中小桥水平位移监测

2024-09-23

中小桥水平位移监测（精选7篇）

中小桥水平位移监测第1篇

关键词：基坑,位移监测,全站仪

1 引言

随着国民经济持续快速发展, 城市规模也在不断膨胀, 用地代价日趋昂贵, 建筑物向空中和地下发展便成了常用的手段, 因而越来越多的深基坑工程伴随而来。由于基坑开挖会涉及到自身的稳定和周围构造物的安全, 如基坑的失稳、崩坍, 其后果都是非常严重的, 而这类的基坑施工事故时有发生。为了保证基坑的安全施工, 对基坑实施变形监测是必备的质量安全保障措施。其中, 基坑的位移监测就是一项重要内容。目前, 全站仪以其界面有好、边角同测、简单易用等优势, 已成为监测人员进行位移监测常用设备。

2 监测方法比较

为了满足基坑监测的基坑水平位移监测的高精度要求, 在实际工作中都采用特点的方法进行观测。目前基坑水平为监测的主要方法有:测小角法、活动标牌法、极坐标法、交会法等。这几种常用的基坑水平位移监测方法各有特点, 应用时也各有特定的要求。

测小角法是在基坑一定距离以外设置基准点, 选定一条基线, 水平位移监测点尽量在基准线上, 然后在一个基准点上架设精密经纬仪精确测定基线与测站点到观测点的视线之间微小角度变化。这种方法观测和计算都比较简便, 但是需要场地较为开阔, 基准点离基坑要有一定的距离, 避免基坑的变形对基准线有影响;同时要求基坑的形状比较规则, 否则将大大增加测站点的个数, 增加了观测成本。

活动标牌法是将活动标牌分别安置在各个观测点上, 观测时使标牌中心在视线内, 观测点对于基准线的偏离值可以在活动标牌的读数尺上直接测定。这种方法不需要计算, 在现场可以直接得出变形结果, 但是它不仅有测小角法的缺点, 而且对活动标牌上的读数尺有很高的要求, 成本较高。

极坐标法就是利用高精度的全站仪, 架设在一个固定测站点上, 选择另一固定点作为后视点, 分别测定各变形观测点的平面坐标, 然后将每次测量的结果与首次测量的结果相比较, 可得出水平位移变化值。这种方法观测和计算都比较简便, 且克服了测小角法的不足之处, 应该是最好的一种方法, 但是它对角度观测要求很高, 因而必须要精确照准标志, 因而在光照不好的条件下, 例如薄雾、夜晚、工地扬尘等情况就要受影响。

交会法是利用两个基准点和变形观测点, 构成一个三角形, 测定这个三角形的一些边角元素, 从而求得变形观测点的位移变化量。这种方法适用于非直线性建筑物位移监测, 应用于基坑水平位移监测中, 可以解决一些不规则形状的基坑监测问题。这种方法可以细分为方向交会与距离交会。方位角交会如何极坐标法中所说的一样局限性, 而距离交会法则不存在这方面的约束, 特别是高精度的全站仪出现, 在基坑监测中更显优势。另外, 在目标照准方面, 也没有前面几种方面那么严格精准的要求, 这在目标不易精确照准, 或者可见度不好的状况下, 这一优势尤为突出。还有, 各观测站观测过程中, 由于不需要对后视, 所以基本互不干扰, 可以多台仪器同时作业, 操作简单, 对野外作业人员的技术含量要求低, 成果可靠性高。

3 距离交会法的具体分析

3.1 外业施测与位移解算

这里就以A、B为已知点, 坐标分别为 (XA, YA) 、 (XB、YB) , P为监测点为例简单说明一下外业过程。在A、B两点分别设站观测AP、BP的水平长度 (直接在仪器中加以气压、温度和水平改正后的距离) , 以AB长度为已知量, 相对于监测点可以看作真值, 由此可以解算出C点坐标 (XP, YP) :

undefined

如果还存在第三个已知点C, 又构成一个三角形, 则可以算出另外一组坐标, 其较差在容许限差内, 取他们的平均值作为P点的最后坐标。

3.2 精度分析

在这里为了简化分析难度, 使读者看起来简单明了, 把P点的误差分解成两方向上的误差, 在⊿APB中, 一个是沿边AP方向的由SAB的误差引起的部分:纵向误差σs;一个垂直边AP方向的由∠A的误差引起的部分:横向误差σu。那么就可以看到P点的点位误差就是undefined。在A、B两个已知点的情况下, 为了节省篇幅, 下面简略推出这两部分的值:

σS=σSAB (2)

undefined

为了使上式更实用, 做一下简化近似处理。一般来讲, 在短距离的全站以测距中, 可以认为σa=σb, 有:

undefined

当⊿APB等边三角形时, undefined, 故当两个观测边与已知边长度相仿的时候, P点的点位误差为:undefined。当增加一个已知点C时, 此时P点的点位误差为σα。

下面再分析一下在测距的时候, 不能精确照准观测目标, 即不能精确照准棱镜中心, 而与棱镜中心存在一定的偏移量的情况下, 对测距精度的影响。假设偏移棱镜中心的量为h, 目标无偏的距离为S, 有偏的距离为S′, 则三者构成的情况, 其中A为测站点, O为棱镜中心, O′为实际照准位置。

现在我们计算一下S′和S两者间的差值△S:

undefined

假设偏移量h为50mm, S为50m时, 则由上式ΔS=0.025mm。由此可见, 在一定距离以上, 只要照准棱镜, 由照准偏差引起的边长变化极其微小, 完全可以忽略不计。

4 总结

由上面的技术分析, 我们可以看出边长交会法在基坑监测具有以下明显的优势:

(1) 操作简单, 结果可靠, 可以实现高精度;

(2) 同时多站观测不相互干扰, 协调性好;

(3) 对环境的适应性强, 只要与观测点通视, 几乎可以全天候。

由此可见, 随着高精度测距全站仪在基坑施工中越来越广泛的运用, 边长交会法将会越来越受到观测人员的青睐。

参考文献

[1]JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].

