测斜监测范文（精选6篇）
测斜监测 第1篇
关键词：基坑,测斜技术,支护结构,监控点
0 引言
随着中国城市建设的高速发展, 高层、超高层建筑和地下工程的基坑开挖深度和施工难度逐渐增大, 为了不影响周围建筑和地下结构的安全, 及时准确地了解支护结构的受力变形情况在工程中越来越重要。测斜技术在岩土工程中的应用, 很好地弥补了由于支护结构受力状态的多变性、地质条件的复杂性和结构形式的多样性导致设计和施工中的不足, 提高了工程的施工进度, 保证了工程的安全进行。
1 工程概况
上海某工程位于上海市虹桥枢纽商务核心区, 工程东侧申武路, 南侧为苏虹路, 西侧、北侧申滨南路。项目分为D04 基地与D05 基地; D05 地块南侧紧邻上海地铁2 号线, 基坑与2 号线仅有13 m的距离。为满足保护地铁的需要, D05 地块设计通过分隔墙将基坑分隔成五个分坑并严格规定施工顺序, 如图1所示。
1. 1 支护结构
基坑围护设计采用“钻孔灌注桩+ 三道钢筋混凝土内支撑;地连墙+ 三道钢筋混凝土内支撑; 地连墙+ 一道钢筋混凝土内支撑+ 三道钢管内支撑”。为了满足工程安全性要求, 两道地连墙和钻孔灌注桩的深度均达到了50 m。
1. 2 地质条件
上海位于东海之滨, 长江入海口, 属长江三角洲冲淤积平原。该施工区间地貌类型为滨海平原地貌。进场勘探时, 场地较平整, 地面标高在4. 14 m ~5. 77 m之间。场地平均标高约为5. 3 m。根据勘探时现场土层鉴别、原位测试和土试验成果综合分析, 本场地自地表至65. 0 m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物, 按其成因可分为7 层, 其中第 (1) 层、 (5) 层和 (7) 层按其土性及土色差异又可分为若干亚层, 各土层的成因、状态及抗剪强度标准值见表1。
本场地浅层地下水属潜水类型, 对工程有影响的地下水主要为浅层的潜水, 其主要补给来源为大气降水, 水位随季节变化而变化, 水位埋深一般为0. 3 m ~ 1. 5 m。钻探期间浅层地下水初见水位埋深1. 8 m ~ 4. 0 m, 稳定水位埋深1. 5 m ~ 3. 4 m。
1. 3 基坑开挖顺序
D04, D05-1 区先同步进行施工; D05-1 区施工至B1 板后, 施工D05-2 区基坑首道支撑; D05-2 区施工至B1 板后, 施工D05-3区基坑首道支撑; D05-4 区施工至B1 板后, 施工D05-5 区基坑首道支撑。
D04, D05-1 基坑同步施工→D05-1 地下一层底板→D05-2 第一道支撑→D05-2 地下一层底板→D05-3 第一道支撑→D05-3 地下一层底板→D05-4 第一道支撑→D05-4 地下一层底板→D05-5第一道支撑。
2 测斜管的布置及布置原则
2. 1 测斜管的布置原则
1) 测斜管应布置在基坑支护受力最不利的位置, 如地连墙的中间部位。且测点的位置间距宜在20 m ~ 50 m之间, 如图2所示。
2) 当基坑附近存在重要建筑、地下管线或地铁路线时, 在距离这些建筑结构最近的围护段也应布置监测点。
3 ) 在开挖过程中过早暴露的支护结构且监测数据可指导后续施工的位置或局部开挖深度增大的位置也应该布置监测点。
4) 监测点的布置深度应与围护体入土的深度相同。
2. 2 监控点的布置
基坑围护设施的变形监测集中在D05-4 区和D05-5 区。本文以D05-5 为例来进行分析。D05-5 区有四道支撑, 第一道为混凝土支撑, 第二道~ 第四道支撑为钢管支撑。围护顶垂直水平位移监测点: 延地连墙周边布置共9 个 ( 5W) ; 围护墙体测斜监测点: 延地连墙周边布置共7 个 ( 5X) ; 坑外土体测斜监测点: 延地连墙周边布置共3 个 ( 5T) ; 坑外水位监测点: 延地连墙周边布置共3 个 ( 5S) ; 围护墙内里监测点: 延地连墙周边布置共1 个 ( 5YL) 如图2 所示。
3 监测方法及数据分析
3. 1 测试方法
测斜管需在基坑开挖前的15 d ~ 30 d内埋设到指定的监测位置, 并在基坑开挖前的5 d内对每个监测点重复测试3 次, 确保测斜管可以正常使用。等测斜管反映的数据趋于稳定之后, 取其平均值作为初始值, 便可开始测试工作。测试时, 在确保探头可以正常使用的前提下, 将探头缓缓放入所测点对应的测斜管底。当显示仪数据稳定后方可开始监测。通常情况下将基准点设在测点的管口位置, 且每次测试基准点的位置都应保持不变。开始监测后, 探头需匀速提升, 每隔500 mm读数一次, 并做记录。为了消除测试仪自身存在的误差, 需在第一次监测完后将探头旋转180°在原位置进行二次监测。
3. 2 数据分析
上海现代建筑设计集团和上海申元岩土工程有限公司从2014 年10 月4 日开始到2015 年4 月8 日对基坑支护进行了监测。在监测过程中, 支护结构的变形量不是很大, 支护墙底有稍许的变形, 但已经符合工程的要求。
图3 为D05-5 基坑支护结构测斜孔5X31, 5X32, 5X33, 5X34的监测数据图, 位移量正值向基坑内, 负值向基坑外。从图3 可以看出, 测点5X31 点处位移量最大值达到了17. 19 mm; 测点5X32 点处位移量最大值达到了19. 42 mm; 测点5X33 点处位移量最大值达到了16. 12 mm; 测点5X34 点处位移量最大值达到了18. 58 mm。位移量的变化速率不大于 ± 3 mm / d, 累计变化量不大于 ± 30 mm。在安全施工的允许值内, 基坑开挖较安全, 允许进行正常施工。
随着基坑开挖深度的加大, 支护墙体不断向基坑内发生位移, 基坑开挖越深, 位移量越大。在位移量—深度图中可以看出, 基坑在开挖到15 m左右时位移量达到了最大, 之后由于基坑不再开挖, 支护墙的位移量明显的减少。
4 结语
