李德獎

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計院，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

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計院，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、竣工驗收及驗收后穩(wěn)定性評價過程中，具有安全預(yù)報、科學(xué)評價及施工質(zhì)量檢驗三方面的功能，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，提出對常規(guī)觀測方法的部分改進(jìn)建議，并通過實例證明改進(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)測對象一般變形值較小，要求測量精度等級較高，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)尺豎直度等都會對測量產(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，都會對觀測結(jié)果產(chǎn)生影響。不同的觀測者對于同一項目會有不同的觀測路線及觀測方法，在觀測過程中出現(xiàn)的問題也會做出不同的判斷及不同的處理方式 ，若想做到按時、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)光會對儀器產(chǎn)生影響，觀測時段不同觀測結(jié)果會有差異，故每次觀測特別是水準(zhǔn)點、工作基點的復(fù)測工作應(yīng)盡量固定在同一時間段。

1.4　水準(zhǔn)點及觀測點因素

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

1.5　環(huán)境影響因素

日照、溫度會影響水準(zhǔn)儀的i角發(fā)生變化，大氣折光會影響讀數(shù)精度，故在實際觀測過程中要求將儀器提前至少半小時安置在現(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，要用測傘為儀器遮蔽陽光，當(dāng)需削減時間性水平折光影響時，應(yīng)按不同時間段觀測。

2主要因素針對性分析

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、固定周期方法及觀測路線、固定觀測環(huán)境)工作的前提下，針對測量過程中出現(xiàn)頻率多、影響大的三個主要因素進(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，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，每期按照相同的觀測路線觀測方法測得的數(shù)據(jù)則會因為i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角對水準(zhǔn)測站的影響

2.2　水準(zhǔn)尺傾斜影響

實際觀測中，扶尺者對水準(zhǔn)尺豎立的理想狀態(tài)是絕對垂直于水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸，但在實際作業(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必須作為轉(zhuǎn)點位于水準(zhǔn)閉合環(huán)線上，有些觀測點由于場地限制或通視條件差等原因可以采用中間點測量方式獲取數(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的觀測誤差，可能會出現(xiàn)閉合差不超限、但是不在閉合環(huán)線上的觀測點的觀測誤差卻很大、甚至還可能存在粗差的情況，中間點的測量數(shù)據(jù)存在粗差時得不到檢核。

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兩點間高差為

實際高差

ho=(ai-Sa·tani)-(bi-Sb·tani)=

注意i角包含正負(fù)號，Δ為觀測高差改正值。

對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

針對不在水準(zhǔn)閉合環(huán)線上的觀測點會存在粗差的情況，改進(jìn)方法是在建網(wǎng)時，選擇路線使盡量多的觀測點位于測站上，每一個測站可以觀測多個觀測點，前后視距不能滿足時采用i角改正措施，后期處理該測點的觀測值，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24號樓采用兩種測量方式進(jìn)行比對。實施中布設(shè)兩條觀測環(huán)線，一種是常規(guī)方式觀測路線，部分觀測點設(shè)為水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點，其它中間點測量方式一站觀測多個點，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，大部分觀測點作為水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點傳遞高程，并分配閉合差，每期觀測前檢測i角，個別中間點測量視距不等時數(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)測量方式時間-沉降量曲線

圖4　改進(jìn)測量方式時間-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)同期各點沉降均勻，沉降曲線平滑下降。經(jīng)分析得知，24號樓常規(guī)方式測量1號、3號、5號點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)合實際，對影響沉降監(jiān)測質(zhì)量的各種因素進(jìn)行分析，并針對主要因素提出一些提高沉降監(jiān)測質(zhì)量的改進(jìn)方法，通過實例驗證其有效性，對于變形量較小的高等級沉降觀測具有較高的實用價值。

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中圖分類號：TU433

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0008-03

作者簡介：李德獎(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