工程变形监测：基准线法的应用

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：为了提高精度，视准线两端的工作基点宜设置强制对中观测墩，视准线长度不宜过长。图4.11 视准线小角法图4.11所示为待监测的基坑周边建立的视准线小角法监测水平位移的示意图。图4.14 引张线法平面示意图引张线由端点装置、测点装置、测线装置三部分组成。

在许多直线型工程建筑物变形监测中，人们关心建筑物在某一特定方向上的水平位移，如大坝监测中主要是监测大坝轴线在上下游方向上的位移。基准线法的基本原理是通过建筑物轴线(如桥梁轴线、大坝轴线)或平行于建筑物的轴线的固定不变的铅垂平面作为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。依据建立此基准面使用的工具和方法的不同，基准线法可分为视准线法、引张线法、激光准直法和垂线法等。

4.4.1 视准线法

以两固定点的连线作为基准线，测量变形监测点到基准线的距离，通过距离变化量来确定监测点位移的方法叫做视准线法。为了保证基准线的稳定，应在视准线的两端设置基准点或工作基点。视准线法所用设备普通，比较经济，故这种方法在直线型建筑物水平位移监测中广为使用。但这种方法受多种因素影响，如大气折光、照准目标清晰度等。

视准线法测量水平位移的关键是提供一条方向线，通常采用高精度的经纬仪来确定，如使用J1及J07型光学经纬仪。现代变形监测通常使用高精度电子全站仪，如精度为1″或0.5″的全站仪。为了提高精度，视准线两端的工作基点宜设置强制对中观测墩，视准线长度不宜过长。

视准线法按照其所采用的仪器和作业方法的不同，可分为视准线小角法和活动觇牌法两种。

1. 视准线小角法

视准线小角法是利用精密测角仪器精确地测出基准线方向与测站点到观测点的视线方向之间所夹的小角，从而计算变形观测点相对于基准线的偏移值。

图4.11 视准线小角法

图4.11所示为待监测的基坑周边建立的视准线小角法监测水平位移的示意图。A、B为视准线上所布设的工作基点，将精密全站仪安置于工作基点A，在另一工作基点B和变形监测点P上分别安置观测觇牌，用测回法测出∠BAP。设初次的观测值为β0，第i期观测值为βi，计算出两次角度的变化量Δβ=βi－β0，即可计算出P点的水平位移d P。其位移方向根据Δβ的符号确定，其水平位移量为

d P=Δβ×d/ρ (ρ=206265″)　(4.8)

式中，D是AP的水平距离; Δβ是两次监测水平角之差，Δβ=βi－β0。

2. 活动觇牌法

活动觇牌法通过一种精密的附有读数设备的活动觇牌直接测定监测点相对于基准面的偏离值，它需要专用的仪器和照准设备，包括精密测角仪器和活动觇牌，活动觇牌如图4.12所示，上部为觇牌，下部为可对中整平的基座，中间横向安置一个带有游标尺的分划尺，最小分划为1mm，用游标尺可直接读到0.1～0.01mm。分划尺两端有微动螺旋，转到微动螺旋就可调节觇牌左右移动。

图4.13所示为活动觇牌法测偏离值的示意图，测量方法如下:

(1)将全站仪安置在基准线端点A上，固定觇牌安置在端点B上，分别对中整平，如果A、B两点都是强制对中观测，则用连接杆连接即可;

(2)用全站仪瞄准B点的固定觇牌，将视线固定，此时全站仪的水平制动螺旋和水平微动螺旋都不能再转动，此时全站仪视线即为视准线;

(3)把活动觇牌安置于观测点C上并对中整平，此时如果C点不在视准线AB上，则对中整平后的活动站牌标志中心不与全站仪十字丝竖丝重合，调节活动觇牌使照准标志与全站仪的十字丝竖丝重合，在分划尺与游标尺上读数，并与觇牌的零位值相减，就获得待测点偏离AB基准线的偏移值;

(4)转动觇牌微动螺旋重新瞄准，再次读数，如此共进行2～4次，取其读数的平均值作为上半测回的成果，转动全站仪到盘右位置，重新严格照准B点觇牌，按上述方法测下半测回，取上、下两半测回读数的平均值为一测回的成果。

第二测回开始前，仪器应重新整平。根据需要，每个观测点需测量2～4个测回。一般说来，当用DJ1型经纬仪观测，测距在300m以内时，可测2～3测回，其测回差不得大于3mm，否则应重测。

图4.12 活动觇牌实物图

图4.13 活动觇牌法测水平位移值示意图

4.4.2 引张线法

引张线法是在两个固定点之间用一根拉紧的金属丝作为固定的基准线，来测定监测点到基准线的偏离距离，从而确定监测点的水平位移的方法，其原理如图4.14所示。由于各监测点上的标尺与建筑物固连在一起，所以对于不同的观测周期，金属丝在标尺上的读数变化值就是该监测点在垂直于基准线方向上的水平位移量。引张线法常用在大坝变形监测中，引张线安置在坝体廊道内，不受风力等外界因素的影响，观测精度较高，但这种方法不适用于室外受风力影响较大的环境中。

图4.14 引张线法平面示意图

引张线由端点装置、测点装置、测线装置三部分组成。测点装置包括墩座、夹线、滑轮和重锤，如图4.15所示; 测点装置包括水箱、浮船、标尺和保护箱等，如图4.16所示; 测线装置包括一根0.6～1.2mm的不锈钢丝和直径大于10cm的测线保护管，保护管保护测线不受损坏，同时起防风作用，保护管通常由塑料管制作。

图4.15 引张线端点装置

图4.16 引张线测点装置

固定在两点间的钢丝在两端重锤作用下形成一条直线，它在竖直面内呈悬链线形状，在水平面内的投影是一直线，这条投影直线构成固定的基准线，由于测点上的标尺是与建筑物(大坝)固定在一起的，利用读数显微镜可读出标尺刻划中心偏离钢丝中心的偏离值。

引张线法观测水平位移的步骤: 检查引张线各处有无障碍，设备是否完好; 在两端点处同时悬挂重锤，拉紧钢丝，用夹线夹将钢丝固定，使引张线在端点处固定; 对每个水箱加水，使浮船把测线抬高，高出不锈钢标尺面0.3～0.5mm; 同时检查各观测箱，不使水箱边缘和读数尺与钢丝接触，并且使浮船处于自由状态。

观测时，利用刻有测微分划线的读数显微镜进行读数。测微分划尺最小刻划为0.1mm，可以估读到0.01mm。由于通过显微镜后钢丝与标尺分划线的像都变得很粗大，所以采用有测微分划线量取标尺分划(靠近钢丝的一根分划)左边缘与钢丝左边缘的距离a，再用测微分划线量取它们右边缘线之间的距离b，a和b的平均值即为标尺分划中心和钢丝中心的距离，将它加到相应的标尺整分划值上，即量得钢丝在标尺上的读数。

图4.17显示了显微镜中的成像情况，图中a=2.40mm，b=3.20mm，故标尺刻划中心与钢丝中心之间的距离为(a+b)/2=2.80mm，因为相应的标尺整刻划线为70mm，所以钢丝在标尺上的读数为70mm+2.80mm=72.80mm。

图4.17 观测与读数显微镜成像情况

通常是从靠近引张线端点的第一个观测点开始观测，依次观测到另一端点为一个测回，每次应观测3个测回，其互差应小于0.2mm。各测回之间应轻微拨动中间观测点上的浮船，使整条引张线浮动，待其静止后，再观测下一测回。

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