邊長(zhǎng)（平距）DPA、 DPB 、 DPC 。利用間接平差法求取P點(diǎn)的本期坐標(biāo)，再用公式: xi=xp+Dic

8、os(i+pA) yi=yp+Disin(i+pA) 計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。 因此，所有觀測(cè)點(diǎn)的計(jì)算坐標(biāo)值都克服了P點(diǎn)（測(cè)站點(diǎn)）位移的影響。如在實(shí)測(cè)中，我們對(duì)01和02用2級(jí)全站儀各測(cè)2測(cè)回，平距DPA 、 DPB和DPC只測(cè)1測(cè)回（讀數(shù)4次），經(jīng)間接平差精度估算可得：P點(diǎn)坐標(biāo)精度為MXP MYP 0.72 mm，PA邊的方向中誤差為： 2.2。 采用TM30全站儀進(jìn)行極坐標(biāo)法水平位移外業(yè)觀測(cè),其水平角、邊長(zhǎng)觀測(cè)測(cè)回?cái)?shù)一般不低于兩測(cè)回,邊、角觀測(cè)的各項(xiàng)限差執(zhí)行規(guī)范要求。通過(guò)二次開發(fā), TM30全站儀可按測(cè)回法作水平角、垂直角和距離自動(dòng)觀測(cè),也可使手動(dòng)和自動(dòng)觀測(cè)相結(jié)合。采用TM30進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)應(yīng)

9、注意以下幾點(diǎn): 1) 宜采用徠卡TCA儀器專配反光鏡。TM30全站儀自動(dòng)觀測(cè)模式系采用獨(dú)有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別(ATR)裝置,其標(biāo)配原棱鏡常數(shù)為零。非徠卡反光鏡雖也能用于TCA儀器,但需作嚴(yán)格常數(shù)測(cè)定和改正。 2) 監(jiān)測(cè)前應(yīng)按操作手冊(cè)要求對(duì)TM30儀器進(jìn)行雙軸補(bǔ)償縱、橫向指標(biāo)差(l,t);垂直編碼度盤指標(biāo)差(i);水平視準(zhǔn)差(c);水平軸傾斜誤差(a)和自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別光軸的準(zhǔn)直差(ATR)等項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)定和修正,并使這些補(bǔ)償改正功能處于工作狀態(tài)。3) 應(yīng)避免在振動(dòng)干擾嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行觀測(cè),此時(shí)儀器2C變動(dòng)將出現(xiàn)異常,無(wú)法達(dá)到規(guī)范限差要求。4) TCA啟動(dòng)測(cè)距時(shí),如有人通過(guò)視線引起短時(shí)遮擋將引起距離測(cè)量值的異常,

10、此時(shí)的距離觀測(cè)值應(yīng)予剔除。5) 應(yīng)對(duì)所用反光鏡進(jìn)行編號(hào),使反光鏡按號(hào)對(duì)應(yīng)所測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),減少反光鏡差異帶來(lái)的監(jiān)測(cè)誤差。架設(shè)反光鏡時(shí),應(yīng)用全站儀進(jìn)行方向和俯仰角校準(zhǔn),使其保持對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。6) 除應(yīng)對(duì)觀測(cè)距離作儀器加、乘常數(shù)和傾斜改正,還應(yīng)作氣溫、氣壓實(shí)測(cè)改正。7) 初始值應(yīng)在開工前作兩次獨(dú)立觀測(cè),兩次觀測(cè)值滿足規(guī)范限差要求時(shí)取其中數(shù)作為最終初始值。8) 水平位移監(jiān)測(cè)需克服其它方干擾獨(dú)立開展工作。儀器操作應(yīng)遵循細(xì)致、精準(zhǔn)的原則。同時(shí)在施工環(huán)境中應(yīng)采取有效措施,保證人身及儀器、反光鏡等設(shè)備的安全。 此外, 在作專業(yè)監(jiān)測(cè)同時(shí),還須進(jìn)行施工影響環(huán)境巡查和工況記錄。對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)間、天氣、施工進(jìn)度及施工工序、地下水位

11、變化情況、地表及周邊建(構(gòu))筑物是否出現(xiàn)裂縫和其它施工影響區(qū)異常征兆做好記錄,并在監(jiān)測(cè)報(bào)告中予以詳實(shí)說(shuō)明。 通過(guò)極坐標(biāo)法測(cè)量獲得的是位移點(diǎn)在 施工測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。水平位移量是指位移點(diǎn)沿垂直于基坑邊線方向的偏移值。以下探討水平位移量的計(jì)算方法: 在實(shí)際工程中,基坑形狀往往為非直角多邊形,經(jīng)常出現(xiàn)曲線形基坑。 如下圖所示,X O Y為施工測(cè)量坐標(biāo)系,xo y為與X O Y共原點(diǎn)的參考坐標(biāo)系。P(X,Y)和P(x,y)為位移點(diǎn)P分別在施工測(cè)量坐標(biāo)系和參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。為位移點(diǎn)P沿基坑邊垂線(且指向基坑內(nèi))在施工測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)方位角。參考坐標(biāo)系x軸系施工測(cè)量坐標(biāo)系X軸旋轉(zhuǎn)角且與P點(diǎn)基坑邊的