[2]袁定伟, 郑加柱.建筑基坑变形监测方法分析[J].山西建筑, 2007, 33 (8) :38-39.

[3]张正禄, 李广云, 潘国荣等.工程测量学[M].武汉:武汉大学出版社, 2005.

[4]潘正风, 杨正尧, 程效军等.数字测图原理与方法[M].武汉:武汉大学出版社, 2004.

中小桥水平位移监测第2篇

在深基坑施工中,基坑维护结构墙顶的水平位移监测是基坑监测的一个重要项目,常用的基坑水平位移监测方法有视准线法、视准线小角法、前方交会法等,这些方法需要在现场布设相对稳定的地面基准点作为观测站,但由于施工场地的复杂性,基准点往往较难维护,并易被施工设备、堆积材料遮挡视线,监测作业受到极大限制。目前,随着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(或统称为坐标法)可直接测定位移监测点的坐标,通过计算即可以确定两次测量的坐标变化量。设站灵活,可以有效避开遮挡物,提高作业效率。

目前自由设站法在实际工作中往往通过后方交会实现[1],即首先利用已知基准点或工作基点(通常为两个)通过后方交会得出测站坐标,再对监测点进行量测,但这种作业方法需要将基准点与监测点分为两组分别观测,需要进行的测回数较多,作业效率不高,并且对于普通全站仪,亦无法通过两个以上的基准点坐标来现场平差计算得出测站坐标。而在监测精度要求不高的情况下,采用四参数坐标系转换法[2],不仅可以在一个测回中将基准点与监测点同时量测,无需通过定向或后方交会设站,大大简化外业工作,并且可以将两个以上的基准点作为四参数的求解数据进行平差计算,提高数据精度及可靠性。

1 数学模型

如图1所示,在基坑监测中,为了方便描述基坑围护结构顶部监测点(图中标号为1~5)的位移情况,往往将坐标系的两轴设为平行于围护墙方向与垂直于围护墙方向,如图1中的坐标系xoy所示,将基准点或工作基点(图中标号为A~D)设置在基坑影响范围之外的标石或建筑结构上。

假设在P点架设仪器,依次观测完所有基准点与监测点,由于为自由设站法,测站坐标系XPY往往无法与监测坐标系xoy重合,如图2所示,则在外业测量完成后,需要将监测点坐标经过坐标系转换,即根据基准点坐标求出坐标转换四参数,进而求得各个监测点在监测坐标系xoy中的坐标值与精度。

假设基准点A在监测坐标系xoy下的坐标为xA,yA,则其与测站坐标系XPY下A点的测量坐标XA,YA的转换关系为

其中Δx,Δy,κ,θ为平面坐标系转换四参数,为待求参数。

则由式(1)可知,为了求出四参数,需要至少2个基准点。在实际工作中,为了提高解算精度及可靠性,往往观测2个以上基准点。

对式(1)泰勒公式展开线性化,得

其中εx,εy为泰勒公式展开的余项,并且

当用2个以上的基准点进行解算时,即可构成间接平差误差方程

进而可以得到四参数的平差值与其精度:

通过解算得到四参数后,即可对基准点、监测点及测站P进行坐标转换,求出本次测量各点在监测坐标系xoy中的坐标,如式(8):

2 精度评定

在坐标转换后需进行精度评定,以检验转换精度是否可靠,并求出各个监测点的点位精度。为了进行精度评定,使用误差传播定律,首先对式(8)进行泰勒公式展开线性化,得到

其中,

(1)对于测站P,由误差传播定律可得P的点位精度为

其中,

D1可由上文平差结果得到。并且在全站仪设站时,通常令XP=300000,YP=100000,由此,即可求出测站P的点位精度。

(2)对于监测点,同理,由误差传播定律可得

其中

其中,可由仪器的标称精度求得,见文献[3]。

3 工程算例

以图1为例,该基坑深5m,一侧有监测点1~5,基准点A、B、C、D。使用Leica TCRA1201+(测角精度1″,测距精度1+1.5ppm)观测,在某次监测中,将A、B、C、D点作为基准点计算四参数,得到测站点的点位精度为0.86mm,并且各个监测点的点位精度如表1所示。

可见,利用本计算模型应用于自由设站法完全可以满足基坑监测需求。

4 结语

本文推导出四参数转换法在自由设站作业中的数学模型及精度评定模型,将四参数坐标转换应用于全站仪自由设站作业方法中,可免去测站后方交会设站步骤,从而大大减少外业作业时间,提高作业效率。

