工程測(cè)量新設(shè)備應(yīng)用技術(shù)分析

張學(xué)軍 王延鑫

（牡丹江市勘察測(cè)繪研究院，黑龍江 牡丹江 157000）

當(dāng)前，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)尚無(wú)成熟的方法用以計(jì)算基坑周?chē)耐馏w變形，施工中通過(guò)準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)，可以指導(dǎo)基坑開(kāi)挖和支護(hù)，有利于及時(shí)采取應(yīng)急措施，避免或減輕破壞性的后果。

1 工程監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)分析

1.1 時(shí)效性

普通工程測(cè)量一般沒(méi)有明顯的時(shí)間效應(yīng)?；颖O(jiān)測(cè)通常是配合降水和開(kāi)挖過(guò)程，有鮮明的時(shí)間性。測(cè)量結(jié)果是動(dòng)態(tài)變化的，一天以前（甚至幾小時(shí)以前）的測(cè)量結(jié)果都會(huì)失去直接的意義，因此深基坑施工中監(jiān)測(cè)需隨時(shí)進(jìn)行，通常是1次/d，在測(cè)量對(duì)象變化快的關(guān)鍵時(shí)期，可能每天需進(jìn)行數(shù)次。

基坑監(jiān)測(cè)的時(shí)效性要求對(duì)應(yīng)的方法和設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力，甚至適應(yīng)夜晚或大霧天氣等嚴(yán)酷的環(huán)境條件。

1.2 高精度

普通工程測(cè)量中誤差限值通常在數(shù)毫米，例如60m以下建筑物在測(cè)站上測(cè)定的高差中誤差限值為2.5mm，而正常情況下基坑施工中的環(huán)境變形速率可能在0.1mm/d以下，要測(cè)到這樣的變形精度，普通測(cè)量方法和儀器部不能勝任，因此基坑施工中的測(cè)量通常采用一些特殊的高精度儀器。

1.3 等精度

基坑施工中的監(jiān)測(cè)通常只要求測(cè)得相對(duì)變化值，而不要求測(cè)量絕對(duì)值。例如，普通測(cè)量要求將建筑物在地面定位，這是一個(gè)絕對(duì)量坐標(biāo)及高程的測(cè)量，而在基坑邊壁變形測(cè)量中，只要求測(cè)定邊壁相對(duì)于原來(lái)基準(zhǔn)位置的位移即可，而邊壁原來(lái)的位置（坐標(biāo)及高程）可能完全不需要知道。

由于這個(gè)鮮明的特點(diǎn)，使得深基坑施工監(jiān)測(cè)有其自身規(guī)律。例如，普通水準(zhǔn)測(cè)量要求前后視距相等，以清除地球曲率、大氣折光、水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行等項(xiàng)誤差，但在基坑監(jiān)測(cè)中，受環(huán)境條件的限制，前后視距可能根本無(wú)法相等。這樣的測(cè)量結(jié)果在普通測(cè)量中是不允許的，而在基坑監(jiān)測(cè)中，只要每次測(cè)量位置保持一致，即使前后視距相差懸殊，結(jié)果仍然是完全可用的。

因此，基坑監(jiān)測(cè)要求盡可能做到等精度。使用相同的儀器，在相同的位置上，由同一觀(guān)測(cè)者按同一方案施測(cè)。

2 工程測(cè)量新設(shè)備和技術(shù)

適應(yīng)基坑監(jiān)測(cè)的上述內(nèi)容和特點(diǎn)，具體測(cè)量中采用了很多新型的測(cè)量?jī)x器，本文結(jié)合作者在河南參與的工程實(shí)例，介紹磁性深層沉降儀和測(cè)斜儀等設(shè)備。這些新的設(shè)備及其技術(shù)特點(diǎn)是傳統(tǒng)的工程測(cè)量不能涵蓋的。

2.1 深層沉降儀

深層沉降儀是用來(lái)精確測(cè)量基坑范圍內(nèi)不同深度處各土層在施工過(guò)程中沉降或隆起數(shù)據(jù)的儀器。它由對(duì)磁性材料敏感的探頭和帶刻度標(biāo)尺的導(dǎo)線(xiàn)組成。當(dāng)探頭遇到預(yù)埋在預(yù)定深度鉆孔中的磁性材料圓環(huán)時(shí)，沉降儀上的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出叫聲。此時(shí)測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)上標(biāo)尺在孔口的刻度以及孔口的標(biāo)高，即可獲得磁性環(huán)所在位置的標(biāo)高。通過(guò)對(duì)不同時(shí)期測(cè)量結(jié)果的對(duì)比與分析，可以確定各土層的沉降（或隆起）結(jié)果。

