關(guān)于修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》豎向位移監(jiān)測(cè)精度的實(shí)驗(yàn)分析

胡園園，劉俊生，陳昌師

(南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

1 引 言

南京市測(cè)繪勘察研究院股份有限公司應(yīng)濟(jì)南大學(xué)邀請(qǐng)參編修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009[1]，為了更好地完成修訂工作，確保該標(biāo)準(zhǔn)具有廣泛的代表性、良好的適應(yīng)性和更高的修訂水平，本文采取實(shí)驗(yàn)分析方法研究豎向位移監(jiān)測(cè)精度，為該規(guī)范修訂提供依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

本次實(shí)驗(yàn)以南京河西某基坑工地為實(shí)踐場(chǎng)地，由于基坑工程的豎向位移和水平位移監(jiān)測(cè)在專(zhuān)業(yè)劃分上均屬于變形測(cè)量的范疇，故本次實(shí)驗(yàn)豎向位移監(jiān)測(cè)等級(jí)要求參考《建筑物變形測(cè)量規(guī)范》JGJ8-2016[2]的二等變形測(cè)量要求。實(shí)驗(yàn)主要分析以下三類(lèi)參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響：觀測(cè)線路、測(cè)站數(shù)、測(cè)量等級(jí)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的自由組合，共設(shè)置了12種不同實(shí)驗(yàn)工況，每種工況進(jìn)行5次獨(dú)立觀測(cè)，通過(guò)對(duì)60組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)站高差中誤差、樣本中誤差分析，得出了一些有用結(jié)論。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)要求

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)表3.2.2建筑變形測(cè)量的等級(jí)、精度指標(biāo)及其適用范圍，二等變形測(cè)量適用于“重要場(chǎng)地的邊坡監(jiān)測(cè)、重要的基坑監(jiān)測(cè)”，故本次試驗(yàn)主要參考該規(guī)范的二等變形測(cè)量要求。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

本次豎向位移實(shí)驗(yàn)主要分析以下三類(lèi)參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響：觀測(cè)線路、測(cè)站數(shù)、測(cè)量等級(jí)。考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及基坑工地基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置情況，本次豎向位移觀測(cè)實(shí)驗(yàn)均采用閉合線路。

其中觀測(cè)線路分為兩種情況。觀測(cè)線路一：閉合線路中包含建(構(gòu))筑物、基坑等復(fù)雜情況(代號(hào)X1)；觀測(cè)線路二：閉合線路中不包含建(構(gòu))筑物、基坑等(代號(hào)X2)。

測(cè)站數(shù)分為三種情況。測(cè)站數(shù)一：線路總測(cè)站數(shù)10站(代號(hào)C1)；測(cè)站數(shù)二：線路總測(cè)站數(shù)20站(代號(hào)C2)；測(cè)站數(shù)三：線路總測(cè)站數(shù)30站(代號(hào)C3)。

測(cè)量等級(jí)分為兩種情況。測(cè)量等級(jí)一：標(biāo)準(zhǔn)二等，即前后視距差、視線長(zhǎng)度等參數(shù)嚴(yán)格按照J(rèn)GJ8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》中表4.2.3-1數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測(cè)要求執(zhí)行(代號(hào)L1)；測(cè)量等級(jí)二：偏差二等，即可按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行變通執(zhí)行(代號(hào)L2)。

根據(jù)三大類(lèi)不同參數(shù)組合，本次實(shí)驗(yàn)共產(chǎn)生了12種不同工況情況，每種工況進(jìn)行5次獨(dú)立觀測(cè)，共進(jìn)行60次閉合水準(zhǔn)線路測(cè)量，具體如表1所示：

本次實(shí)驗(yàn)時(shí)間從2017年3月31日～2017年4月4日結(jié)束，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地位于南京某工地基坑項(xiàng)目場(chǎng)地。工地施工工況為：二層支撐施工中。

不包含建(構(gòu))筑物、基坑的X2工況在基坑北側(cè)金沙江東街道路上設(shè)置閉合線路，包含有建(構(gòu))筑物、基坑的X1工況則在基坑外側(cè)圍墻、基坑中間棧橋上設(shè)置閉合線路，具體工況線路圖及點(diǎn)位布置圖如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)工況安排 表1