通过上海某工程D05-5 基坑的监测, 可以得出以下结论:1) 对比4 个点的位移—深度图可以看出, 支护结构的变形符合安全施工的要求, 结构的变化速率和累计变化量均没有超过预警值, 可以进行施工。2) 测斜技术具有较强的时效性, 可以让我们及时了解基坑的变形情况, 能够第一时间发现工程中的安全隐患, 使我们可以第一时间做出反应, 防止事故的发生。3) 当基坑开挖较深、周围存在重要建筑或地下结构时, 使用测斜监测技术可以让我们实时了解支护结构的变形和受力状态, 对周围的建筑起到保护作用。4) 在施工过程中, 出现了多次测斜管被破坏的情况, 影响了后续的监测, 所以在施工时需加强对测斜管的保护, 确保测量数据的完整和准确。
参考文献
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测斜监测 第2篇
测斜仪是一种可精确测量物体倾斜量的工程测量仪器，并可以将倾斜量转化为某一方向的位移量。在基坑监测领域，测斜对基坑有着重要的意义，测斜仪主要用于量测土体、围护结构的深层侧向位移,测斜监测可以量测挡土墙板、排桩变形后的形状;计算不同深度土体(桩体)位移,监测是否有土体失稳的预兆及现象。本文针对测斜距选取对基坑监测结果进行探讨。
2 测斜仪工作原理
按照测量方法的不同，测斜仪可以分为活动式和固定式两种，在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。测斜的工作原理（见图1）是利用重力摆锤始终保持铅直方向的性质，测得仪器中轴线与摆锤垂直线的倾角，倾角的变化导致电信号的变化，经过转化输出并在仪器上显示，从而得知被测构筑物的位移变化值。
在基坑开挖前，先将有四个相互垂直导槽的测斜管埋入支护结构或土体中。测量时，将测斜仪放入测斜管，使测头上的导向轮卡在测斜管内壁的导槽中，沿槽滚动就可以连续地测定沿测斜管整个深度的水平位移变化。
3 测斜量距的选取
测斜的量距也称读数间距，是指滑轮在测斜管内每次提升读数的距离间隔，通常为测斜仪探头上下两组滑轮距离的1倍或2倍，即0.5m或1.0m。测斜探头每提升0.5m或1.0m进行读数，直到到达测斜管的顶部，如图2所示。
当基坑围护结构或土体产生位移时，测斜探头在每个量程标记处测出的量是各个不同分段点上测斜管的倾角变化θi，而该段测斜管相应的位移增量为：
式中，Li为测斜的量距。测斜管端头总的位移增量为∑ΔSi。
当测斜量距选取为0.5m时，即量距等于探头上下两个导轮的间距。每提升0.5m，本次的下导轮位置与上一个读数的上导轮的位置是重合的，这样就保证了整个测斜管测量的完整性和连续性。
当测斜量距选取为1.0m时，即量距等于探头上下两个导轮间距的2倍。每次读数，需要提升2倍的轮距，即相邻两次之间间隔了0.5m的测管没有量测，相当于认为每1.0m的前0.5m的倾斜量θi就等于后0.5m的倾斜量。
4 实验对比
实验选取了某地铁基坑的“CX3”和“CX5”两个桩体测斜孔，孔深分别为12m和11m，测斜孔位于搅拌桩桩体内，基坑采用两级放坡开挖，开挖深度8m，两孔水平间距约40m。
实验一：测斜孔“CX3”，测斜仪CX06-A。
采用CX06-A型号测斜仪进行测试，测斜管深度12m，在5月24日至5月26日两天的时间内，分别选取0.5m和1.0m两种量程同时监测，比较结果见表1。
实验二：测斜孔“CX5”，测斜仪CX03-A。
采用CX03-A测斜仪进行测试，测斜管深度11m，在5月13日至6月2日的20天的时间内，分别选取0.5m和1.0m两种量程同时监测，比较结果见表2。
5 实验结果分析
通过以上两组不同实验，我们采用不同的测斜孔、测斜仪进行0.5m和1.0m两种量程的观测，测试的结果反映的情况是一致的，即0.5m和1.0m两种量程同一时间段所反映的测斜管的位移变化量有很大的差别，并且自下而上位移的差值越来越大，已经不能用误差来解释。
此外，我们在实验中注意到：同一种测斜仪不同量程情况下采集的同一整米数（例如在2.0m）位置的读数值也是不同的，并且也基本呈现自下而上差值越来越大的状况，即虽然两种量程反映的测斜管弯曲的趋势是类似的，但绝对值有较大的差别。如表3所示:
通过对测斜原理的研究并结合现场情况综合分析，总结出以下两点原因：
1）测斜管通常是绑扎在支护结构（桩或连续墙）钢筋上随之吊装到地下，或通过钻孔埋设于土体中的，由于现场因素制约，测斜管埋设完成后的形状往往不是光滑而线性的，测斜管绝大多数情况下都是呈现不规则扭曲的形状，每一深度位置的曲率都可能不同。正如表1反映的两种量程测试的测斜管的形状是不同的，这种差异是由于测斜管安装造成的。
2）基坑开挖后，测斜管随支护结构或土体发生深层位移，在受力情况下测斜管的每个深度都可能发生形变，使得测斜管的形状又会发生新的变化，并且在1.0m量程范围内各点的变化可能也是不均匀的。
因此，在每个探头量程范围内（0.5m），测斜管的形状和斜率都可能不同，如果仍简单地认为前0.5m的倾斜量就等于后0.5m的倾斜量就会造成测斜成果失真或存在较大误差。
6 结论
目前，测斜的测距对量测结果的影响研究较少,且存在争议,但通过本工程实践数据表明，测斜量距应该与测斜仪探头导轮的间距相同，才能更真实地反映出测斜管的变形情况。只有当测斜管单向倾斜，并且各段弯曲的曲率变化连续时，2倍或多倍轮距量测与单倍轮距的结果才会一致，否则，就会出现较大的误差甚至错误，影响监测数据准确性，从而对基坑施工造成事故。
摘要：测斜的量距是指滑轮在测斜管内每次提升读数的距离间隔,通常采用的是一倍或两倍量距。本文章以工程实践为依据,结合测斜仪的原理探究了测斜量距的选取对基坑监测结果的影响并对其原因进行了分析,希望对基坑的测斜监测提供一定的参考。
关键词：基坑,测斜仪,测斜距,监测
参考文献
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[2]蔡干序.基坑监测工程测斜技术的探讨[J].建筑科学,2009(11):99-102.
