淺析提高沉降監(jiān)測質(zhì)量的方式

李德獎(jiǎng)

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南　250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

淺析提高沉降監(jiān)測質(zhì)量的方式

李德獎(jiǎng)

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

摘要探討沉降監(jiān)測過程中的各種影響因素，并分析水準(zhǔn)儀i角引起的誤差、扶尺不直引起的誤差及觀測路線選擇三種要因造成的影響，提出提高建筑物沉降監(jiān)測精度的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞沉降監(jiān)測中間點(diǎn)測量i角改正尺撐輔助觀測路線

沉降監(jiān)測工作貫穿于工程施工、竣工驗(yàn)收及驗(yàn)收后穩(wěn)定性評(píng)價(jià)過程中，具有安全預(yù)報(bào)、科學(xué)評(píng)價(jià)及施工質(zhì)量檢驗(yàn)三方面的功能，需要高精度的沉降測量手段，盡可能準(zhǔn)確地反映被測物體的實(shí)際情況。列舉沉降觀測過程中常見的各種影響因素，著重分析水準(zhǔn)儀i角變化誤差、立尺傾角等帶來的影響，以一、二等水準(zhǔn)測量原則和注意事項(xiàng)為基礎(chǔ)，保留常規(guī)建筑物沉降觀測有利的一面，克服其不足的一面，提出對(duì)常規(guī)觀測方法的部分改進(jìn)建議，并通過實(shí)例證明改進(jìn)方法的有效性。

1水準(zhǔn)觀測過程中影響觀測質(zhì)量的因素

1.1　儀器設(shè)備因素

沉降監(jiān)測對(duì)象一般變形值較小，要求測量精度等級(jí)較高，普通的水準(zhǔn)儀難以反映出建(構(gòu))筑物的變形過程。為此要求沉降觀測應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀及受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦鋼合金水準(zhǔn)尺。在觀測方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該按照“建筑物變形測量規(guī)范”中的規(guī)定，按精度要求配備相應(yīng)的儀器設(shè)備。此外，電子水準(zhǔn)儀觀測過程中的成像清晰度、儀器i角變化、水準(zhǔn)尺豎直度等都會(huì)對(duì)測量產(chǎn)生影響。

1.2　人員素質(zhì)因素

不同的觀測者，由于技術(shù)能力、經(jīng)驗(yàn)及身體狀態(tài)存在差異，即使同一觀測者由于身體狀況和精神狀態(tài)的不同，都會(huì)對(duì)觀測結(jié)果產(chǎn)生影響。不同的觀測者對(duì)于同一項(xiàng)目會(huì)有不同的觀測路線及觀測方法，在觀測過程中出現(xiàn)的問題也會(huì)做出不同的判斷及不同的處理方式 ，若想做到按時(shí)、快速、精確地完成每次觀測任務(wù)，觀測人員的素質(zhì)至關(guān)重要。

1.3　觀測時(shí)間因素

固定觀測周期是獲得完整、規(guī)律觀測資料的前提，觀測時(shí)間的選擇同樣是影響觀測質(zhì)量的重要因素，氣溫、強(qiáng)光會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生影響，觀測時(shí)段不同觀測結(jié)果會(huì)有差異，故每次觀測特別是水準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)的復(fù)測工作應(yīng)盡量固定在同一時(shí)間段。

1.4　水準(zhǔn)點(diǎn)及觀測點(diǎn)因素

水準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)是監(jiān)測的基礎(chǔ)，如果基準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生沉降而又沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，或者點(diǎn)位被破壞，導(dǎo)致觀測路線觀測方式發(fā)生改變，都會(huì)影響觀測質(zhì)量。因此，一定要確保點(diǎn)位的穩(wěn)定，做好保護(hù)工作，避免點(diǎn)位遭到破壞。而觀測點(diǎn)在保證穩(wěn)固的前提下，還要對(duì)觀測標(biāo)識(shí)的材料、 做工等把好關(guān)，避免因?yàn)橛^測標(biāo)識(shí)自身原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)變化。