摘要：自由设站法已成为基坑水平位移监测的主要方法之一,但在外业工作中往往使用后方交会设站实现,作业效率低,而采用四参数坐标系转换法可以在一个测回中将基准点与监测点同时一次性观测完,大大提高了外业作业效率。

中小桥水平位移监测第3篇

关键词：基坑墙顶水平位移监测

基坑墙顶水平位移是指因基坑开挖引起的围护结构墙顶监测点移动轨迹在垂直于基坑边方向上的水平分量。由于基坑开挖场地条件的限制, 墙 (桩) 顶水平位移监测费时费力且监测精度不高, 在监测方法选择错误的情况下, 甚至有可能出现监测数据出错的状况发生, 事倍功半。本文就目前施工过程中常用的几种墙 (桩) 顶水平位移监测方法进行了总结和进一步的探索。

一、视准线法

1. 监测点布置 (见图1)

(1) 在基坑的每一直线边的两端不受开挖变形影响的地方各埋设1个工作基点A、B;

(2) 在A、B两点连线的基坑围护墙顶按设计要求埋设工作测点C; (工作测点选点时可在A或B点安置仪器, 后视另一工作基点再确定各测点位置, 以使各工作测点较准确地位于A、B的连线上) 。

2. 监测方法

(1) 监测时, 在一个工作基点上 (如A点) 设站, 后视另一工作基点 (如B点) , 固定仪器的照准部;

(2) 用带毫米刻划的直尺的零点对准工作测点中心, 大致垂直基坑边并水平地放置;

(3) 用已固定照准部的仪器望远镜直接读取直尺的刻划值d, d的符号根据点与视线的关系确定, 既工作测点位于视线的基坑边为正, 反之为负。

3. 数据处理

(1) C点当次位移变化量△i通过下式计算可得:

(2) 累计位移值可用当次读数减初始读数求得, 也可用各次位移值累加求得:

式中:△i—监测点第i次位移变化量;

di、di-1、d0—第i次、i-1次、初次监测时监测点偏离视线量;

△累i—监测点第i次累计位移量。

(3) 特点

观测方便, 计算简单。

(4) 适用范围

适用于矩形基坑, 工地周边视野开阔, 工作基点有条件布设在不受基坑变形影响的地方。

二、极坐标法

1. 测点布置

(1) 在基坑以外不受变形影响的地方设置工作基点A、B, A-B距不小于A点到最远工作测点的距离;

(2) 在需要监测的基坑边设置工作测点。

2. 基本监测方法

在A点安置全站仪, 后视B点, 按坐标测量方法设置好仪器, 然后观测工作测点C的坐标值X、Y。当使用经纬仪观测时, 则观测仪器站点到工作测点的平距及水平角, 再计算工作测点的坐标。

3. 数据处理

(1) 矩形基坑

矩形基坑可用测前换算或测后换算两种方法处理。

1) 测前换算就是在监测前把A、B两点的统一坐标换算成坐标轴线与所监测的基坑平行的假定坐标, 然后根据假定坐标对各工作测点进行坐标监测, 直接测取各工作测点的假定坐标值, 根据此坐标值用简单加、减法计算各点的位移变化量。

工作基点坐标换算:

图中A点的统一坐标XA、YA可用下式换算成假定坐标xA、yA:

式中:xA、yA—A点在假定坐标系统中的纵横坐标值;

XA、YA—A点的统一坐标值;

α—统一坐标系纵轴与假定坐标系纵轴间夹角。

平行于y轴基坑边工作测点当次位移量的计算:

平行于x轴基坑边工作测点当次位移量的计算:

累计位移量计算:

也可利用上述当次位移量计算公式, 把第i-1次观测假定坐标值换成初始假定坐标值进行计算。

式中:△C—监测点当次位移量, 大、小值是以基坑两边的假定坐标值相比较来区分;

累C—监测点累计位移量;

xi、yi—监测点第i次观测假定坐标值;

xi-1、yi-1—监测点第i-1次观测假定坐标值。

2) 测后换算就是每次根据A、B两点的统一坐标测出各工作测点的统一坐标值, 再根据统一坐标系与选取的假定坐标系轴线夹角和两次观测所得的坐标值差计算位移量。

工作测点位移量换算:

图中XOY为统一坐标轴, X′与基坑边垂直且正向指向基坑内边的假定坐标系纵轴。

当C点由于基坑变形由C位置移到C′位置时, 其位移引起的C点在垂直于基坑边的位移量△C可根据两次测得的C点坐标值由下式计算而得:

监测点的累计位移量可选用下式计算而得:

式中:△C—监测点的当次位移量;

Xi、Yi—监测点的第i次观测坐标值;

Xi-1、Yi-1—监测点的第i-1次观测坐标值;

X0、Y0—监测点的初始观测坐标值;

α—假定坐标纵轴 (垂直基坑边且指向基坑内) 在统一坐标系中的方位角。

累C—监测点的累计位移量。

(2) 圆弧、近似圆弧基坑的位移量计算

当基坑为圆形、圆弧或近似圆弧形状时, 可根据设计图的相关数据求得圆或弧的圆心坐标, 根据每次测得的工作测点坐标用反算法求解观测点位到圆心的距离R。

监测点的当次位移量计算:

近心边:△C=Ri-Ri-1 (3-12) ,

远心边:△C=Ri-1-Ri (3-13) 。

监测点的累计位移量计算:

近心边:累C—Ri-R0 (3-14) ,

远心边:累C—R0-Ri (3-15) 。

式中:R—监测点到圆心距离;

X、Y—工作测点当次观测坐标值;

XO、YO—圆或圆弧的圆心坐标值;

△C—工作测点的当次位移量, 近心边与远心边是以基坑边距离圆心的相对远近来区分;

累C—工作测点的累计位移量;

Ri、Ri-1、R0—工作测点第i、i-1及初始观测所得圆心距。

4. 特点:

工作基点较少, 设置较灵活, 设站次数少, 监测效率较高。

5. 适应范围:

适应于任何形状的基坑

三、结语

1.墙顶水平位移监测精度受影响的因素较多, 本文未对各监测方法的监测精度进行分析, 监测工作中必须根据不同工程的监测精度需要选择适合的仪器和监测方法。

2.本次介绍的只是比较常用的几种水平位移监测方法, 它们各具特性和适用条件。工作中可根据基坑监测条件、监测精度要求、仪器标称精度和工作习惯进行选择。

参考文献

[1]姜晨光.基坑工程理论与实践.化学工业出版社, 第1版, 2009 (05) .

[2]刘俊岩.建筑基坑工程检测技术规范实施手册.中国建筑工业出版社, 第1版, 2010 (06) .

中小桥水平位移监测第4篇

围护桩(墙)顶面水平位移测试一般选用精度为级的经纬仪。监测设计的技术依据按中华人民共和国现行的《城市测量规范》(GJJ8—85)、《建筑变形测量规范》(J GJ/T8—97)、《工程测量规范》(GB50026—93)。平面位移测试精度设计一般为：平面位移最弱点观测中误差M(平均)为2.1mm;平面位移最弱点观测变形量中误差M(变)为3mm。

1测点布置和埋设

围护桩(墙)顶面水平位移监测点应沿其结构体延伸方向布设，水平位移观测点间距

宜为10～15m。水平位移观测点应在布设初始建立初读数，水平位移监测应在基坑开挖当日起实施。水平位移观测点可以用测量道钉，道钉当中刻有“十”字标志，埋设在围护桩(墙)顶面的冠梁上。

2测试方法

平面位移测定方法较多，有准直法，控制线偏离法，小三角法，交会法等。上述这些方法，有的精度较高，但外业工作量大;有的工作量小，但测量精度难以达到，而且围护结构水平位移测点在施工现场内，易受堆物和设备放置等影响，不通视情况经常发生，影响观测。下面介绍一种水平测试方法，既能保证测试精度，又不使外业工作量加大，而且受通视条件限制较小，称综合控制线偏离法。测试方法简介如下：

P1、P2、……Pn———水平位移观测点;

A、B———基坑外不受挖土施工变形影响的固定点，可选取建筑物或构筑物的边角线等;

a、b、c———为△Ap1B各边的长度，a、b通过丈量取得，c根据余弦定理求出，即

δp1———水平位移观测点至AB连线的垂线，即

这里当P1点发生位移时，由于a、b变动的数量级与原长度比可以忽略不计，c又固定不变，故均按常数处理，上式(2)可写成：

水平位移测试时，把经纬仪架设在P1点上，并以P1测点上的“十”字标志交点进行对中，以A、B为固定点测读角度。则P1点至AB连线的垂距就变为：

则P1点发生的位移值为：

δp1为基坑开挖施工前建立的初始读数。一般假定向坑内位移时符号取“+”，向坑外位移时符号取“-”。

对于沿一条基坑边线上的其他水平位移测点P2、P3等的水平位移变化，可利用P1测点作为工作站进行观测，如观测P2测点的水平位移，可过P1测点作AB连线的水平线，则P2测点在AB连线的垂距为δp2:

δ可以通过测试β和测读S1计算获得，基坑开挖前测读好δp2，作为初始值。

基坑开挖过程中，某次观测时：

则P2点发生的位移值为：

在实际工作中，可以对上述测试的内业计算工作进行编程，用个人电脑或计算器进行位移变化量计算，提高内业计算工作效率，使监测数据能正确及时地提供。

中小桥水平位移监测第5篇

1 工程概况

南通市开发区中港翡翠城16号楼东面为通盛大道,南面为振兴路,北面与开发区管委会相邻。该建筑物地面以下1层,地面以上设计31层,地下室-6.2m,地面以上设计高度为99.6m(以室内±0.00为参考高程面)。

2 设计前准备工作

方案设计前需要确定基坑的监测等级、选用满足精度要求的测量仪器设备、收集测区已有诸多资料等。且建筑物基坑的变形监测要严格执行国家的相关监测标准,如《工程测量规范》[1]、《国家一、二等水准测量规范》[2]、《建筑变形测量规范》[3]、《城市测量规范》[4]等。

2.1 监测等级的确定

建筑物基坑的沉降及水平位移的监测等级,应该根据基坑自身的设计、施工要求以及上述提及的测量规范标准来具体确定。

注:n为测段或闭合环的测站数

在实际施工中,基坑沉降观测的等级可以根据表1、2、3中的相关精度要求来确定。

2.2 仪器设备的选用

在确定观测等级后,根据观测方法(表4、5)及精密水准测量规范《国家一、二等水准测量规范》的要求选用沉降监测的仪器。观测前若发现仪器超过了鉴定时效,则需要将仪器拿到政府规定的鉴定部门进行鉴定,确保仪器设备的状态良好。