12、垂線平行。由坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換原理可得: 即以施工測(cè)量坐標(biāo)系中按極坐標(biāo)法施測(cè)的位移點(diǎn)坐標(biāo)P(X,Y)、位移點(diǎn)基坑邊的垂線坐標(biāo)方位角(可在基坑電子平面圖上獲得),可由方程(3)求得位移點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。設(shè)本次監(jiān)測(cè)為第(i+1)次,前次監(jiān)測(cè)為第i次(i1),則位移量計(jì)算可表達(dá)為: 按(4)式解算的xi+1即為P點(diǎn)在基坑邊的垂線方向的位移量。該差值也符合位移往基坑內(nèi)數(shù)值為正,往基坑外數(shù)值為負(fù)的理解習(xí)慣。此法需在初次監(jiān)測(cè)時(shí),解求每個(gè)位移點(diǎn)基坑邊垂線(指向基坑內(nèi))的坐標(biāo)方位角。 上述水平位移量計(jì)算方法,是以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基坑邊垂線(方向指向基坑內(nèi))方位角為參數(shù),將施工測(cè)量坐標(biāo)系下監(jiān)測(cè)坐標(biāo)通過(guò)坐標(biāo)系換算直

13、接求得位移量。該方法適用于所有形狀的基坑,且可通過(guò)編程提高計(jì)算效率。5.1 監(jiān)測(cè)資料檢核的意義：變形監(jiān)測(cè)資料處理的首要工作是分析觀測(cè)值的質(zhì)量, 包括觀測(cè)值的精度和可靠性。 測(cè)量中的誤差分類:粗差、錯(cuò)誤、奇異值；系統(tǒng)誤差；偶然誤差、隨機(jī)誤差。5.2 監(jiān)測(cè)檢核的方法：檢核的方法很多，應(yīng)依據(jù)實(shí)際觀測(cè)情況而定。包括野外檢核和室內(nèi)檢核。 室內(nèi)檢核有：1）原始記錄的校核；2）原始資料的統(tǒng)計(jì)分析，如粗差檢驗(yàn)法；3）原始資料的邏輯分析：根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的內(nèi)在物理意義來(lái)分析原始實(shí)測(cè)值的可靠性。包括：一致性分析：時(shí)間-效應(yīng)量、原因-效應(yīng)量；相關(guān)性分析：空間點(diǎn)位的相關(guān)性；5.3 關(guān)于分析的結(jié)果：若存在大的偏差, 則有兩種

14、可能現(xiàn)象: 誤差引起(大誤差或粗差)；真實(shí)變形(突變)。 5.4 監(jiān)測(cè)資料插補(bǔ) 監(jiān)測(cè)資料插補(bǔ)的原因:實(shí)測(cè)資料出現(xiàn)“斷鏈” ；數(shù)據(jù)處理方法要求等時(shí)間間隔。主要方法有：按內(nèi)在物理聯(lián)系進(jìn)行插補(bǔ)、按數(shù)學(xué)方法進(jìn)行插補(bǔ)（線性內(nèi)插法、拉格朗日內(nèi)插法、多項(xiàng)式曲線內(nèi)插法、周期函數(shù)曲線擬合法、多面函數(shù)擬合法）。 5.5 觀測(cè)資料的整編： 1. 觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線：某觀測(cè)點(diǎn)的變形過(guò)程線是以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以積累變形值為縱坐標(biāo)繪制成的曲線。它可以明顯的反映出變形的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度。觀測(cè)點(diǎn)變形過(guò)程線的繪制：a.根據(jù)觀測(cè)記錄填寫變形數(shù)值表b.繪制觀測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)變形過(guò)程線c.實(shí)測(cè)變形過(guò)程線的修勻。 由于觀測(cè)是定期進(jìn)行的，所得成果在

15、變形過(guò)程線上僅是幾個(gè)孤立點(diǎn)。直接連接這些點(diǎn)得到的是折線形狀，加上觀測(cè)中存在誤差，就使實(shí)測(cè)變形過(guò)程線常呈明顯跳動(dòng)的折線。為更確切的反映建筑物變形規(guī)律，需將折線修勻成圓滑的曲線。 2. 變形分布圖：a.變形值剖面分布圖 b. 等值線圖。 水平位移監(jiān)測(cè)的頻率為:基坑開挖階段正常情況下1次/3d;開挖結(jié)束進(jìn)入結(jié)構(gòu)施工期1次/7d;主體結(jié)構(gòu)完工后穩(wěn)定階段一般1次/2周。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定,報(bào)經(jīng)業(yè)主同意可結(jié)束監(jiān)測(cè)。施工過(guò)程中,當(dāng)變形超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí),要求加密至兩天或一天一次。當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí),須進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 支護(hù)結(jié)構(gòu)樁(墻)頂水平位移警戒值按30mm與0.1H%(H為基坑深度)取小值確定。當(dāng)水平位移監(jiān)