深層沉降觀(guān)測(cè)過(guò)程分為井口標(biāo)高觀(guān)測(cè)和場(chǎng)地土深層沉降觀(guān)測(cè)兩大部分。井口標(biāo)高觀(guān)測(cè)按常規(guī)光學(xué)水準(zhǔn)觀(guān)測(cè)方法進(jìn)行。以下介紹作者在工程實(shí)際中使用的加拿大RockTest公司產(chǎn)R-4型磁性沉降儀，其刻度劃分為1mm，讀數(shù)分辨精度為0.5mm。

(1)磁性沉降標(biāo)的安裝

a.用鉆機(jī)在場(chǎng)地中預(yù)定位置鉆孔（實(shí)際布設(shè)孔位時(shí)要注意避開(kāi)墻柱軸線(xiàn)）。根據(jù)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的不同觀(guān)測(cè)目的，考慮到上部結(jié)構(gòu)的重量分布及結(jié)構(gòu)形式以及實(shí)際土壓力影響深度，綜合取定各孔深尺寸及沉降標(biāo)在孔中的埋設(shè)位置。

b.用PVC塑料管作為磁性探頭的通道（稱(chēng)為導(dǎo)管），導(dǎo)管兩端設(shè)有底蓋和頂封。將第一個(gè)磁性圓環(huán)安裝在塑料管的端部，放入鉆孔中。待端部抵達(dá)孔底時(shí)，將磁性圓環(huán)上的卡爪彈開(kāi)；由于卡爪打開(kāi)后無(wú)法收回，故這種磁性環(huán)是一次性的，不能重復(fù)使用，安裝時(shí)必須格外小心。

c.將需安裝的磁性圓環(huán)套在塑料管上，依次放大孔中預(yù)定深度。確認(rèn)磁性環(huán)位置正確后，彈開(kāi)卡爪。測(cè)量點(diǎn)位要綜合考慮基底壓力影響深度曲線(xiàn)和地質(zhì)勘探報(bào)告中有關(guān)土層的分布情況。

d.固定探頭導(dǎo)管，將導(dǎo)管與鉆孔之間的空隙用砂填實(shí)。

e.固定孔口，制作鋼筋混凝土孔口保護(hù)圈。

f.測(cè)量孔口標(biāo)高3次，以平均值作為孔口穩(wěn)定標(biāo)高。測(cè)量各磁性圓環(huán)的初始位置（標(biāo)高）3次，以平均值作為各環(huán)所在位置的穩(wěn)定標(biāo)高。

(2)磁性沉降標(biāo)的測(cè)量

a.在深層沉降標(biāo)孔口做出醒目標(biāo)志，嚴(yán)密保護(hù)孔口。將孔位統(tǒng)一編號(hào)，以與測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)。

b.根據(jù)基坑施工進(jìn)度，隨時(shí)調(diào)整孔口標(biāo)高。每次調(diào)整孔口標(biāo)高前后，均須分別測(cè)量孔口標(biāo)高和各磁性環(huán)的位置。

c.每次基坑有較大的荷載變化前后，亦須測(cè)量磁性環(huán)位置。

2.2 測(cè)斜儀

測(cè)斜儀是一種可以精確地測(cè)量沿鉛垂方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量?jī)x器，可以用來(lái)測(cè)量單向位移，也可以測(cè)量雙向位移，再由兩個(gè)方向的位移求出其矢量和，得到位移的最大值和方向。本文介紹加拿大RockTest公司產(chǎn)RT-20MU型測(cè)斜儀，其儀器標(biāo)稱(chēng)精度為±6mm/25m，探頭精度為±0.1mm/0.5m。