1.5　環(huán)境影響因素

日照、溫度會(huì)影響水準(zhǔn)儀的i角發(fā)生變化，大氣折光會(huì)影響讀數(shù)精度，故在實(shí)際觀測過程中要求將儀器提前至少半小時(shí)安置在現(xiàn)場，以使水準(zhǔn)儀內(nèi)部件與現(xiàn)場溫度達(dá)到一致，降低i角因溫度而突然變化的可能，且不得在日出后日落前半小時(shí)內(nèi)及太陽中天前后觀測，每次觀測應(yīng)在標(biāo)尺分劃線成像清晰和穩(wěn)定的條件下進(jìn)行。晴天觀測時(shí)，要用測傘為儀器遮蔽陽光，當(dāng)需削減時(shí)間性水平折光影響時(shí)，應(yīng)按不同時(shí)間段觀測。

2主要因素針對(duì)性分析

在按照“五定”原則(固定觀測人員和整理成果、固定儀器設(shè)備、使用固定的水準(zhǔn)點(diǎn)、固定周期方法及觀測路線、固定觀測環(huán)境)工作的前提下，針對(duì)測量過程中出現(xiàn)頻率多、影響大的三個(gè)主要因素進(jìn)行分析。

2.1　水準(zhǔn)儀i角的影響

水準(zhǔn)儀i角對(duì)測站的影響如圖1所示，如果水準(zhǔn)儀i角為零，前后尺視距無論相差多大獲得的高差是一樣的。當(dāng)前后視距不等時(shí)，由i角引起的誤差便顯現(xiàn)出來，視距相差越大，誤差越大。如果觀測過程中無法避免存在視距不等情況時(shí)，每期按照相同的觀測路線觀測方法測得的數(shù)據(jù)則會(huì)因?yàn)閕角的變化而產(chǎn)生不規(guī)則誤差變化，嚴(yán)重影響成果質(zhì)量。

圖1　i角對(duì)水準(zhǔn)測站的影響

2.2　水準(zhǔn)尺傾斜影響

實(shí)際觀測中，扶尺者對(duì)水準(zhǔn)尺豎立的理想狀態(tài)是絕對(duì)垂直于水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸，但在實(shí)際作業(yè)中，讓水準(zhǔn)尺達(dá)到理想狀態(tài)是不可能的，水準(zhǔn)尺前傾或后傾都會(huì)使水準(zhǔn)儀讀數(shù)偏大，水準(zhǔn)尺傾斜誤差的影響見圖2。

圖2　水準(zhǔn)尺傾斜誤差的影響

圖2所示為放大了傾角的示意圖，設(shè)若水準(zhǔn)尺傾斜角度為δ,a′為在此傾角下的數(shù)值，真值a=a′cosδ，差值Δa=a′-a=a′(1-cosδ)，可見Δa的大小既與尺子傾角δ有關(guān)，也與尺子讀數(shù)a′有關(guān)，假設(shè)a′=2 m ，當(dāng)尺子傾角約1°50′左右，就可以造成1 mm的讀數(shù)誤差，對(duì)于精密測量來說影響較大。

2.3　觀測方法的選擇

在沉降觀測中，不要求所有的沉降測點(diǎn)必須作為轉(zhuǎn)點(diǎn)位于水準(zhǔn)閉合環(huán)線上，有些觀測點(diǎn)由于場地限制或通視條件差等原因可以采用中間點(diǎn)測量方式獲取數(shù)據(jù)，這種方式測量存在的弊端就是水準(zhǔn)環(huán)線閉合差不能反映所有觀測點(diǎn)的觀測誤差，可能會(huì)出現(xiàn)閉合差不超限、但是不在閉合環(huán)線上的觀測點(diǎn)的觀測誤差卻很大、甚至還可能存在粗差的情況，中間點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)存在粗差時(shí)得不到檢核。

3提高監(jiān)測質(zhì)量的改進(jìn)方式

3.1　水準(zhǔn)儀i角改正

在實(shí)際作業(yè)中，要求前后視距相等甚至累積視距相等是較難實(shí)現(xiàn)的，故不能消除由于i角變化帶來的誤差影響。如圖1所示，設(shè)若儀器由i角影響下測得的a，b兩點(diǎn)間高差為

