城市建筑施工变形监测的特点

摘要:根据城市建筑变形测量的基本特点,对变形监测的模式及监测过程中的一些常见问题进行了探讨,并通过两个实例提出了解决这些问题的方法和建议.关键词:建筑施工;变形测量;监测模式在城市建筑变形测量中,由于通视条件差以及在监测时其通视条件经常发生变化,从而导致了以下问题:首先,由于受通视条件的影响,用传统的测量方法建立基准网往往布网规模大、成本高,而且还难以满足其可靠度及其测量精度的要求;其次,对于建筑施工变形测量,由于施工现场条件的不断变化,经常发生基准点或工作基点与监测点不通视的情况,这时一般采用临时工作基点进行监测.由于临时工作基点离监测点的距离较近,因此要求设立临时工作基点的方法必须能随着施工现场条件的变化而灵活设置,同时又能尽可能地降低由于仪器对中等误差给监测精度带来的影响.本文根据城市建筑变形测量的特点,并结合两个工程实例,对上述问题及其相关问题进行了探讨.1．城市建筑变形监测的模式在变形测量中,一般的监测方式是采用传统的测量方法进行基准网测量和变形监测,并且变形监测的方法与基准网测量方法保持一致.但在城市建筑变形测量中,一方面由于城区内的土建施工项目多,很难界定变形区的范围,通常是在变形区内通过深基础桩并采用观测墩建立基准点[1,2],由于观测墩的地势一般不高,基准点之间通视条件很差,采用传统的测量方法测量基准网的难度很大;另一方面,在城市建筑变形监测中,监测点主要布设在监测对象受力最大的部位,例如建筑物的基础及其主要的梁柱、桥梁的桥台、桥墩及主要拱肋等位置,其中许多位置对空不通视或通视的高度角很大.根据上述城市建筑变形测量的特点,不能采用单一的测量方法进行基准网测量以及对变形点进行变形监测,而应综合多种测量技术,采用将现代测量技术与传统的测量方法相结合的模式.GPS测量技术具有高精度、全天候和不要求测点互相通视的特点,已在许多测量领域得到了应用,也是城市建筑变形测量中建立基准网的理想方法.因此,在城市建筑变形测量中,理想的监测模式是GPS技术+全站仪+精密水准,即用GPS测量技术建立基准网、用全站仪监测水平位移、用精密水准监测沉降.实践证明,对于二、三等精度要求的变形测量,GPS技术+全站仪+精密水准是一种行之有效,且十分经济的监测模式.广州市增步桥和中山市二桥的变形测量都具有基准点之间大部分的方向不通视、而监测点中有大部分测点对空不通视的特点.图1是增步桥监测网的布置图,图中所示的新桥是广州市内环路放射线工程之一,紧贴着老增步桥的两侧修建,跨越增步河.监测的主要任务是在老桥两侧修建新桥的施工过程中,监测新桥施工对老桥的影响,以便及时调整施工进度和施工方案,确保老桥在新桥施工期间的安全.图中,BM1~BM4为高程基准点,G1~G5为平面基准点,受现场条件限制,除了G1—G2、G1—G3、G1—G5和G2—G44条边外,其它方向均不通视,1~8为老桥的变形监测点,分别布设在老桥桥面下方的两个桥台和桥墩上,对空不通视.采用的监测方案为:利用GPS观测基准网的所有基线边,用全站仪按边角交会或极坐标法观测监测点的水平位移,用精密水准测量方法观测监测点的沉降.基准网采用标称精度为5mm+1×10-6mm的单频GPS接收机测量,网型如图2(a)所示.将观测数据按自由网平差时,其相邻点的最弱点位中误差分别为3.6mm,基本满足《工程测量规范》规定的二等平面监测网的精度要求,按经典网平差时,其相邻点的最弱点位中误差分别为4.2mm,其精度高于三等平面监测网的精度要求.在中山市二桥的变形监测中,采用相同的仪器和测量方法建立基准网,网型如图2(b)所示.将观测数据按自由网平差时,其相邻点的最弱点位中误差分别为2.8mm,按经典网平差时,其相邻点的最弱点位中误差分别为3.6mm,基本满足二等平面监测网的精度要求.根据目前GPS接收机的测量精度以及上述应用情况,用GPS技术只能建立二等以下精度的基准网,因此,GPS技术+全站仪+精密水准的监测模式目前只适用于二等以下精度的变形测量.在采用这种监测模式时,还应注意以下两个问题:(1)由于基准网测量与变形监测所采用的仪器不同,可能造成不同仪器之间的测距尺度比例尺不一致的问题.解决此问题的一种简单方法是:在用GPS测量基准网时,同时用全站仪对相互通视的若干基准边进行测量,并以全站仪所测的一条或几条基准边作为固定边,按经典网平差的方法对基准网进行平差处理;(2)在选择基准点时,应注意基准网测量与后续变形监测之间的关系.由于后续的变形监测采用的是常规的测量方法,因此,在选择基准点时,应保证每个基准点至少应和一个其它的基准点保持通视.2．