测斜监测 第3篇
关键词：变形监测,全站仪,测斜仪,点位中误差
0 引言
近年来,随着我国经济和城市建设的高速发展,城市中的高层和大规模建筑物越来越多,建筑物的基坑开挖深度和规模也越来越大。由于建筑场地地层岩土性质千变万化,再加上造价方面的考虑,基坑支护不能达到预期要求的情况经常出现,对周边建筑物和居民安全造成严重威胁。据统计,我国沿海地区有近1/3的基坑施工出现过各种大小边坡安全事故[1]。可见,深基坑开挖过程中的变形监测是工程安全施工的要求,也是保障周边建筑物和居民生命安全的要求。
目前基坑边坡监测系统普遍采用测绘方法和光机电应变仪监测法[2]。本文通过比较全站仪和测斜仪在基坑边坡位移监测中的精度和数据可靠性,分析两种监测系统的特点及适用性,并提出建议。
1 全站仪观测值误差分析
根据全站仪的特点,观测误差分为系统误差和偶然误差,它们又以仪器误差、观测误差和外界条件误差的形式表现出来。使用全站仪采用极坐标法对基坑进行边坡位移观测时,观测结果只受到仪器测角误差和测距误差的影响[3]。
1.1 测角误差分析
根据全站仪观测水平角原理,水平角的观测精度主要受到以下因素影响[4]:①仪器误差的影响。由误差传播定律,2″级全站仪半测回测角中误差m半测=±4″。②对中误差的影响。取e=3mm, s1=100m, s2=100m,sab=200mm计算得 m中=±8.8″。③目标偏心误差影响。取e1=e2=3mm,s1=s2=100m计算得m偏=±6.2″。
由上分析,全站仪测角中误差
1.2 测距误差分析
目前全站仪大多采用相位式光电测距,其测距误差可分为两部分,一是与距离D 成正比的误差,即光速值误差、大气折射率误差和测距频率误差;二是与距离无关的误差,即测相误差、加常数误差和对中误差。
目前测绘单位配备的全站仪测距标称精度大多为MD=3+2 ppm[5]。假设测站到待测点的距离为100m,则MD=3+2×0.1=±3.2mm。考虑仪器的对中误差和棱镜的偏心误差各为3mm,测距中误差为:
1.3 观测点点位中误差
根据误差传播定律,计算全站仪极坐标法观测基坑边坡的点位中误差。监测点坐标与观测角度和距离的函数关系为:
式中,D为测站到观测点距离;β为基线方向与测点方向夹角;X、Y为测点坐标。
由误差传播定律,观测点坐标中误差为:
观测点点位中误差为
最不利情况β=45°,观测点点位中误差最大。将mβ、md、D=100m、β=45°代入(2)、(3)式计算得M=7.7mm。
工程测量规范规定三等变形测量观测滑坡水平位移点位中误差限差±6mm,四等为±12mm[5]。在实际观测过程中,通过对基准点的精心选择,可不考虑基准点点位误差,上述计算精度满足规范的四等精度要求,接近三等。对于某具体监测项目,通常观测的人员和仪器是固定的。因此一部分偶然误差可转换为系统误差,通过数学方法消除。例如对观测数据进行自回归分析、时间序列分析、灰色系统分析、卡尔曼滤波分析、神经网络分析、马尔柯夫模型和尖顶突变模型分析[6],可大幅减小误差对观测成果的影响,使观测值能真实反映物体的变形规律。如采用时间序列预测模型,其预测准确率可达95%以上[7]。
2 测斜仪观测值的误差分析
测斜仪是测定钻孔倾角和方位角的原位监测仪器[8],通过测试测斜管轴线与铅垂线之间的夹角,计算出钻孔内各个测点的水平位移并进一步整理出倾斜曲线。该方法测试数据可靠,操作简便,适合各种野外环境,是目前基坑、边坡、地基测斜的专用测试仪器之一。
2.1 测斜仪的工作原理
基坑工程常常采用加速度计式滑动式测斜仪观测构筑物或者土体的水平位移。其基本原理如下:被测岩土体产生的倾斜变形通过安装基尺传递给倾斜传感器,传感器内装有电解液和导电触点,因为液面相对触点部位的改变导致输出电量的改变。因此,测斜仪同步感受被测结构物的倾斜。测斜仪通过逐段测量测斜管与铅垂线的夹角,利用几何关系计算测斜管轴线与铅垂线的水平偏移量,不同时段测斜管轴线在某一方向的偏移量差值即为岩土体的侧向位移值。
测斜仪观测岩土体变形量时,首先将测斜探头卡入测斜管中岩土体变形方向的一对导槽中,放至管底,然后自下而上每隔0.5m测读一次。测读完毕,将探头旋转180°,插入同一对导槽,按上述方法重复测读一次。两次读数的符号相反,绝对值之差小于读数绝对值的10%。两次测读时探头在测斜管中位置应一致,以此作为一测回。规范要求初次基准观测数据应重复观测四个测回,达到观测值稳定为止,以后每次观测两个测回[9]。某深度的测点位移为初始测值与当次测值之差,自下而上各测点水平位移的累积值即为待测深度处的水平位移,即:
式中: S为岩土体待测深度处水平位移;n为待测深度以下测点数;
2.2 测斜仪的精度
目前基坑工程普遍使用加速度计式滑动式测斜仪进行侧向位移监测,探头的标称测角精度为Δ=±0.1mm/500mm。假设测孔深度为10m,由(4)式,根据误差传播定律,计算待测点位移值中误差
测点位移值中误差远小于建筑变形测量规范规定的精度。规范规定,二等变形观测观测点坐标中误差±3mm[10](点位位移值中误差为±6mm)。