(1)測(cè)斜管的埋設(shè)

a.在預(yù)定的測(cè)斜管埋設(shè)位置鉆孔。根據(jù)基坑的開(kāi)挖總深度，確定測(cè)斜管孔深，即假定基底標(biāo)高以下某一位置處支護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體側(cè)向位移為零，并以此作為側(cè)向位移的基準(zhǔn)。

b.將測(cè)斜管底部裝上底蓋，逐節(jié)組裝，并放大鉆孔內(nèi)。安裝測(cè)斜管時(shí)，隨時(shí)檢查其內(nèi)部的一對(duì)導(dǎo)槽，使其始終分別與坑壁走向垂直或平行。管內(nèi)注入清水，沉管到孔底時(shí)，即向測(cè)斜管與孔壁之間的空隙內(nèi)由下而上逐段用砂填實(shí)，固定測(cè)斜管。

c.測(cè)斜管固定完畢后，用清水將測(cè)斜管內(nèi)沖洗干凈，將探頭模型放入測(cè)斜管內(nèi)，沿導(dǎo)槽上下滑行一遍，以檢查導(dǎo)槽是否暢通無(wú)阻，滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。由于測(cè)斜儀的探頭十分昂貴，在未確認(rèn)測(cè)斜管導(dǎo)槽暢通時(shí)，不允許放入探頭。

d.測(cè)量測(cè)斜管管口坐標(biāo)及高程，做出醒目標(biāo)志，以利保護(hù)管口?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量前務(wù)必按孔位布置圖編制完整的鉆孔列表，以與測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)。

(2)土體水平位移測(cè)量

a.連接探頭和測(cè)讀儀。當(dāng)連接測(cè)讀儀的電纜和探頭時(shí)，要使用原裝扳手將螺母接上。檢查密封裝置、電池充電情況（電壓）及儀器是否能正常讀數(shù)。當(dāng)測(cè)斜儀電壓不足時(shí)必須立即充電，以免損傷儀器。b.將探頭插入測(cè)斜管，使?jié)L輪卡在導(dǎo)槽上，緩慢下至孔底以上0.5m處。注意不要把探頭降到套管的底部，以免損傷探頭。測(cè)量自下而上地沿導(dǎo)槽全長(zhǎng)每隔0.5m測(cè)讀一次。為提高測(cè)量結(jié)果的可靠度，每一測(cè)量步驟中均需一定的時(shí)間延遲，以確保讀數(shù)系統(tǒng)與環(huán)境溫度及其他條件平穩(wěn)（穩(wěn)定的特征是讀數(shù)不再變化）。若對(duì)測(cè)量結(jié)果有懷疑可重測(cè)，重測(cè)的結(jié)果將覆蓋相應(yīng)的數(shù)據(jù)。c.測(cè)量完畢后，將探頭旋轉(zhuǎn)180°，插入同一對(duì)導(dǎo)槽，按以上方法重復(fù)測(cè)量，前后兩次測(cè)量時(shí)的各測(cè)點(diǎn)應(yīng)在同一位置上；在這種情況下，兩次測(cè)量同一測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)絕對(duì)值之差應(yīng)小于10%，且符號(hào)相反，否則應(yīng)重測(cè)本組數(shù)據(jù)。d.用同樣的方法和程序，可以測(cè)量另一對(duì)導(dǎo)槽的水平位移。e.側(cè)向位移的初始值應(yīng)取基坑降水之前，連續(xù)3次測(cè)量無(wú)明顯差異之讀數(shù)的平均值。f.觀(guān)測(cè)間隔時(shí)間通常取定為3d.當(dāng)側(cè)向位移的絕對(duì)值或水平位移速率有明顯加大時(shí)，必須加密觀(guān)測(cè)次數(shù)。g.RT-20MU型測(cè)斜儀配有RS-232接口，可以與微機(jī)相連，將系統(tǒng)設(shè)置與測(cè)量數(shù)據(jù)在微機(jī)與測(cè)斜儀之間傳輸。RockTest公司還開(kāi)發(fā)有Acculog-X2000軟件系統(tǒng)，可以自動(dòng)解釋測(cè)量數(shù)據(jù)，完成分析與繪圖輸出等內(nèi)業(yè)工作。

3 小結(jié)

深基坑施工中測(cè)量的目的和特點(diǎn)與普通工程測(cè)量遇然不同，其測(cè)量的方法和設(shè)備與傳統(tǒng)的測(cè)量也完全不同。其中重要的測(cè)量設(shè)備除深層沉降儀與測(cè)斜儀外，還有振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)、土壓力盒、孔隙水壓力計(jì)等，分別適用于不同的專(zhuān)門(mén)需求。

[1]金和鐘.工程測(cè)量發(fā)展趨勢(shì)及相關(guān)設(shè)備應(yīng)用的探討[J].工程勘察，1998-07-22.