淺談土木工程變形監(jiān)測能源研究
2015-05-14
1 問題的提出
為了檢查各類工程建筑物及其地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，工程監(jiān)測必不可少。而監(jiān)測的目的主要是為了獲得變形體的變形數(shù)據(jù)用以研究變形體的空間狀態(tài)與時間特性，并對這些變形的原因做出科學(xué)的合理解釋。根據(jù)各類建筑物的特點(diǎn)，變形監(jiān)測與其它測量工作相比較，其精度要求較高，而且是有一定頻率的重復(fù)觀測，故監(jiān)測的方法是值得探討的。本文將對國內(nèi)近幾年來工程監(jiān)測的方法及其相關(guān)問題作綜合性的闡述。
2 橋梁變形觀測
橋梁在其使用和運(yùn)營階段會發(fā)生各種程度不同的變形，目前所采用的監(jiān)測方法一般是常規(guī)地面測量方法。因橋梁的使用與結(jié)構(gòu)特殊性，以及受外界環(huán)境的影響和限制，它與其它建筑物變形觀測的手段略有差別。如廣州市東風(fēng)西路口處增涉河上的大跨徑桁架拱橋，其觀測方法為先進(jìn)行橋面縱坡測量，以此檢查橋面是否下垂和凸起或有無裂縫，再進(jìn)行河床斷面測量以檢查橋墩下是否存在沖刷現(xiàn)象。水平位移的測量是運(yùn)用在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定的鋼尺，往返丈量西孔橋墩、中孔橋墩、臺帽間的凈距，將往返丈量的長度進(jìn)行溫度修正、尺長修正、高差修正、垂度修正，然后與竣工時各相應(yīng)凈高比較而得到相對位移量。而撓度觀測是在中孔桁架拱肋上布設(shè)測點(diǎn)，在橋面的相應(yīng)位置處安置固定的觀測點(diǎn)，借用 39.7 t 重吊車作為撓度觀測的加載車。對橋梁跨中的偏載和中載 2個不利的位置用Ni002型精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。
為了保障觀測精度，有些橋梁采取了一些特別措施。如武漢長江大橋其橋墩觀測點(diǎn)是采用強(qiáng)制歸心手段，使用不同規(guī)格的球嵌與觀測墩連接，然后將微型水準(zhǔn)尺直接插人歸心孔內(nèi)，以此達(dá)到水平、垂直位移共墩。由于該橋跨度大，各墩高程傳遞原則上按過河 等水準(zhǔn)測量進(jìn)行。由于工作量太大，實(shí)際作業(yè)時采用長視線跨墩水準(zhǔn)測量來完成，保持前后視距相等，每站 4 測回。而其水平位移觀測包括兩部分即沿河流上、下游方向橫向位移和沿軸線方向的縱向位移。
橫向位移的觀測方法是在相鄰橋墩短視線通視條件好的情況下采用T3 經(jīng)緯儀配合活動覘牌來完成觀測，因活動覘牌法適用面較窄，一般用微角法進(jìn)行監(jiān)測。為減弱因長短邊而引起調(diào)焦誤差，觀測中采用單角法或單方向法。實(shí)測時以短邊定向，這樣使長邊方向上在度盤變換時不需調(diào)焦?？v向位移觀測采用特制鋼線尺和高精度的測距儀來完成。橋梁變形觀測的數(shù)據(jù)處理，與其它變形觀測的數(shù)據(jù)處理方法基本相同。
4 高層建筑物的變形觀測
