探討基坑檢測中測斜原理與誤差

馬成玉

江蘇地華實業集團有限公司 江蘇南京 210000

摘要：本文簡要概述了基坑監測的內容及對測斜原理與誤差做出了重點探討。

關鍵詞：基坑監測；測斜；原理；誤差

一、基坑監測概述

1.1基坑監測。基坑監測包括支護結構應力及變位的監測、周圍建筑物及地下水位監測、深層土體水平位移監測（即測斜），其中，深層位移監測能夠綜合反映基坑性狀。地方法規已明確規定：較大深基坑施工中必須進行深層位移監測。

深層位移監測是一項技術性較強的測試項目，基坑支護測斜監測可以及時了解基坑開挖產生的土體變形對周圍建筑物的影響情況，掌握基坑整體和局部的穩定和安全狀況，指導基坑開挖施工，及時預警，以盡量避免或減少可能帶來的損失。可以將測斜監測數據與理論計算值進行比較，驗證基坑支護設計計算準確性，并判斷前一步施工工藝和參數是否符合預期要求，以確定下一步的施工。可以根據監測數據反推設計參數以優化設計，并總結工程施工經驗，為以后的設計和施工提供依據。

1.2測斜儀器測斜原理。測斜儀是一種通過量測儀器軸線與鉛垂線之間傾角θ 的變化量，進而計算基坑支護各垂直位置各點水平位移的專門儀器。

圖1 監測原理圖 圖2 位移累計示意圖

如圖1和圖2為測斜儀量測的原理圖，圖中探頭下滑動輪作用點相對于上滑輪作用點的水平偏差可以通過儀器測得的傾角θ計算得到，計算公式為：

△δi=Li×sin△θi （1）

式中△δi—第i 量測段的相對水平偏差增量植；Li—第i 量測段的垂直長度，通常取為0.5m，1.0m等整數；△θi—第i 量測段的相對傾角增量值。

假設管端水平偏差為零，第n段深度測斜管的水平偏差總量為：

（2）

如果將每段間隔Li取為常量，則水平偏差總量與δ僅為相對傾角增量△βi的函數，同時計入管端水平位移值δ0，則上式寫為：

（3）

根據工程需要，將 L 取定 0.5m，預先在測斜儀上設置好參數時，將測斜儀探頭伸入測斜管上下滑移，即可在讀得偏差總量。

實際量測時，可將測斜儀插入與樁墻鉛直方向放置的測斜管內，并沿管內導槽緩慢下滑，按式（3）中取定的間距L逐段測定各位置處管道與鉛直線的相對傾角，假設樁墻與測斜管撓曲協調，就能得到整個樁墻軸線的水平撓曲，只要配備足夠多的量測點，所繪制的曲線是連續光滑的

由（1）至（3）式可知，測斜管的水平偏差總量δ 為各量測段的疊加，這里存在的問題是以測斜管底端作為起算點還是以測斜管頂端作為管端起算點。正確的處理是根據現場施工過程中板墻的實際受力狀況和樁墻端頭約束條件具體確定。在監測過程中，應以第一次讀數作為基準讀數，而以后各次所得讀數以此次讀數為基準得累計位移量。

測斜管安裝：安裝測斜管時應該盡量讓測斜管的凹槽的方向與預計的方向相同，這個方向通常稱為 A 軸，與這個（凹槽）方向垂直的軸稱為 B 軸。當測斜管在第一次檢測完之后（例如基準讀數），就應該選擇一個測斜探頭的安裝方向。選定這個方向后即使重復的測量多次，探頭在測斜管里的方位仍然是確定的。一般將探頭上面的滑輪的方向作為定向，這樣的話即使測試平面有位移時，滑輪也是朝著同一個方向。圖3說明了測斜管安裝時凹槽與支護傾斜方向的關系。

實際上，要讓測斜管的凹槽正確的定位定向通常很困難，通常選擇預期的位移方向作為主要的參照方向來設定方位。一般建議將這個方向（A+）標記在測斜管上，這樣每次測量的時候方向都會一致，而不會弄混探頭的下放方向。測斜管凹槽方向的方位角可以參照方向A+順時針方向測量得出，在數據后處理和刪減數據時可以參考這個方位角，測斜儀所有按順序測出的位移值都會以這個方向作為參考。當探頭沿反時鐘方向旋轉90度并且向右傾斜視B平面內的位移值為正值。

二、誤差分析

誤差來源：誤差分為系統誤差和偶然誤差兩種。

系統誤差可以找出其規律采取措施削弱和消除對測量結果的影響。而單個偶然誤差是沒有規律的，但大量重復的偶然誤差卻具有統計特性。伺服加速度計式測斜儀的誤差來源主要是以下三方面：

2.1 觀測誤差。觀測時儀器放置位置的差異，以及每個人讀數的習慣不同都會導致每次讀數不同，觀測誤差屬于偶然誤差。對于前者，選用數字式測測斜儀電纜上有鋁制卡環，測試時將卡環卡在測斜管口的鋁合金卡座上固定，這樣重復安置時偏差不會超過5mm，這對測試精度很重要；對于后者，盡量固定一個人操作，對操作者進行培訓。

2.2 儀器誤差。1）K0漂移誤差。長期來言，K0是一個緩慢變化的變量，存在K0漂移誤差；而對某次觀測而言，K0可以看作是常量不予考慮。2）測斜管及導輪的機械誤差。當測斜管發生變形以及導輪運轉受卡或因為導輪的彈力不足的情況下，使導輪不能進入準確的位置，在特定的位置總是產生一定的誤差。理論上這種誤差是有規律的，但由于測斜管位于地下，沒法知道它的規律性并進而消除，觀測中要盡量避免出現這種誤差，定期檢查探頭。3）讀數儀表誤差。在現場觀測過程中，接收儀表因接觸不良或本身儀器性能的變化有一定的觀測差異。這種誤差在儀器制造的時候都有一定的標定，屬于偶然誤差，要保證測斜儀電池電量充足。

2.3 環境誤差。環境中的溫度、濕度會對儀器觀測值產生一定的影響，再者測斜孔導槽中如有泥沙、雜物等也將給觀測值帶來誤差。為此要求觀測時測頭在孔內要待溫度適應后再進行觀測；測斜孔孔口應制作干凈平整的工作臺，放置電纜及儀器，盡量不使泥沙帶入測孔內。測試完成后，關閉測斜系統的程序，關閉線滾的電源并斷開探頭和線滾的連接。擦干凈探頭和電纜，重新將探頭和線滾上面的接頭保護蓋擰上，并將測管管口加上保護蓋，返回辦公室后，應該徹底清潔儀器，線滾和其他配件，防止上面粘有水分和雜物，并給線滾的電池和掌上電腦充電以備下次使用。

以上是一般的測斜儀的誤差分析原理，但是對于數字式測斜儀來說這一步并不存在，因為這些誤差分析已經集成在其讀數器單元———掌上電腦內了，其自帶的軟件可以進行處理，然后輸出的已經是經過處理的結果了，而不是以上誤差處理中所提到的U1，U2（電壓輸出值）。在掌上電腦上進行對應的操作：位移變化量、相對于鉛垂線的絕對位移、相對于基準讀數的相對位移等最終數值都可以得出來。但是了解這些誤差分析方法可以幫助更深入的了解測斜儀的基本工作原理及數據處理方式。

三、結論

在此分析了數字式測斜儀系統的監測原理；探討了誤差來源以及消除方法。

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