测斜仪在使用过程中还受到其它因素影响,导致测试值误差,例如:观测值会受到测斜管极限变形的影响;测斜管一对导向槽与土体侧移方向不一致,或埋设时产生扭转对观测值造成误差;测斜管变形与土体变形不完全协调,尤其在软土地区。
国外测斜仪系统精度可达±6mm/25m,如加拿大RockTest公司的RT-20MU型测斜仪。国内的可达±4mm/15m,如北京中西远大科技有限公司产的M224209型测斜仪。与全站仪的相比,测斜仪的观测精度提高很多。
3 工程实例
长期以来,岩土工程界对深基坑稳定问题进行了大量的研究工作。监测系统对基坑设计和施工都起着相当重要的作用。充分考虑工程特点,选择合适的观测仪器可大幅提高监测技术水平。
3.1 基坑变形监测中全站仪的应用
我国中部江淮地区某高层建筑的基坑工程,该地区潮湿多雨,具副热带季风气候特征。拟建建筑物为16层综合楼,地下室1层,基坑深约4.8m。测区地层结构第一层为杂填土,层厚0.5～1m;第二层为粉质粘土,具有较强的膨胀性,层厚5.0～7.6m;第三层为强风化层。使用全站仪采用极坐标法对基坑边坡顶部进行侧向位移监测。基坑平面及监测网布置如图1所示。监测工作从基坑开挖开始至主体建筑达到地面标高结束,为时三个月。图2为基坑边坡水平位移随时间变化曲线。
由图2可以看出,四个测点位移值在基坑开挖时期随时间变化较快,开挖期结束后变化趋于稳定,且位于基坑边坡中间部位测点(W2、W3)侧向位移明显大于基坑拐角处测点(W1、W4)的侧向位移。由于监测及时和预测准确,施工单位对边坡采取防雨水冲刷和加固措施,边坡的变形逐渐趋于稳定。使用全站仪采用极坐标法对基坑边坡进行监测,基准点位置选择恰当时,基准点误差可忽略,如图1中选择基坑放坡一侧拐角点,观测精度能达到工程要求。作者通过实践发现,通过仪器和观测人员的固定搭配,可有效减小偶然误差(操作误差)对观测值的影响。本次监测项目的经济性和高效性较为突出。
3.2 基坑变形监测中测斜仪的应用
我国东部沿海软土地区某基坑边坡采用测斜仪进行监测,观测不同深度土层的变形。基坑开挖深度为5.0m,采取平台放坡以及锚管和水泥搅拌桩联合支护。地层结构:第一层杂填土,层厚0.8～3.6m;第二层粉质粘土,层厚0.8～2.6m;第三层淤泥,海相沉积软弱土,流塑状态,层厚1.0～13.9m;第四层为粉质粘土,层厚1.1～7.1m;第五层中砂,稍密,厚1.3～4.4m;第六层砂砾卵石,上部中密,下部密实,厚0.7～8.1m。采用测斜仪监测基坑边坡侧向位移,距坡顶边线1m处,沿基坑周边在变形可能较大处布设测点,共埋设测斜点13个。监测工作从基坑开挖开始至主体结构施工至地面标高结束。图3为4号和11号测孔地面下深0.5m处的水平位移-时间变化曲线。
与图2比较,图3的曲线始终有间断性曲率变化,表明测点有间断性快速变形,原因是测区土层中粉质黏土和淤泥的流塑性和蠕变特性的影响。图2中监测点位移在基坑开挖开始的五天时间变化迅速,其后位移量保持稳定。
图4和图5为4号和11号测斜孔位移随深度变化曲线。由场地地质资料和图4、图5分析可知,测斜仪观测区内第一层杂填土和第二层粉质黏土构成地表硬壳层,地表下0.5m处位移并不反映基坑边坡变形的整体特征,如果仅监测基坑边坡地表侧向位移,低估了侧移,严重情况下会造成工程事故。
受浅层硬壳层的影响,浅层与深部淤泥层的侧向位移相差较大,最大差值达10mm。水平位移最大值基本上都出现在第三层流塑状态的淤泥层上。如果使用全站仪对此工程进行观测将有很大的局限性,监测点的点位埋设将会遇到很大困难,场区附近基准点的稳定性将受到影响,使用远离场区的基准点会增加观测工作量和观测值误差。该工程使用测斜仪优点十分明显,能克服以上各种困难。这种土层内部软土大变形塑性流动现象在我国东部沿海地区基坑施工过程中经常出现,且它的变形发展具有隐蔽、快速等特点,对工程建设危害性极高。建议我国沿海地区存在流塑状态的淤泥土层的基坑边坡尽可能采用测斜仪进行水平变形监测。
4 结束语
重要工程的监测系统应当综合各种资料和信息进行精心设计,通过对上述两种监测方法的误差分析,及工程应用对比,得到以下结论:
(1)使用全站仪采用极坐标法进行深基坑侧向位移观测,若不考虑基准点误差,测点点位中误差能接近工程测量规范规定的三等变形监测精度,超过四等精度,符合普通基坑工程要求。测斜仪精度按探头测角精度计算可达到毫米级以下,整个测斜系统精度符合建筑物变形测量规范的二等或二等以下要求。
(2)全站仪操作简单,灵活方便,费用较低。用它观测基坑侧向位移时,观测精度受环境、人员和仪器的影响较大。测斜仪观测精度高,获取信息丰富,但费用较高。
(3)采用测斜仪观测,观测值受测斜管极限变形和扭转以及测斜管与土体变形协调等系统问题的影响。
(4)考虑基坑工程的特点和其对监测工作的要求,可采用多种监测手段相互补充和校核的方法,统筹考虑监测系统的适用性、可靠性、信息丰富性和经济性。
参考文献
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基坑测斜数据分析 第4篇
关键词：基坑测斜,监测方法,误差分析,数据处理