观测方法及监测标志的设计在城市建筑变形测量中.由于监测的范围较小,基准点与监测点的距离一般较近,为了减小仪器对中误差对坐标测量的影响,通常采用具有强制对中装置的观测墩和观测标志.观测墩可按《工程测量规范》中给出的尺寸进行设计,但其高度不宜超过1.25m,观测标志可根据现场条件设计成带基座和不带基座的强制归心标志.图3(a)是增步桥所采用的观测标志,该标志同时作为沉降测量标志,用8mm厚的板钢加工而成,采用铜心标心,通过膨胀锣钉进行固定,观测时只要在标心上将基座连同反光镜觇牌一起旋紧并整平就可以了,对于要进行水准测量而且便于基座整平的位置可采用这种标志。中山市二桥采用的观测标志,该标志较小,用5mm厚的角钢加工而成,观测时不需要基座,只要将反光镜觇牌直接插入标志杆即可,但在安装这种标志时,必须使标志杆处于铅垂位置,这种标志主要适用于不便于进行基座整平的位置。3．监测方法的选择变形点的监测方法可采用角度交会法、极坐标法等多种测量方式.目前用于变形监测的仪器,测角精度一般不低于2″,测距精度一般不低于5mm,当基准点与监测点的距离较近时(例如200m以内),采用角度交会法的测量精度一般优于极坐标法.但角度交会法要求监测点必须与多个基准点保持通视,并对交会角的大小有一定的要求,在有的情况下并不具备这种条件.而极坐标法具有灵活方便的特点,而且目前测距仪的精度也完全能满足二等以下变形测量的精度要求.因此,在采用GPS技术+全站仪+精密水准的监测模式时,用极坐标法对变形点进行变形监测比用角度交会法更为合适,特别是在施工变形测量中,由于监测现场的通视条件随着施工的进展经常发生变化,原来保持通视的监测点可能在监测时突然变成了不通视(例如被手脚架或施工机械遮挡),这时一般通过设置临时工作基点来对监测点进行监测,而采用极坐标法监测时,临时工作基点的设置往往比较方便.4．临时工作基点的设置方法临时工作基点一般选择在离监测点较近的位置,并要求其设置方法必须十分经济、灵活、方便,而且带有强制归心装置.按极坐标监测时,采用三联脚架法可以灵活、方便地设置临时工作基点.例如,在增步桥的变形监测中共完成28期平面位移监测,从第10期起,负责监测5、6、7、8号测点的基准点G3、G4,先后被施工机械和手脚架遮挡,这些监测点都是通过三联脚架法进行监测的.具体的做法是:先在5、6、7、8号测点附近找到一点T(如图1所示)作为临时工作基点并安置全站仪,该点与基准点G2(G3、G4被手脚架完全隔离,无法通视)以及要求观测的监测点保持通视,并以G2作为后视方向在T点观测完5、6、7、8号监测点后,全站仪的脚架和基座保持不动,卸掉全站仪,将棱镜插入全站仪的基座,然后在G2安置仪器测量T点的坐标.由于整个观测过程的时间不长,可以忽略T点本身的变形影响,而安置在T点的脚架和基座一直保持不动,基本消除了仪器在T点的对中误差,从而大大降低了由于设置临时工作基点给监测点带来的影响,而且T点离监测点很近,减少了施工与监测之间的相互干扰,提高了测量的效率.实测中,为了使观测结果与以前的观测结果具有可比性,在测量T点的坐标时,水平角和距离均增加了一倍的测回数,以期提高T点及监测点的测量精度.5．结束语根据城市建筑施工变形监测的特点,对于监测精度不高于二等精度要求的变形测量,采用GPS技术+全站仪+精密水准的监测模式,不仅可以解决基准点之间的通视问题,而且可以缩短基准网的建立时间,降低监测成本.但采用这种监测方法时,应保证每个基准点至少有一个与其它的基准点保持通视,并应注意不同测量仪器之间可能存在测距尺度比不一致的问题.采用极坐标法进行施工变形监测时,通过三联脚架法建立临时工作基点,不仅简单方便,而且基本消除了对中误差对测角和测边的影响.参考文献:[1]郭宗河.圆形构筑物的倾斜观测[J].测绘通报,1999(11):22-23.GUOZong_he.Inclinationobservationofcylindricalstructures[J].BulletinofSurveyingandMapping,1999(11):22-23.[2]汪祖民.苏州国际会议展览中心塔楼变形测量[J].测绘通报,2002(4):38-40.WANGZu_min.Deformationmeasurementsofinternationalconvention&exhibitioncenterinSuzhou[J].BulletinofSurveyingandMapping,2002(4):38-40.