探討基坑檢測(cè)中測(cè)斜原理與誤差

馬成玉

江蘇地華實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司 江蘇南京 210000

摘要：本文簡(jiǎn)要概述了基坑監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及對(duì)測(cè)斜原理與誤差做出了重點(diǎn)探討。

關(guān)鍵詞：基坑監(jiān)測(cè)；測(cè)斜；原理；誤差

一、基坑監(jiān)測(cè)概述

1.1基坑監(jiān)測(cè)?；颖O(jiān)測(cè)包括支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變位的監(jiān)測(cè)、周?chē)ㄖ锛暗叵滤槐O(jiān)測(cè)、深層土體水平位移監(jiān)測(cè)（即測(cè)斜），其中，深層位移監(jiān)測(cè)能夠綜合反映基坑性狀。地方法規(guī)已明確規(guī)定：較大深基坑施工中必須進(jìn)行深層位移監(jiān)測(cè)。

深層位移監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)性較強(qiáng)的測(cè)試項(xiàng)目，基坑支護(hù)測(cè)斜監(jiān)測(cè)可以及時(shí)了解基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的土體變形對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懬闆r，掌握基坑整體和局部的穩(wěn)定和安全狀況，指導(dǎo)基坑開(kāi)挖施工，及時(shí)預(yù)警，以盡量避免或減少可能帶來(lái)的損失?？梢詫y(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，驗(yàn)證基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確性，并判斷前一步施工工藝和參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定下一步的施工?？梢愿鶕?jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反推設(shè)計(jì)參數(shù)以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，并總結(jié)工程施工經(jīng)驗(yàn)，為以后的設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

1.2測(cè)斜儀器測(cè)斜原理。測(cè)斜儀是一種通過(guò)量測(cè)儀器軸線(xiàn)與鉛垂線(xiàn)之間傾角θ 的變化量，進(jìn)而計(jì)算基坑支護(hù)各垂直位置各點(diǎn)水平位移的專(zhuān)門(mén)儀器。

圖1 監(jiān)測(cè)原理圖 圖2 位移累計(jì)示意圖

如圖1和圖2為測(cè)斜儀量測(cè)的原理圖，圖中探頭下滑動(dòng)輪作用點(diǎn)相對(duì)于上滑輪作用點(diǎn)的水平偏差可以通過(guò)儀器測(cè)得的傾角θ計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

△δi=Li×sin△θi （1）

式中△δi—第i 量測(cè)段的相對(duì)水平偏差增量植；Li—第i 量測(cè)段的垂直長(zhǎng)度，通常取為0.5m，1.0m等整數(shù)；△θi—第i 量測(cè)段的相對(duì)傾角增量值。

假設(shè)管端水平偏差為零，第n段深度測(cè)斜管的水平偏差總量為：

（2）

如果將每段間隔Li取為常量，則水平偏差總量與δ僅為相對(duì)傾角增量△βi的函數(shù)，同時(shí)計(jì)入管端水平位移值δ0，則上式寫(xiě)為：

（3）

根據(jù)工程需要，將 L 取定 0.5m，預(yù)先在測(cè)斜儀上設(shè)置好參數(shù)時(shí)，將測(cè)斜儀探頭伸入測(cè)斜管上下滑移，即可在讀得偏差總量。

實(shí)際量測(cè)時(shí)，可將測(cè)斜儀插入與樁墻鉛直方向放置的測(cè)斜管內(nèi)，并沿管內(nèi)導(dǎo)槽緩慢下滑，按式（3）中取定的間距L逐段測(cè)定各位置處管道與鉛直線(xiàn)的相對(duì)傾角，假設(shè)樁墻與測(cè)斜管撓曲協(xié)調(diào)，就能得到整個(gè)樁墻軸線(xiàn)的水平撓曲，只要配備足夠多的量測(cè)點(diǎn)，所繪制的曲線(xiàn)是連續(xù)光滑的

由（1）至（3）式可知，測(cè)斜管的水平偏差總量δ 為各量測(cè)段的疊加，這里存在的問(wèn)題是以測(cè)斜管底端作為起算點(diǎn)還是以測(cè)斜管頂端作為管端起算點(diǎn)。正確的處理是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中板墻的實(shí)際受力狀況和樁墻端頭約束條件具體確定。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)以第一次讀數(shù)作為基準(zhǔn)讀數(shù)，而以后各次所得讀數(shù)以此次讀數(shù)為基準(zhǔn)得累計(jì)位移量。

測(cè)斜管安裝：安裝測(cè)斜管時(shí)應(yīng)該盡量讓測(cè)斜管的凹槽的方向與預(yù)計(jì)的方向相同，這個(gè)方向通常稱(chēng)為 A 軸，與這個(gè)（凹槽）方向垂直的軸稱(chēng)為 B 軸。當(dāng)測(cè)斜管在第一次檢測(cè)完之后（例如基準(zhǔn)讀數(shù)），就應(yīng)該選擇一個(gè)測(cè)斜探頭的安裝方向。選定這個(gè)方向后即使重復(fù)的測(cè)量多次，探頭在測(cè)斜管里的方位仍然是確定的。一般將探頭上面的滑輪的方向作為定向，這樣的話(huà)即使測(cè)試平面有位移時(shí)，滑輪也是朝著同一個(gè)方向。圖3說(shuō)明了測(cè)斜管安裝時(shí)凹槽與支護(hù)傾斜方向的關(guān)系。