为了监测基坑施工的安全状况,需要及时了解深层土体的变形情况和运动状态。基坑测斜主要意义为:1)验证挡土支护结构设计,指导深基坑工程施工;2)监视挡土支护结构和土体的稳定状态变化,保证施工安全;3)总结工程经验反演分析计算。
1 基坑测斜介绍
测斜仪是基坑测斜常用仪器,它可精确地测量沿垂直方向土层或围护结构内部水平位移的工程测量仪器。测斜仪分为活动式和固定式两种,在基坑开挖支护监测中常用活动式测斜仪。活动式测斜仪按测头传感元件不同,又可细分为滑动电阻式、电阻片式、钢弦式及伺服加速度计式四种。
1.1 测斜原理(见图1)
在基坑开挖之前先将有四个相互垂直导槽的测斜管埋入围护结构或被支护的土体中。测量时,将活动式探头放入测斜管,使探头上的导向滚轮卡在测斜管内壁的导槽中,沿槽滚动,活动式探头可连续地测定沿测斜管整个深度的水平位移变化。由于测斜仪测得的是两对滚轮之间的相对位移,所以必须选择测斜管中的小动点作为量测的基准点,一般以管底端为小动点。如果桩、墙的插入比不大,不能保证底端不动,则必须以管顶为基准点,用经纬仪或其他手段测出该点的绝对水平位移,以推算出测管不同深度的绝对水平位移。
当测斜管埋设足够深时,管底可以认为是位移小动点,管口的水平位移值就是各分段位移增量的总和,即式(1):
在测斜管两端都有水平位移的情况下,就需要实测管口的水平位移值Δ0,并向下推算各测点的水平位移值Δn,即式(2):
测斜管可以用于测单向位移,也可以测双向位移。测双向位移时,由两个方向的测量值求出其矢量和,得位移的最大值和方向。
1.2 测斜孔布设原则
1)一般布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置,如悬臂式结构的长边中心,设置在水平支撑结构的两道支撑之间。2)基坑周围有重点监护对象(如建(构)筑物)、地下管线时,离其最近的围护段。3)基坑局部挖深加大或基坑开挖时围护结构暴露最早,得到监测结果后可指导后续施工的区段。4)测斜管中有一对槽口应自上而下始终垂直于基坑边线,以保证测得围护结构挠曲的最大值。5)因测斜仪的探头在管内每隔0.5 m(或1.0 m)测一读数,故对测斜管的接口位置应精确计算,避免接口设在探头滑轮停留处。
1.3 监测点的布设
1)测斜管埋设在构成围护的桩体或墙体之中,当围护结构施作至测点的设计桩位或连续墙的槽段时,测斜管一般采用绑扎方法固定在钢筋笼上与其一起沉入孔(槽)中。具体步骤如下:
a.进行测斜管管段连接,必须将上、下管段的滑槽相互对准,使测斜仪的探头在管内平滑运行。为了防止泥浆从缝隙中渗入管内,接头处应进行密封处理,涂上柔性密封材料(中性玻璃胶)并贴上密封条。
b.测斜管现场组装后,安装在地下连续墙或支护桩的钢筋笼上,随钢筋笼浇筑在混凝土中,浇筑混凝土之前应在测斜管内注满清水,防止测斜管在浇筑混凝土时浮起,并防止水泥浆渗入管内。
c.测斜管的绑扎定位必须牢固可靠,以免浇筑混凝土时,使其发生上浮或侧向移动,影响测试数据的准确性。当测斜管较长时,还要注意避免测斜管自身的轴向旋转,以保证测出的数据真正反映基坑边缘垂直平面内的挠曲。
2)当测斜管未能在围护结构施工时及时埋设在桩体(墙体)内或测量钢板桩围护挠曲变形时,则可采用钻孔法进行埋设。具体步骤如下:
a.钻孔在围护结构的混凝土达到一定强度后进行,在紧靠所需监测的桩体(墙体)后的土层中,用小型钻机钻孔,孔深不小于所测围护结构的深度,孔径比所选的测斜管大5 cm～10 cm。在土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁。
b.将测斜管逐节组装并放入钻孔内,测斜管底部装有底盖,管内注满清水,下入钻孔内预定深度后,随后在测斜管与钻孔的空隙内填入细砂或水泥和膨润土拌和的灰浆,其配合比取决于土层的物理力学性能和地质情况。刚埋设完的几天内,孔内充填物会固结下沉,因此要及时补充。
此方法的缺点是:测斜管所监测得到的围护结构的挠曲值在时间上有一段滞后的过程,在数值上较实际挠曲值要小一些。
1.4 基坑测斜的方法与步骤
测斜开始前,测斜仪应按规定进行标定,以后根据使用情况,每隔3个月～6个月标定一次。
1)为保护测斜仪探头的安全,有条件的可在首次测量前先用测头模型下入测斜管内,沿导槽上下滑行一遍,检查测斜孔及导槽是否畅通无阻。如果无测头模型,应缓慢将探头放入测斜管底部。
2)每次监测时,将测斜仪探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口,缓缓放至管底,待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。
3)在开挖前的3 d～5 d内重复监测2次～3次,待辨明测斜管已处于稳定状态后,将其作为初始值,开始正式测试工作。初始值应是基坑开挖之前连续三次测量无明显差异读数的平均值,或取其中一次的测量值作为初始值。实际情况是无论精度再高的仪器都随深度存在累计的误差,反复几次后形成初值区域带。