高層建筑物變形主要分傾斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)等，引起變形的原因有太陽輻射、風(fēng)荷載、交通通行產(chǎn)生的振動、地震等。由于高層建筑物的特殊結(jié)構(gòu)，采用的觀測方法因高層建筑物的特性而定。如高樓大廈的變形觀測，一般采用三角測量或其它專用儀器設(shè)備。就某特定位置的高塔而言，在顧及彎曲和扭轉(zhuǎn)的影響下對其傾斜進(jìn)行研究一般用圖解解析法，即沿高塔東、西墻的基準(zhǔn)線在相互垂直的方向上安置經(jīng)緯儀，對測點(diǎn)進(jìn)行高精度的角度觀測，并測量其有關(guān)距離，然后用解析方法計(jì)算位移。近景攝影測量在高層建筑物的變形觀測中運(yùn)用也比較廣泛。如在測量某一高度煙囪時，用非常簡便的攝測四點(diǎn)法確定煙囪的傾斜分量，用矢量法確定煙囪的最大傾斜方向；為了檢測和提高精度，用經(jīng)緯儀定垂線，即在煙囪的頂部選一明顯點(diǎn)在保持水平角不變的情況下通過正、倒鏡取中數(shù)的方法在煙囪的下部確定某一標(biāo)志點(diǎn)的位置，并布設(shè)人工標(biāo)志。實(shí)踐證明，攝影測量的方法用于高層建筑物的變形研究是行之有效的。有些高層建筑物如電視塔變形觀測中，除一般觀測方法外還應(yīng)用了激光準(zhǔn)直系統(tǒng)等較先進(jìn)的儀器設(shè)備和方法。
5 地下建筑物的變形觀測
由于地下建筑物具有一定的特殊性，基坑開挖和內(nèi)襯施工及形成連續(xù)墻體之后，周圍巖土體均會發(fā)生形變，地下建筑物的觀測內(nèi)容較多。以上海人民廣場地下變電站原型觀測及黃埔電廠地下連續(xù)墻體觀測為例，就變形監(jiān)測而言，土體變形一般要觀測：# 地面變形，包括沉陷位移；水平土體變位，包括傾斜和分層沉降。而墻體變形也要觀測沉陷、水平傾斜等位移量。
觀測上述變形其方法是采用 J2 型經(jīng)緯儀，用全圓測回法測量水平位移；用 S2 型水準(zhǔn)儀測量其沉降變化；用土體測斜管進(jìn)行分層沉降的觀測。采用微機(jī)自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變形自動監(jiān)測。變形資料的分析一般通過編繪過程曲線圖和位移量變幅度表，通過比較進(jìn)行定性分析，通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量的對比研究。
6 滑坡體變形觀測
滑坡是斜坡巖體在重力作用及其它因素的影響下，沿著一定的軟弱面整體滑動形成的一種地質(zhì)、地貌現(xiàn)象。滑坡體變形的監(jiān)測方法，一般采用地面觀測網(wǎng)法，兼顧其它各種監(jiān)測方法，水平位移中還可使用視準(zhǔn)線縱橫交叉觀測位移矢量法，用活動覘牌照準(zhǔn)讀數(shù)。
結(jié)語
對于不同的監(jiān)測工程，由于場區(qū)范圍不同、巖土介質(zhì)的復(fù)雜性和特殊性、工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)的不同，因而工程監(jiān)測具有復(fù)雜性，監(jiān)測內(nèi)容相對較多和監(jiān)測周期較長等特點(diǎn)，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此，實(shí)際上工程監(jiān)測不僅僅取決于監(jiān)測手段的高低和優(yōu)劣，還決定于監(jiān)測人員對監(jiān)測方法的了解程度和工況的掌握程度。在進(jìn)行有關(guān)工程監(jiān)測時，監(jiān)測人員應(yīng)對監(jiān)測方法有全面的了解，只有對工程中的設(shè)計(jì)圖紙和施工步驟進(jìn)行深入細(xì)致的研究和掌握，才能做出有針對性的監(jiān)測方案和合理的工作程序，從而為決策部門提供合理的參數(shù)依據(jù)。此外，自動化、智能化、高精度、高可靠性、實(shí)時、連續(xù)、遙控、遙測和網(wǎng)絡(luò)化等方法也將成為未來監(jiān)測技術(shù)的最終發(fā)展方向。