注:n为导线观测的角度个数

3 监测方案的设计

在基坑监测方案设计之前,需要搜集诸如测区及周边地形图、建筑设计结构图、交通情况、施工进度及项目已有的控制点等资料。

3.1 沉降方案设计

该项目沉降观测工作的外业主要包括基准点、观测点的布设及二等精密水准测量。

3.1.1 沉降基准点布设原则

基准点的稳定情况直接影响监测数据前后的对比精度。因此,基坑的监测点埋设不仅易于作业,而且应易于保存(一般情况下监测点须距离基坑设计宽度的2倍)。

基准点布设的数量不应少于3个,且在每次监测之前,都需要验证基准点的稳定性,这就需要对其进行闭合水准测量,计算每次监测起始基准点的高程是否发生改变。该项目布设基准监测点3个,如图2所示分别为BM01、BM02、BM03。

3.1.2 沉降观测点布设原则

基坑沉降监测点应该选择在基坑的拐角处,每个10至15米埋设一个监测点,由此,该项目在基坑周边布设了18个沉降观测点,见图2所示J01至J18,监测点埋设断面见图1。

3.1.3 沉降观测作业

基准点、观测点稳固之后便可进行首次沉降监测,得出初始的基坑监测点高程数据,它是反应基坑最终沉降量大小的数据基础。观测作业应遵循“五固定原则”[5]。根据测量规范以及甲方要求测量的精度达到毫米以内,本项目选用二等精密水准测量。

注:n为测站数

沉降监测的观测周期与水平位移监测周期一致。每当基坑开挖速度或降水速度较快引起变形速率较大时,应该增加观测次数;当变形量接近预警值或有事故发生征兆时,应该持续观测。沉降监测时应注意以下事项:⑴基准点稳定性检验:为了验证每次监测前基准点高程的稳定性,须对基准点按照闭合路线进行联测,在保证闭合差基础上,按测站数计算分配闭合差,计算基点的高程;⑵沉降观测实施:布设闭合水准路线,按照二等精密水准测量逐点进行观测,计算路线闭合差且按测站数进行平差,计算出各基坑监测点的历次高程。各观测点相邻后前两次高程之间的差值,即为该点在周期内的沉降量;⑶在监测的过程当中,仪器应尽量避免架设震动较大的区域,如打桩机、、搅拌机、升降机、卷扬机等附近;

3.2 水平位移监测方案的制定

根据指挥部与规范的要求,该项目基坑的水平位移个数与位置与沉降监测一致(见图2)。基坑监测点的水平位移观测可以采用导线测量或GPS静态测量的方法进行。

3.2.1 导线测量

该基坑水平位移监测可采用全站仪一等闭合导线测量的方式进行观测,图2中BM01、BM02为已知基准点,J01至J18为监测点。为提高观测精度,测回法角度测量可进行2个测回的观测,经过闭合导线的精密计算,得出各周期监测点的二维坐标值(x,y)。

3.2.2 GPS静态控制测量

该项目的水平位移监测,也可以采用GPS静态控制测量进行观测,通过同步图形扩展式,采用边连式的作业方式进行观测。本项目采用4台华测X90接收机,经过9个观测时段完成观测,采用compass静态处理软件进行数据解算,最终得出各监测点的二维坐标值(x,y)。

在导线与GPS测量的基础上,可通过相邻周期观测得出的监测点坐标计算水平位移量,公式如下:

4 监测成果的整理和提交

每次观测结束后,监测方应提交以下的监测成果:⑴基准点及观测点平面位置分布图;⑵沉降观测原始数据及成果表;⑶相邻周期沉降值、综合沉降值分析表;⑷水平位移观测数据;⑸水平位移观测变化分析报告等。

5 结语

为了保证高层建筑物基坑的施工安全,并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的数据参数,基坑的沉降与位移观测是一项长期而艰巨的基础性工作,必须引起有关方面的足够重视,科学且合理的监测方案,不仅能够提高监测效率,更加能够得到精确的数据。

对基坑沉降和水平位移监测方案设计的建议如下:⑴对基坑的沉降与水平位移监测,须结合基坑结构特点、设计方要求、施工方案等,编制符合基坑特点、能反映基坑变形情况的合理方案;⑵在实际的监测过程当中,应按照“五固定原则”,严格按照精密水准测量的原则进行测量和平差。

摘要：高层建筑物深基坑施工过程中,由于基坑开挖、周边荷载增加、机械震动等因素而导致基坑变形,甚至坍塌。通过对其沉降与水平位移监测,可以有效的掌握基坑随着时间的沉降与水平位移变形规律,从而为基坑的施工与安全提供可靠的数据保证。本文以南通市某小区某建筑物基坑的沉降与水平位移观测为例,就其方案设计、沉降观测、水平位移监测、监测成果的提交等方面作出介绍。

关键词：深基坑,基准点,观测点,沉降观测,水平位移观测

参考文献

[1]中华人民共和国建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.工程测量规范GB50026-2007[S].北京:中国计划出版社出版社,2008.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.国家一、二等水准测量规范GB12897-2006-T[S].北京:中国标准化出版社,2006.