4)观测间隔时间,可参考中华人民共和国冶金工业部1997年9月22日颁布的《建筑基坑工程技术规范》中第19.3.12条的表19.3.12,或应根据侧向位移的绝对值或位移增长速率而定,当侧向位移明显增大时,应加密观测次数。
1.5 监测频率与成果
监测频率根据基坑重要等级而定,在施工中根据施工进度调整监测频率。一定要将监测数据及时反馈给有关人员,实行信息化施工, 当监测结果超过预警值时应加密观测,当有危险事故征兆时需连续观测。测斜完成后,将原始数据及时整理成正式记录,进行以下资料整理:
1)原始记录表及实际测点图;2)位移值随时间及随开挖面距离的变化图;3)位移速度随时间以及随开挖面的变化图。
利用已经得到的量测信息进行反分析计算,提供围护结构和周围建筑物的状态,预测未来动态,以便提前采取技术措施,验证设计参数和施工方法。
2 误差分析
2.1 测点布设不当
1)测斜管与测斜仪探头应密切配合(宜选用导向槽断面为“V”型的管)。
2)测斜管导向槽不光洁,未封底盖,中间挖破,平时未加上盖等致使测斜管内部不洁净。注意完成测斜后要务必盖好顶盖,防止施工现场建筑垃圾及污物进入测斜管,进而影响后续测斜数据。
3)测斜管十字槽方向对得不准,截面或接头处衔接不平直,造成扭转甚至跳槽,在围护结构较深、测斜管较长时更要注意。
4)由于泥浆的浮力作用,测斜管的绑扎定位必须牢固可靠,以免浇筑混凝土时,使其发生侧向移动;测斜管周围与土体结合不密实,一般常见出现于钻孔法安装的测斜管。
2.2 仪器误差
1)探头受到碰撞或冲击。加速度计对撞击较敏感,电缆施放过程中探头撞击测孔底部会造成仪器零点偏移值改变,故要求在使用和运输过程中要注意轻拿轻放,严禁磕碰。
2)测量过程中若测管接头位置有孔隙,在定位导向滑轮弹簧力的作用下,探头会受到一定的冲击;同样是在定位导向滑轮弹簧力的作用下,当测斜仪探头拉出测管时,探头也会受到一定的冲击。
3)长期使用,滑轮弹簧力可能会由于锈蚀,致使弹力不足,应注意检查,并涂抹润滑油。
2.3 深度测量误差
测量深度的不同会造成深度测量误差。测管安装时倾斜越大、摆动越大,因探头测量深度不同而造成的测量误差也越大。深度测量误差一般由以下原因引起:
1)测管长度改变,将改变所有测点的测量位置;2)电缆长度改变;3)电缆定位标点位置改变。故在现场操作过程中,操作者尽可能地避免接触定位标点,并定期检测标志的间距,发现问题及时处理,以免误差传递。
2.4 观测人为误差
观测时仪器放置位置的差异,以及每个人读数的习惯不同都会导致每次读数不同,观测误差属于偶然误差。故在工程中尽可能按照事先规定,进行专人监测。
2.5 环境影响误差
测斜管周围的动载也可能导致数据跳跃、不稳定,所测数值与工况不符。靠近机动车道的测斜孔,由于交通的影响,测斜数据多表现杂散性;施工过程中的车辆以及停靠在测点周围的重型挖掘机等也影响测斜数据。
3 结语
1)经基坑监测现场实际工作,文中系统地总结了基坑测斜的相关问题,对基坑测斜的工作有一定的指导意义。
2)对数据误差产生的原因进行了归纳,为基坑测斜提供参考意义。但要消除观测中超限误差,还需要结合具体观测环境和观测方法进行分析。
参考文献
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[2]黄克辉.基坑测斜观测数据误差分析方法研究[J].上海地质,2005(1):35-36.
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[4]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.4.
测斜仪中陀螺的标定方法研究 第5篇
陀螺仪惯性测量组作为测斜仪的核心部件,如图1所示,由转动电机(47),以及减速器、转动轴和传感器(图中省略减速器、转动轴和传感器),传感器由二个双自由度的小型挠性陀螺(41)、(42)和三个互为正交的石英加速度计(43)、(44)、(45)组成,二个双自由度的第一小型挠性陀螺(41)和第二小型挠性陀螺(42)互为正交由旋转骨架连接,三个石英加速度计(43)、(44)、(45)互为正交由旋转骨架连接。
1.建立陀螺数学模型
建立坐标系,设oxbybzb为惯性组合基体坐标系,与载体坐标系平行如图2所示。
针对钻探用小口径定向陀螺测斜仪中的三轴挠性陀螺,设oxbybzb为惯性组合基体坐标系,与载体坐标系平行。建立陀螺输入输出关系数学模型如下:
标度因数和安装误差可以通过速率试验标定,静态漂移模型系数可以通过多位置试验标定。
2.速率试验
■2.1试验方法
为了标定捷联惯性组合中陀螺的标度因数和安装误差,需要进行速率试验。试验前,将捷联惯性组合按不同安装方式安装在速率台上,并使被标定轴与速率台轴重合。
测量所有速率点,利用所得的试验数据可以标定IMU三轴陀螺的标度因数和安装误差。
■2.2标度因数和安装误差计算
从各速率试验时陀螺输出数据中剔除转台静止时陀螺仪的输出,然后进行最小二乘法拟合。下面直接给出在速率试验数据,由式(1)、(2)所得出的各轴陀螺输出值的均值方程。
以下以xb轴速率试验为例,介绍计算陀螺标定因数和安装误差的方法。