實(shí)際高差

ho=(ai-Sa·tani)-(bi-Sb·tani)=

注意i角包含正負(fù)號(hào)，Δ為觀測高差改正值。

對(duì)于高精度沉降觀測每次觀測前檢測儀器i角，根據(jù)以上公式通過后期數(shù)據(jù)處理消除由i角帶來的誤差影響，使成果更接近于實(shí)際值。

3.2　尺撐輔助

在觀測前進(jìn)行必要的檢測校正以保證水準(zhǔn)尺質(zhì)量合格，在觀測過程中，需使水準(zhǔn)尺上圓氣泡始終處于居中位置，用兩個(gè)測桿左右兩側(cè)支撐水準(zhǔn)尺，并與扶尺者三方做好穩(wěn)定，每次觀測盡量選擇同樣標(biāo)準(zhǔn)扶尺。

3.3　選取最優(yōu)觀測方法

針對(duì)不在水準(zhǔn)閉合環(huán)線上的觀測點(diǎn)會(huì)存在粗差的情況，改進(jìn)方法是在建網(wǎng)時(shí)，選擇路線使盡量多的觀測點(diǎn)位于測站上，每一個(gè)測站可以觀測多個(gè)觀測點(diǎn)，前后視距不能滿足時(shí)采用i角改正措施，后期處理該測點(diǎn)的觀測值，將觀測位置、觀測路線繪制成圖，在后續(xù)的觀測過程中嚴(yán)格按照此次觀測方式、觀測路線進(jìn)行觀測。

4應(yīng)用實(shí)例

在濟(jì)南鐵路局青島普集路職工住宅樓沉降監(jiān)測工程中對(duì)24號(hào)樓采用兩種測量方式進(jìn)行比對(duì)。實(shí)施中布設(shè)兩條觀測環(huán)線，一種是常規(guī)方式觀測路線，部分觀測點(diǎn)設(shè)為水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)，其它中間點(diǎn)測量方式一站觀測多個(gè)點(diǎn)，各期均采用相同觀測人員、路線、儀器、水準(zhǔn)尺測量；另一條采用改進(jìn)方式，大部分觀測點(diǎn)作為水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)傳遞高程，并分配閉合差，每期觀測前檢測i角，個(gè)別中間點(diǎn)測量視距不等時(shí)數(shù)據(jù)處理加入i角改正，立尺采用尺撐輔助。圖3，圖4為兩種測量方式獲得數(shù)據(jù)生成的曲線。

圖3　常規(guī)測量方式時(shí)間-沉降量曲線

圖4　改進(jìn)測量方式時(shí)間-沉降量曲線

從2013年6月5日至2014年8月10日的21期觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，兩種方法觀測的閉合差相差不大，但每期的沉降量相差較大，常規(guī)方式測得的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不均勻情況，同期各點(diǎn)沉降量也出現(xiàn)較大差異，而改進(jìn)方式測得的數(shù)據(jù)同期各點(diǎn)沉降均勻，沉降曲線平滑下降。經(jīng)分析得知，24號(hào)樓常規(guī)方式測量1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)點(diǎn)觀測值存在較大粗差，改進(jìn)方法后的觀測數(shù)據(jù)更符合實(shí)際沉降趨勢，獲得的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量更高。

5結(jié)論

在常規(guī)沉降監(jiān)測方式的基礎(chǔ)上，按照精密水準(zhǔn)測量技術(shù)要求的原則，結(jié)合實(shí)際，對(duì)影響沉降監(jiān)測質(zhì)量的各種因素進(jìn)行分析，并針對(duì)主要因素提出一些提高沉降監(jiān)測質(zhì)量的改進(jìn)方法，通過實(shí)例驗(yàn)證其有效性，對(duì)于變形量較小的高等級(jí)沉降觀測具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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中圖分類號(hào)：TU433

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)03-0008-03

作者簡介：李德獎(jiǎng)(1981— )，男，2005年畢業(yè)于山東理工大學(xué)測繪工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2015-02-09