[3]中华人民共和国建设部.建筑变形测量规范JGJ8-2007[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市测量规范CJJ-T8-2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

中小桥水平位移监测第6篇

基坑水平位移监测能及时了解基坑在开挖过程中的水平位移发展情况, 为确保基坑开挖过程中的安全提供有效预警。传统的基坑位移监测方法有视准线法、小角法、极坐标法、前方交会法、后方交会法等[1~3]。不论哪种方法工作的前提都是工作基点稳定或者工作基点位移能精密测量出来。在施工过程中, 施工场地狭小。施工机械、车辆、临时堆积的材料等往往阻碍视线, 基坑开挖过程中对周围土体的影响也会造成工作基点的移动。传统单一的监测方法已不能很好适应目前基坑水平位移监测工作。针对工作基点布设在基坑内部区域的特殊基坑, 结合全站仪方向线偏移法和极坐标法, 能够有效解决以上问题。

1 常用全站仪监测方法

1.1 方向线偏移法原理

方向线偏移法也叫做单站改正法或反演小角法, 这种方法只需设站一次加改正来完成所有观测点水平位移的测量, 其原理如图1所示。P点为工作基点, P'为工作基点发生位移后的位置, A、B、C、D为布设在P点四周的基准点且AB与CD所在直线正交[4]。进行水平位移监测时, 测量∠AP'B、∠CP'D, 根据之前已测得∠APB、∠CPD, 可得角度变化量Δα=∠APB-∠AP'B;Δβ=∠CPD-∠CP'D。由角度变化量可得工作基点P在X、Y轴方向的水平位移量:

式中, PA、PB、PC、PD分别为工作基点P到基准点A、B、C、D的距离, ρ=206 265″。水平距离测量误差对工作基点P的位移影响很小, 可略去不计, 可采用高精度的仪器 (例如全站仪) 多次观测边长, 利用平差求得距离的最或然值。从而可事先算得工作基点位移系数, 以后只要测量角度变化Δα、Δβ, 即可算得工作基点X方向和Y方向的位移值ΔX、ΔY, 从而进行其他点的监测工作。mα、mβ为全站仪测角中误差。

由误差传播定理可得:

1.2 极坐标法原理

如图2所示, P、A、N分别为工作基点、定向点、监测点, αPA为起始方位角、αPN为PN边方位角;PN平距D;P点坐标 (XP, YP) , N点坐标 (XN, YN) [5]。

由图形的坐标关系可得:

对 (3) 式进行全微分, 由误差传播定理可得N点中误差:

式中, mxP、myP、mαΡΑ为工作基点P点的起始数据误差, mD, mαPA、mαPN为全站仪的测距及测角中误差, mn为监测点N的坐标中误差。

1.3 改进极坐标法

应用极坐标法监测基坑水平位移原理简单, 监测过程中只需要测量水平角与水平位移, 工作量较小, 且只需要满足施工现场通视的条件即可。针对目前城市深基坑施工过程中施工场地狭小, 即使通视条件在整个施工工期内都能满足要求, 但工作基点容易发生位移, 其数据成果连续性、准确性、可靠程度难以有效保证。因此, 确定工作基点是否发生位移以及工作基点位移量的精确值, 就成为基坑水平位移观测的关键性工作。若要充分发挥极坐标法在基坑水平位移监测中工作量小的特点, 就需要对传统极坐标法加以改进: (1) 如图1所示, 在以工作基点P为交点的两条正交直线上选取4个远离基坑的稳定点坐位水平位移监测的基准点。利用方向线偏移法就能确定出工作基点P的位移值ΔX、ΔY; (2) 在距离工作基点P-ΔX、-ΔY的位置做标记P0, 则P0位置为上次测量时工作基点的真实位置。在P0处假设全站仪, 用极坐标法对所布设的水平位移监测点进行监测[6]。

2 工程实例

以西安市某圆形基坑为例, 基坑开挖半径为43 m, 平均开挖深度为19 m, 采用钢筋混凝土钻孔灌注桩排桩挡墙与喷锚支护结合的加固方式, 为保证基坑围护结构以及周围建筑物安全就成了本工程施工的关键, 因此, 做好该基坑水平位移监测工作, 及时了解基坑顶部水平位移的变化情况, 对该工程有十分重要的意义。图3为基坑平面示意图。工作基点P布设在基坑圆心附近, 沿基坑边缘布设18个水平位移观测点, 基准点A、B、C、D距离P点的距离分别为102、103、101、104 m, 基准点位置均布设在基坑3倍基坑开挖深度以外的稳定区域, 满足规范要求。

根据现场勘查, 监测方案结合方向线偏移法与极坐标法来监测基坑水平位移。该方法可以方便、快速测定工作基点发生位移量, 节约作业时间。再从工作基点测定其他水平观测点, 可以大幅度提高实际测量工作的效率。

2.1 精度估算

该工程使用宾得R-442N型全站仪, 其测边精度为± (1+2ppm·S) mm, 测角精度为±2″, 对于工作基点P以及水平位移监测点, 水平角观测2测回, 平距观测1测回, 水平位移监测点距离工作基点的最远距离为44.3m。将相关数据代入公式 (2) 、 (4) , 对水平位移监测点精度估算可得:

可知该方法是可以满足基坑水平位移监测工作精度要求。如果在测量中增加测回数, 水平位移监测点采用强制对中螺杆测量标志等措施, 可进一步提高监测精度。

2.2 实测数据分析

依据JGJ8-2007《建筑变形测量规范》, 在基坑周围布设18个水平位移观测点, 根据该工程的特点, 测量频率在开挖过程中取1次/3天[4], 表1为考虑工作基点水平位移因素下部分水平位移监测值成果表。

注:取偏向基坑内部的位移值为“+”:偏向基坑外部的位移值为“-”。

该工程取基坑变形控制标准为:累计变形值≦30mm, 连续5 d内变形大于1 mm/d应预警。由实测数据可以看出基坑水平位移的一些规律, 基坑在开挖过程中前15 d监测点水平位移呈现出缓慢增大的趋势, 累计变形值、日位移变形速率均为超过限值。开挖15~21 d出现连续阴雨天气, 且降雨量较大。水平位移监测点点S5、S6日变形速率均超过限值, 并及时向施工单位发出预警通知。

经现场勘查发现, S5、S6附近区域地势较低, 且路面由于重型施工车辆碾压存在明显的裂缝, 雨水在此区域汇集, 并渗入路面裂缝对路基造成一定程度冲刷, 基坑侧壁出现土体滑动现象。为防止基坑水平位移进一步增大, 造成基坑坍塌的危险, 施工单位在停雨的间隙, 及时将出现裂缝的路边彻底拆除, 对路基中出现的空洞处用水泥砂浆填实, 重新铺设新的混凝土路面。并采取一定的排水措施, 引流此区域的雨水积水。停雨以后的监测工作表明, 基坑水平位移急剧增大的趋势得到有效控制, 施工单位所采取的紧急措施也是可行、有效的。

3 结语

针对基坑水平位移监测工作中, 工作基点布设在基坑内部区域的特殊情况, 结合方向线偏移法与极坐标法, 在确定工作基点在基坑开挖过程中位移量的前提下, 对水平位移监测点进行监测, 能方便、快捷、准确的掌握基坑水平位移的发展趋势, 监测工作的精度也能满足要求, 达到了深基坑施工过程中及时反馈变形信息的目的。

摘要：传统极坐标法在监测基坑水平位移过程中, 若工作基点发生位移, 会造成监测成果连续性、可靠性无法保证的问题。工程中某些特定形状基坑, 工作基点布设基坑变形区域内部, 针对此种现象, 通过将方向线偏移法与传统极坐标法两种监测手段相结合, 对极坐标法加以改进。在确定工作基点位移的前提下, 对水平位移监测点进行观测, 并结合实践工程进行验证, 该方法能取得较好的水平位移监测精度, 能达到及时反馈信息的目的。

关键词：极坐标法,精度分析,基坑,水平位移

参考文献

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[5]王健.一种有效的基坑水平位移监测方法[J].测绘与空间地理信息, 2012, 35 (8) :214-215, 218.

中小桥水平位移监测第7篇

随着城市化建设的需要,地铁、高层建筑等工程正在大力修建,而这些工程的施工大多都需要在人口稠密的市区进行基坑开挖。在深基坑开挖过程中,坑壁受压力的作用将向坑内产生较大的变形,对基坑工程以及周边建筑群的安全造成了隐患,因此对基坑状态周期性的安全监测就显得尤为重要[1]。在基坑安全监测中,水平位移是最可靠、最有意义的变形参数[2]。然而水平位移监测受城市深基坑围挡施工、基准点的布设位置以及现场复杂作业环境等因素的影响很大,导致其监测精度不高,作业效率低,且不易实现自动化监测。传统基坑水平位移监测采用的视准线法、极坐标法和小角法等[3]方法很难满足现代城市深基坑监测频率高、外业工作量大、监测精度高的监测要求。本文结合Leica TCRA1201+智能型全站仪开发出一种基于自由测站边角交会自动测量的基坑水平位移监测数据采集软件,并对所采集数据的数据处理方法进行探讨,最后通过工程实例加以验证。

1 基坑水平位移自动监测方法

1.1 自由测站的边角交会测量原理

在基坑变形影响区域之外稳固可靠的位置布设3个或以上基准点,基准点采用专门观测标石以保证对中精度。基准网采用GPS网或边角网测量方法按规范要求进行观测,沿基坑方向建立独立坐标系以方便形变分析。监测网采用自由测站的边角交会网,如图1所示,在基坑边沿合适的位置任意架设全站仪,测量时无需输入基准点坐标,直接观测基准点与监测点,利用方向观测法多测回观测各点,并记录仪器中心到各点的水平距离和水平方向观测值。为保证精度,测站之间至少有3个重复观测点,各测点有2个及以上方向的边角交会。

1.2 自由测站的自动测量方法

结合智能型全站仪提供的ATR、伺服驱动及二次开发功能开发出一种基于自由测站边角交会自动测量的数据采集软件,并按以下方法完成测站数据的采集任务:在自由测站处架设全站仪,整平并设置好温度和气压后根据变形监测相应规范要求设定好外业观测的限差,然后学习每个测量点,记录各点对应的水平方向观测值与天顶距;学习完成后,智能全站仪根据学习点的信息,按照方向观测法自动定位照准每一目标进行多测回观测,保存对应的点名、水平方向观测值、天顶距、斜距。如果测量过程中,遇到半测回归零差、2C互差、一测回测距较差等值超限,则全站仪自动返回按要求对一个方向或者一个测回进行重新测量。