2.2.1标度因数计算
对xb轴n次速率试验,考虑x轴陀螺,可得如下测试方程:
上式可表示如下:
式中,v为测试随机误差向量,由最小二乘法可以求得
这样就求得了标定因数kgx。
2.2.2安装误差计算
对xb轴速率大小为ω的正、反转试验,考虑y、z轴陀螺,如下测试方程:
从上边两组方程可以求得两个安装误差角
用类似的方法对yb、zb轴速率试验时的各轴陀螺输出均值方程进行运算,可以求得另外2个标度因数和四个安装误差角。
3.结论与建议
采用本文论述的标定方法能快速有效的对测斜仪的陀螺进行标定,模型估计准确有效,操作简单,能在较短时间内完成所有参数标定,可靠性高。
参考文献
[1]全姿态光纤陀螺井眼轨迹连续测量仪研究,任春华、李兵、赵幸子、廖冠、李静伟,仪器仪表学报,2012-12-15
[2]应用最优化方法处理测斜实验数据,余强、潘福熙、周静、赵青峰,仪器仪表用户,2012//004
[3]陀螺仪定向纠斜法在中关铁矿区的应用实践,王扶志;张心剑;仝在平,探矿工程(岩土钻掘工程),2011-06-25
[4]提高EILog连续测斜仪精度的一些关键点,高荣兵、王茂林、党益伟、许菲、张宁,石油仪器,2011//006
测斜仪在滑坡监控中应用及分析 第6篇
关键词：测斜仪,滑坡,监控,分析
1 工程概况
1.1 区域位置
大坪滑坡群位于奉节至巫溪高速公路LK0+616～LK0+900段, 滑坡总面积为198186m2。滑坡体坡脚紧邻三峡大坝库区, 由深浅两层滑动面组成, 浅层滑面埋深约14～20m, 深层滑面埋深约38～45m, 滑坡体主要地质为沉积地层, 显示为侏罗系 (J) 、三叠系 (T) 、第四系 (Q) 堆积层。孙家崖隧道进口左右线均在滑坡体中部穿过, 隧道里程为LK0+615～LK3+890, 如图1所示。
1.2 工程地质情况
1.2.1 三迭系
下统嘉陵江组 (Tlj) , 岩性为薄-厚层状灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩, 夹少量页岩及泥质条带。
中统巴东组 (T2b) :本组地层四分性明显, 层序完整。一、三段以泥质灰岩为主, 二、四段以紫红色泥岩为主, 底部为黄绿色玻屑凝灰岩 (即绿豆岩) 或黑灰色角砾状灰岩。
1.2.2 侏罗系
1) 下统珍珠冲组 (J1z) :呈灰绿色粉砂质泥岩、页岩、泥质粉砂岩为主。下部夹细砂岩, 厚202.22m;下部夹一层棕黄色厚层中细粒岩屑石英砂岩, 水云母胶结, 厚46.44m;底部为灰色页岩、泥质粉砂岩夹煤层及菱铁矿条带, 厚29.47m。
2) 中下统自流井组 (J1-2z) :分三段。第一段 (J1-2z1) :灰、深灰色页岩、泥质粉砂岩, 夹一层厚约1m的钙质介壳粉砂岩, 厚24～40m。第二段 (J1-2z2) :灰、灰绿色泥岩及泥质粉砂岩、石英砂岩。吐祥坝一带局部夹一层紫红色泥岩, 厚50～77m。第三段 (J1-2z3) :灰、深灰色中厚层石英砂岩及泥岩, 富含介壳化石。往西至邻区介壳泥岩相变为介壳灰岩, 厚约69～71m。
中统新田沟组 (J2x) :灰色中粒岩屑石英砂岩为主。往西粒级变细, 色变深, 厚度增大, 页岩夹层增多, 厚202～281m。
中统下沙溪庙组 (J2xs) :上部灰、灰紫色厚层细粒长石岩屑石英砂岩、岩屑亚长石砂岩及紫红色泥岩;下部以紫红色泥岩、泥质粉砂岩为主, 夹灰、黄灰色中至厚层细粒岩屑长石砂岩、亚长石岩屑石英砂岩;底部相当于“关口砂岩”层, 厚5～9m, 为块状长石砂岩, 结构疏松;顶部为灰绿色或深灰色“叶肢介页岩”, 厚1.5～3m。
1.2.3 第四系 (Q)
全新统 (Q4) :主要分布在路线起点段白杨河谷地的一、二级阶地和漫滩冲击层, 具二元结构。上部为灰黄色亚砂土、亚黏土, 下部为砂砾层。
1.3 地层构造
工程区跨越大巴山弧、川东褶带。大巴山弧展布于工程区北部, 构造线呈北西及东西向;川东褶带展布于工程区南部, 构造线呈近东西向。褶皱发育, 有背、向斜9条, 背斜褶曲一般紧凑狭长, 岩层产状较陡, 节理裂隙发育, 岩体的强度和完整性普遍较低。向斜相对较宽缓, 岩体变形不甚剧烈, 节理裂隙发育较差, 岩体的完整性一般。
2 测斜孔布设和测斜数据的计算方法
2.1 测斜孔布设与测斜管安装
滑坡处线路以隧道形式在滑坡体中部穿过, 隧道开挖后, 诱发古滑坡复活产生位移, 造成隧道部分初期支护变形侵限, 二次衬砌开裂、尤其受雨季影响, 更加剧了地面开裂, 为准确掌握滑坡位移的规律, 确保结构及施工人员安全, 本项目在滑坡体平面中部设置了两组测斜孔, 如图2所示, 进行全面监控, 孔深40m。采用CX-01型测斜仪, 测斜管采用ABS铝质合金管。
钻孔:采用工程钻探机, 一般采用ϕ108cm钻头钻孔, 为了使管子顺利地安装到位, 一般都需安装深度深一些, 钻孔原则是:每10m多钻深0.5m, 即10m+0.5m=10.5m, 20m+1m=21m, 以此类推。
清孔:钻头钻到预定位置后, 不要立即提钻, 需把泵接到清水里向下灌清水, 直至泥浆水变成清混水为止, 再提钻后立即安装。