實(shí)際上，要讓測(cè)斜管的凹槽正確的定位定向通常很困難，通常選擇預(yù)期的位移方向作為主要的參照方向來(lái)設(shè)定方位。一般建議將這個(gè)方向（A+）標(biāo)記在測(cè)斜管上，這樣每次測(cè)量的時(shí)候方向都會(huì)一致，而不會(huì)弄混探頭的下放方向。測(cè)斜管凹槽方向的方位角可以參照方向A+順時(shí)針?lè)较驕y(cè)量得出，在數(shù)據(jù)后處理和刪減數(shù)據(jù)時(shí)可以參考這個(gè)方位角，測(cè)斜儀所有按順序測(cè)出的位移值都會(huì)以這個(gè)方向作為參考。當(dāng)探頭沿反時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)90度并且向右傾斜視B平面內(nèi)的位移值為正值。

二、誤差分析

誤差來(lái)源：誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩種。

系統(tǒng)誤差可以找出其規(guī)律采取措施削弱和消除對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。而單個(gè)偶然誤差是沒(méi)有規(guī)律的，但大量重復(fù)的偶然誤差卻具有統(tǒng)計(jì)特性。伺服加速度計(jì)式測(cè)斜儀的誤差來(lái)源主要是以下三方面：

2.1 觀(guān)測(cè)誤差。觀(guān)測(cè)時(shí)儀器放置位置的差異，以及每個(gè)人讀數(shù)的習(xí)慣不同都會(huì)導(dǎo)致每次讀數(shù)不同，觀(guān)測(cè)誤差屬于偶然誤差。對(duì)于前者，選用數(shù)字式測(cè)測(cè)斜儀電纜上有鋁制卡環(huán)，測(cè)試時(shí)將卡環(huán)卡在測(cè)斜管口的鋁合金卡座上固定，這樣重復(fù)安置時(shí)偏差不會(huì)超過(guò)5mm，這對(duì)測(cè)試精度很重要；對(duì)于后者，盡量固定一個(gè)人操作，對(duì)操作者進(jìn)行培訓(xùn)。

2.2 儀器誤差。1）K0漂移誤差。長(zhǎng)期來(lái)言，K0是一個(gè)緩慢變化的變量，存在K0漂移誤差；而對(duì)某次觀(guān)測(cè)而言，K0可以看作是常量不予考慮。2）測(cè)斜管及導(dǎo)輪的機(jī)械誤差。當(dāng)測(cè)斜管發(fā)生變形以及導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)受卡或因?yàn)閷?dǎo)輪的彈力不足的情況下，使導(dǎo)輪不能進(jìn)入準(zhǔn)確的位置，在特定的位置總是產(chǎn)生一定的誤差。理論上這種誤差是有規(guī)律的，但由于測(cè)斜管位于地下，沒(méi)法知道它的規(guī)律性并進(jìn)而消除，觀(guān)測(cè)中要盡量避免出現(xiàn)這種誤差，定期檢查探頭。3）讀數(shù)儀表誤差。在現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)過(guò)程中，接收儀表因接觸不良或本身儀器性能的變化有一定的觀(guān)測(cè)差異。這種誤差在儀器制造的時(shí)候都有一定的標(biāo)定，屬于偶然誤差，要保證測(cè)斜儀電池電量充足。

2.3 環(huán)境誤差。環(huán)境中的溫度、濕度會(huì)對(duì)儀器觀(guān)測(cè)值產(chǎn)生一定的影響，再者測(cè)斜孔導(dǎo)槽中如有泥沙、雜物等也將給觀(guān)測(cè)值帶來(lái)誤差。為此要求觀(guān)測(cè)時(shí)測(cè)頭在孔內(nèi)要待溫度適應(yīng)后再進(jìn)行觀(guān)測(cè)；測(cè)斜孔孔口應(yīng)制作干凈平整的工作臺(tái)，放置電纜及儀器，盡量不使泥沙帶入測(cè)孔內(nèi)。測(cè)試完成后，關(guān)閉測(cè)斜系統(tǒng)的程序，關(guān)閉線(xiàn)滾的電源并斷開(kāi)探頭和線(xiàn)滾的連接。擦干凈探頭和電纜，重新將探頭和線(xiàn)滾上面的接頭保護(hù)蓋擰上，并將測(cè)管管口加上保護(hù)蓋，返回辦公室后，應(yīng)該徹底清潔儀器，線(xiàn)滾和其他配件，防止上面粘有水分和雜物，并給線(xiàn)滾的電池和掌上電腦充電以備下次使用。

以上是一般的測(cè)斜儀的誤差分析原理，但是對(duì)于數(shù)字式測(cè)斜儀來(lái)說(shuō)這一步并不存在，因?yàn)檫@些誤差分析已經(jīng)集成在其讀數(shù)器單元———掌上電腦內(nèi)了，其自帶的軟件可以進(jìn)行處理，然后輸出的已經(jīng)是經(jīng)過(guò)處理的結(jié)果了，而不是以上誤差處理中所提到的U1，U2（電壓輸出值）。在掌上電腦上進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作：位移變化量、相對(duì)于鉛垂線(xiàn)的絕對(duì)位移、相對(duì)于基準(zhǔn)讀數(shù)的相對(duì)位移等最終數(shù)值都可以得出來(lái)。但是了解這些誤差分析方法可以幫助更深入的了解測(cè)斜儀的基本工作原理及數(shù)據(jù)處理方式。

三、結(jié)論

在此分析了數(shù)字式測(cè)斜儀系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)原理；探討了誤差來(lái)源以及消除方法。

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