2 基坑监测的数据处理方法

外业数据采集完成后,对数据进行预处理,得到各自由测站点到基准点和监测点的水平距离和水平方向观测值,并对其开列误差方程,进行平差计算。

2.1 概略坐标的计算

平差计算时需得到正确的测点概略坐标以便准确地进行平差和精度评定,自由测站测量方式计算测点的概略坐标有别于常规测量,因为不同测站的数据是在不同的站心坐标系下采集的,且基准点未置镜,其概略坐标计算方法如下:

(1)以测站为单位,令自由测站点的坐标为( 0, 0) ,到其观测的第一个方向的方位角为0,那么各测量点在仪器站心坐标系下的坐标为:

式(1)中Xj、Yj分别为测点在站心坐标系下的坐标,Lj、Sj分别为水平方向观测值和水平距离。

(2)以第一站的站心坐标系为基准,搜索其余测站中与第一测站中的公共点,如果公共点不小于2个,那么将这一测站中非公共测点的坐标通过式(2)坐标转换到第一站的站心坐标系下,并将其纳入已推算的测点集合中,重复上述过程,直到全部的测点的坐标在一个统一坐标系下为止,其坐标转换公式[4]:

式(2)中(Xj,Yj)为基准站心坐标系下的坐标,(xj,yj)为其余测站站心坐标系下的坐标,x0、y0为平移因子,m为尺度因子,α为旋转因子。

(3)结合基准点的坐标,将各测点统一站心坐标系的坐标转换到监测网的坐标系下,得到各测点的概略坐标。

2.2 平差及精度评定

水平方向误差方程、水平距离误差方程分别为[5]:

式(3)中,ΔXij=X0j-X0i,ΔYij=Y0j-Y0i,X0i、Y0i为测站点i的近似坐标,X0j、Y0j为点j的近似坐标,dxi、dyi和dxj、dyj分别为i、j两点的坐标近似值改正数;ρ为206265″,w0i为定向角近似值,dwi为定向角近似值改正数,S0ij为平距近似值,T0ij为方位角近似值。

监测网存在水平方向和水平距离两种类型的观测值,为了使网中观测值的权比适当,采用赫尔默特方差分量估计的方法来定权。以全站仪标称的水平方向观测值L的中误差mL为单位权方差,即m0=mL,则水平方向值和距离的初权分别为:

式(4)中,a和b分别为仪器标称的测距固定误差和比例误差。

根据赫尔默特方差分量估计的计算公式[6,7]:

式(5)中:

得到各类观测量的单位权估值后,依式,(i=1、2)(j为迭代次数)定权,反复迭代计算直到两个观测值的方差分量相等σ201=σ202为止。

按照间接平差原理,根据列出的误差方程式(3)以及赫尔默特方差分量估计得到的最终的权阵P,可以求得监测网的坐标协因数阵QXX=BT()PB-1和验后单位权中误差σ0,那么监测点j在X、Y坐标方向上的坐标中误差mXj、mYj和其点位中误差mPj可按式(6)计算:

3 工程应用

按照《建筑物变形测量规范》一级基坑位移观测的要求[8]:观测点的坐标中误差应小于1mm,观测精度小于变形允许值的1/10~1/20。以某高层建筑基坑为例,基坑的形状和大小、基准点、监测点以及自由测站点的位置如图2所示。所用的采集软件是基于徕卡仪器公司提供的开发平台(GEOCOM)和Visual C#.NET开发工具二次开发实现的,工程使用Leica TCRA1201+智能型全站仪,标称精度(1,1mm+1.5ppm),按表1和表2的限差要求完成外业的数据采集,选取第3、4、5期数据的处理与分析,其平差结果如表3所示。

由表3可知,监测点的X、Y方向上的坐标中误差均小于1mm,若按一级基坑位移一般允许的累积变形量30mm来计算,点位中误差满足观测精度,达到了一级基坑位移监测的要求。

4 结束语

(1)采用智能型全站仪的自由测站的边角交会自动测量方法不仅解决了基坑水平位移监测中复杂施工环境带来的通视问题,测量过程由全站仪自动完成,避免了人工照准和读数误差,也大幅度地提高了工作效率与数据采集质量。

(2)对按规范要求采集的基坑水平位移监测数据进行平差计算后,监测点的坐标中误差小于1mm,满足一级基坑的监测精度要求。

(3)基于自由测站的基坑监测方法灵活架站,可应用于形状复杂的基坑变形监测,根据工程需要,监测点采用强制固定装置以及在监测中增加测回数、测站数,以保证监测的精度。

总之,本文提出的深基坑水平位移自动测量方法是可行的、便捷的,相应的数据处理方法是严密的,能满足规范要求,可应用于工程实践。

摘要：本文结合主流智能型全站仪的基本功能,提出了在深基坑水平位移监测中基于自由测站边角交会的自动测量方法,可有效提高外业测量的效率与数据质量,并对采集的数据进行平差计算与精度评定。通过工程实例的验证,证明该方法可满足一级深基坑的监测精度要求。

关键词：水平位移监测,边角交会,概略坐标,方差分量估计

参考文献

[1]张建坤,白朝旭,贾亮,吴红样,谭雪.自由设站法在基坑水平位移监测中的应用[J].测绘信息与工程,2011,(3):24～25.

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