测斜管安装的全过程可分为3步:
1) 管子的连接与下管:连接的方法是采用插入连接法, 首先拿起一根测斜管, 在没有外接头的一端套上底盖, 用3只M410自攻螺丝钉拧紧, 即可向孔内下管, 下一节, 再向外接头内插一节管, 这时必须注意的是一定要插到管子端平面相接为止, 在用3只M410自攻螺丝把它固定好, 才算该接头连接完毕, 按此方法一直连接到设计的长度。
在下管子时为减少其浮力, 可向管内充清水, 一边下管子一边充清水, 直至能顺利地放到位。清水不能放太多, 否则管子会迅速下沉, 掉在孔中, 无法继续工作。待管子全部下到位置后, 把清水充满, 以减少泥浆进入管内形成沉淀。
2) 调正方向:管子安装到位后, 需要调正方向后才能回填, 调正方向的要求是, 管子内壁上有两对凹槽, 首先需把孔口以上那节测斜管上的外接头拿掉, 看清楚管内凹槽, 需要把管内的一对凹槽垂直于测量面, 通过转动管子来实行, 转动前先把管子向上提起后再转动对准, 对准后再把管子压到位, 盖上盖子, 拧好螺钉准备回填。
3) 向孔内回填:回填的原料是现场用砂 (中粗砂) 或现场的细土, 一边回填, 一边轻轻地摇动或轻轻敲打管子, 使之填实, 回填速度不宜太快, 以免塞孔后填料下不去形成空隙, 时隔一两天后再去检查一下, 若发现回填料下沉, 需在次回填密实。
2.2 测斜数据的计算方法
当岩 (土) 体发生变化时, 测斜管也随之变化, 将传感器探头在测斜管内自下而上逐段测量, 可以测出每一测量深度的倾角 (αi) , 由于每一段测量间距L不变 (均为0.5m) , 计算出它的水平位移增量理论值 (Δi) , 即:
Δi=Lsinαi (1)
若把每段的水平位移增量自下而上逐段累加 (∑Lsinαi) , 便可得孔口的总位移理论值 (Un) 为:
undefined
为了便于数据处理, 规定测斜管导槽顺滑动方向为y方向, x正向与y正向呈逆时针夹角90°, 测量时从孔底开始, 每0.5m读数一次, 通常为了提高精度, 抵消敏感元件因零偏 (即零位) 造成的误差, 正反方向各测量一次, 将正向测量值U+ (即为正测) 和180°负向测量值U- (即为反侧) 代入 (3) 计算, 为该点实际位移值。
Δii= (U+-U-) 0.5, mm (3)
undefined, mm (4)
undefined
式中:Uxx向位移值, mm;
Uyy向位移值, mm;
α合位移的滑动方位角;
Lyy向方位角。
3 监测成果分析与验证
绘出测斜孔的水平位移-孔深曲线, 按照以下原则进行滑坡危险性判定:
1) 位移曲线呈“V”字型, 曲线地步变位较小, 而上部变位较大, 中间没有较明显的波峰和波谷, 表明整个滑坡体在该滑面处还没有形成明显位移, 处于剪切蠕变阶段, 需加强警戒, 如图3、4所示。
2) 位移曲线呈单个“D”字型, 说明滑坡体只有一个滑面, 滑面以上土体呈整体滑动状态, 整个土体处于不稳定状态, 呈匀速滑动, 如图5所示, 需采取必要的处置方案。
3) 位移曲线呈多个“D”字型, 说明滑坡体有多个滑面, “D”字的大小代表滑面的位移程度, 并且说明每个滑面以上土体在匀速滑移, 整个土体处于极不稳定状态, 需采取必要的处置方案和应急预案。
本次选取2011年8月1日至2011年11月20日期间, JK1监控点5组观测数据进行分析。
JK1监控点位于滑坡体283m高程, 位于滑坡体中部, 从累计位移与孔深的关系图连续3个月的监测数据可以看出, 在距离孔深12.5～15m处, 最大位移值达到34.5mm;在27.5～30m处达到了14mm;该两处均有非常明显的滑移面特征, 初步判定在该两端存在滑动面, 并且滑移速率在孔深不同位置数值相同, 其中在孔口处最大, 主要原因是地表覆盖物受雨水等外界环境影响较大造成, 其次在滑面附近均出现异常波动, 呈“V”字与“D”字型曲线图。
JK2监控点位移规律及曲线分布与JK1监控点相同。
根据上图数据显示, 隧道的施工造成了滑坡体的蠕动, 同时可确定滑面位置见表1。根据地表位移测量结果也印证了地表的位移同深孔位移是吻合的。
4 结论
钻孔测斜仪是一种测定钻孔水平位移的原位测试仪器, 可直观的获得钻孔整个深度范围内水平位移的变化情况, 并能准确的确定其变化的深度、位移大小和方向, 为施工和设计单位提供可靠的支撑数据, 同时滑坡深部位移监测是研究滑坡体内部位移变形的有效手段之一。通过对滑坡体的监控, 得出以下几点结论:
1) 通过测斜仪可以对滑坡体实现立体监控, 更深层次的反映了滑坡体内部土体位移情况和发展趋势, 为滑坡体位移和隧道变形的分析提供了依据, 为防灾预报和治理工程设计提供了可靠信息。
2) 通过测斜孔的位移-孔深曲线分布图, 能够界定滑坡面的大概位置和大概方向。在本工程中通过测斜孔监测数据的分析发现了在隧道下方的新滑动面, 设计单位及时调整了滑坡治理参数, 防止了重大自然灾害的发生。
参考文献
[1]杜卫华.钻孔测斜仪在高速公路边坡工程中的应用[J].土工基础, 2008, 21 (2) :17-19.
