畅达学术论文网欢迎您光临!
学术论文发表
《建材与装饰》杂志论文

小角法精度对比及应用

2019-3-8 10:21:54 | 浏览206次 | 《建材与装饰》论文 | 全部杂志

  摘 要:随着人们对地下空间的开发运用越来越深入,基坑开挖深度越来越深,风险也越来越大,需要对基坑的水平位移进行监测。采用何种测量方法进行水平位移监测,既能够保证精度,又可节省成本,是基坑监测中的关键问题。本文讨论了几种常用的水平位移测量方法,并将轴线法、小角法、单站改正法等精度进行比较分析,得出测小角法与其他方法对比,计算简单、可操作性强、精度相对较高。

  关键词:水平位移监测;小角法;精度对比;实际应用

  1 引言

  支护结构水平位移监测通常是测量基坑边线沿垂直于基坑边方向的水平位移,基坑水平位移监测方法很多,一般常用的有轴线法、小角法、单站改正法等[1],能达到的精度也不尽相同,根据实际情况,选择一种精度能达到要求,同时便于测量、计算简便的监测方法,能提高实际监测效果,在保证施工安全的前提下,提高施工进度。本文将小角法与常用几种监测方法进行精度对比与分析,同时介绍小角法在实际工程中的精度。

  2 基本原理

  2.1 轴线法

  用轴线法监测时,可在两个轴线点之间,以全站仪精确对中、整平,然后照准另一个轴线点所设的标志,构成一个过此两个基点的垂直面,以此垂直面作为标准,逐个测定其他观测点的水平偏移量。

  沿基坑的一条直线边建一条轴线并在直线边上布设水平位移点,点A、B是轴线的两个基准点(端点),依次布置n个监测点。轴线法比较直接,将AB用测量仪器投射到监测点的周围,然后直接量取位移值,即这n个点到轴线的距离。两次测量结果对比,得到位移值。

  由轴线的设置过程可知,观测误差主要包括仪器测站点仪器对中误差、轴线照准误差、读数照准误差,其中,影响最大的无疑是读数照准误差。另外,此方法还受到大气折光等因素的影响。

  所量取的偏距的精度主要受仪器对中误差m对中、轴线照准误差m照准1、读数照准误差m照准2、大气折光影响m折光的综合影响,其估算公式:

  则位移量精度的估算公式为:

  上式(6-2)中m对中的取值分两种情况:

  SP-B——测站点P至工作基点B的距离(m);

  假设基准点与位移点的距离为D,与目标点的距离为D′,望远镜的放大倍率为v,则读数照准误差由于目标点一般为固定的标志,轴线照准误差可视为零。

  大气折光影响m折光具有系统性,对各观测点的影响随距离D的不同而变化。

  2.2 小角法

  小角法与轴线法有些类似,亦是沿基坑的每一直线边建立一条轴线即一个固定方向,通过测轴线即固定方向与测站至位移点方向的夹角即小角度α(观测点偏离固定方向的偏角不应超过30"),并测得测站至位移点的距离D,从而计算出位移点离轴线的偏距:

  式中:D——工作基点A至观测点P的距离(m);

  ρ——206265";

  α——基准线与测站到观测点视线之间的夹角(")。

  利用测小角法监测水平位移时,位移量Δd即为两次偏距之差:

  对上式应用误差传播定律,有:

  式中:mΔd是位移量 Δd的中误差,mD是距离 D 的中误差,mα2是小角α2中误差,mα1是小角 α1中误差。

  由于差值(α2=α1)一般很小,上式右边的第二部分比第一部分在实际数值上要小得多,因此第二部分(即距离D的误差对位移量△d精度的影响)可以忽略不计,因此距离采用一般钢尺量取便可满足要求。则位移量精度的估算公式(5)变为:

  2.3 单站改正法

  小角法原理比较简单,得出测量结果较快,但对基坑周边环境有所要求,周边必须有开阔空地。为了减少限制,将小角法加以改进。改进后,只需要经过一次测量,加以修正就可以得到多个监测点的数据,解决了由于各种原因导致设站不方便的问题,故把这种方法称作单站改正法[2]。A、B两点设在稳定的墙面上。每次监测时,先要测量∠APB角的变化量,求得P点的横向位移量,再测量∠APi角的变化量,从而求得观测点i的横向位移量[3]。

  经过改正后,1、2、3、i各点的位移量

  式中:

  SP-A——测站点P至工作基点A的距离(m);

  因此,在实际工作中,若要估算Δd的精度,则可以忽略测距误差影响,因此位移量精度的估算公式变为如下公式所示。

  SP-1——测站点P至待测点1的距离(m);

  SP-2——测站点P至待测点2的距离(m);

  以此类推:SP-i表示测站点P至待测点i的距离(m)。

  对于每一个施工区,在测站和位移点设定后,就可各自之间相距多少,水平边长Si产生的误差对Δi的影响可忽略。而且可以采用精度较高的设备反复测量。从而可事先算得各点系数,根据角度变化Δβ=β2-β1,可知道具体的位移大小。其中:β1、β2分别为两次测量的角度。

  令常数,则根据误差传播定律可得:

  3 精度对比

  3.1 轴线法与测小角法的精度对比

  由公式可知:轴线法所量取的偏距的精度主要受仪器对中误差m对中、轴线照准误差m照准1、读数照准误差m照准2、大气折光影响m折光的综合影响。由于经纬仪或者全站仪都可以固定在设有强制对中仪器的观测点上,将对中误差稳定在±0.1mm以内,基本上可以认为误差不造成影响;将每次观测条件设定为相同,这样其他误差也可以忽略不计。所以主要的误差来源是轴线照准误差和读数照准误差。因此可以将公式简化为:

  小角法监测点位移大小,将其转化为中误差的形式:

  式中,mD是距离D的中误差,mΔβ是小角Δβ中误差。

  而轴线法量取偏距时,只需要测量一次,普通的钢尺也可以进行测量。2+2μm的全站仪测距能够达到1/25000的精度,钢尺的精密量距能够达到1/10000精度[4]。所以在测小角法水平位移监测中,D只需丈量一次,在以后的各周期观测中可认为不变。

  安置仪器若采用光学对中,当光学对中器以及照准部的水准管经过严格检验和校正后,则对中精度可达到m对中=±1mm。若采用观测墩进行强制对中,则m对中=0。

  进一步简化得:

  式中S为仪器测角精度(″)

  由以上得到:当测角精度>2″,结果<1,测小角法比轴线法精度略低;当测角精度≤2″,结果≥1,得到相反的结论。

  轴线法简单快捷,在监测等级较低时候,使用比较普遍。

  3.2 测小角法与单站改正法的精度对比

  显然公式(13)结果<0,该方法精度要比小角法好。将公式(8)、(9)、(10),与小角法进行比较,用(9)减去(6),设 SP-A=SP-B,D=SP-1=X,可得:

  单站改正法除了对场地条件要求不高以外,测量精度也相对前两者较高。

  设站点P架设在基点A、B中间,即SP-A=SP-B,令D=SP-A=SP-B=X,将公式(8)与公式(6)相减得:

  当 X<SP-A/3,公式(14)的结果>0,小角法的精度要高;当 X>SP-A/3,公式(14)的结果<0,单站改正法精度要高。

  由分析可知,当监测点多,点的距离相距远,可以考虑单站改正法。

  从前面的精度对比可知:单站改正法在位移量和精度方面有较大的优势;小角法这两方面略差于单站改正法,综合考虑实际现场情况以及经济效益、成本等,小角法更有优势;轴线法水平位移量大,但是中误差小于小角法,原因在于忽略了很多室外测量因素,由于忽略的因素较多,所以在实际现场测量中,轴线法精度最低。

  4 测小角法在实际工程中的应用

  项目位于茂名市某省道,该省道下穿铁路框架桥,按照铁路相关规范要求,需要对框架桥基坑进行监测。基坑面积约3695m2,基坑开挖深度约 10.0~14.5m。

  水平位移监测点沿基坑逆时针布设24个。

  为保证所有监测工作的统一进行,提高监测数据的精度,使监测工作有效的指导整个工程的施工,本次监测工作采用整体布设、分级布网的原则。即首先布设统一的监测控制网,并在此基础上布设监测点。

  在基坑外侧稳定、安全的地方,布设4~6个控制点,距离基坑边线大于3倍基坑设计深度,有条件可采用固定观测墩;通常在地面埋设钢钉点,顶上刻划“+”字。主要技术指标要求为二等,点位中误差为3.0mm,平均边长L≤400m,测角中误差为1.0″,平均边长≤200m,测角中误差为1.8″。

  水平位移监测的控制标准为变化速率3mm/d,累计值30mm。采用徕卡TS09全站仪进行测量,仪器测角精度为1″,沿基坑边设置导线,对基坑各边上的监测点分别进行监测。工作基点与观测点之间最小水平距离约为16m,根据各点测得的偏角和距离D计算出24个观测点的精度,点号 ZD01~ZD06,精度分别为:0.56mm、0.32mm、0.37mm、0.62mm、0.39mm、0.28mm;点号 ZD07~ZD12,精度分别为 0.29mm、0.54mm、0.63mm、0.33mm、0.48mm、0.77mm;点号 ZD13~ZD18,精度分别为 0.65mm、0.34mm、0.27mm、0.41mm、0.45mm;点号 ZD19~ZD24,精度分别为:0.39mm、0.49mm、0.59mm、0.64mm、0.51mm、0.46mm 精 度 最 弱 的 点 为ZD12,其精度为0.77mm,各监测点精度均在1mm以下,达到了二等测量的水准。

  5 结语

  (1)三种测量方法中,单站改正法精度最高,同时操作起来最为复杂。综合考虑精度和测量的成本、工期等,测小角法简单方便,同时具有较高的精度,所以应用较为广泛。

  (2)测小角法要求基坑形状比较规则,基坑开挖边近似为一条直线。监测点布设不能与工作基准线夹角过大。

  (3)除大气气压、温度、湿度等影响以外,工作基点距离观测点的距离对精度也有影响。

  参考文献

  [1]熊春宝,潘延玲,岳树信.基坑水平位移监测的方法比较与精度分析[J].城市勘察,1996(4):15~22.

  [2]黄北华.单站改正法在位移测量中的应用[J].浙江水利科技,1999(S1):74~76.

  中图分类号:TU196.1

  文献标识码:A

  文章编号:1673-0038(2017)51-0003-02

  收稿日期:2017-9-6

  (中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430061)

    投稿咨询 刘编辑 qq:1144672229 微信:gg1144672229
本文是《建材与装饰》杂志正式刊出的论文,仅供个人学习参考,请勿转载、抄袭或作其他用途!
上一篇:氧化铝仓安装施工技术 [优秀论文]
下一篇:民用房屋建筑施工技术分析 [优秀论文]