圖1 工況線路圖及點(diǎn)位布置圖

2.3 實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備

在水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器要求方面，根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)中表4.2.1水準(zhǔn)儀型號(hào)和標(biāo)尺類(lèi)型規(guī)定，測(cè)量等級(jí)二等可以采用DS05或DS1的水準(zhǔn)儀。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在南京地區(qū)絕大多數(shù)從事基坑監(jiān)測(cè)的企業(yè)都已經(jīng)普遍配備了足夠數(shù)量的DS05型數(shù)字水準(zhǔn)儀，DS1和DS2型水準(zhǔn)儀大有被淘汰的趨勢(shì)，故本次實(shí)驗(yàn)儀器全部選用DS05型數(shù)字水準(zhǔn)儀。

儀器：5臺(tái)天寶DINI03儀器，標(biāo)稱精度 ±0.3 mm/km

人員：5名操作熟練的技術(shù)人員，2名輔助人員

條碼尺：一副銦瓦尺(保證樣本的一致性)

尺墊：2個(gè)5 kg尺墊，帶輔助桿

腳架：5個(gè)木質(zhì)三角腳架

3 精度分析原理

3.1 一測(cè)站高差中誤差

根據(jù)誤差傳播定律[3]，計(jì)算一測(cè)站高差中誤差，即：

(1)

其中：m——每測(cè)站高差中誤差

△——線路高差閉合差

n——測(cè)站數(shù)

3.2 樣本中誤差

通過(guò)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的原理、方法、誤差來(lái)源等進(jìn)行分析，并針對(duì)這些因素改變某些觀測(cè)條件，采用獨(dú)立觀測(cè)實(shí)驗(yàn)方法，計(jì)算測(cè)點(diǎn)高程中誤差。

在觀測(cè)次數(shù)N不是無(wú)限多時(shí)，真值很難確定，而一個(gè)接近于真值的量(最或然值)可以通過(guò)公式計(jì)算得來(lái)，N越大，最或然值與真值的差別越小。為了將N為有限個(gè)數(shù)n時(shí)計(jì)算的算術(shù)平均值與真值相區(qū)別，用x表示，即

(2)

這時(shí)，因x不等于X，故觀測(cè)值L與x之差將不是真誤差，而是被稱為離差的v，在測(cè)繪學(xué)中稱為改正數(shù)。計(jì)算v的規(guī)則如下：

v=x-L或x=L+v

(3)

即觀測(cè)值加上改正數(shù)v后為最或然值。利用改正數(shù)v也可以計(jì)算中誤差，計(jì)算式為[3]：

(4)

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 閉合差及一測(cè)站高差中誤差分析

不同工況閉合差(mm) 表2

不同工況一測(cè)站高差中誤差(mm) 表3

圖2 不同工況下閉合差分布

圖3 不同工況下一測(cè)站高差中誤差分布

依據(jù)GB50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》第10.3.5條“DS05級(jí)水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸的夾角不得大于10″”[4]可知本次實(shí)驗(yàn)5臺(tái)儀器i角均在合格范圍內(nèi)。

另外X1C1L1線路中所有閉合差普遍較大，考慮本次線路測(cè)量過(guò)程中，工地挖機(jī)作業(yè)靠近水準(zhǔn)線路，導(dǎo)致偶然誤差增大。其中組4(儀器i角-9.59″)在此3條線路中均有閉合差超過(guò) 1 mm的情況，表明儀器i角大小會(huì)對(duì)線路閉合差產(chǎn)生一定影響；X1C3L2線路中3組數(shù)據(jù)閉合差均超過(guò) 1 mm，表明在測(cè)站數(shù)較多、水準(zhǔn)線路復(fù)雜且測(cè)量等級(jí)不嚴(yán)格情況下，偶然誤差會(huì)增大。

結(jié)合表3及圖3可知：60組一測(cè)站高差中誤差樣本中有4個(gè)數(shù)據(jù)超過(guò) 0.3 mm，不滿足《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》表6.3.3的要求，但均小于 0.5 mm(JGJ8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》中表3.2.2建筑變形測(cè)量的等級(jí)、精度指標(biāo)及其適用范圍規(guī)定，二等水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)站高差中誤差限值為 0.5 mm)。

4.2 相同工況相同點(diǎn)樣本中誤差分析

注：①測(cè)點(diǎn)信息詳見(jiàn)表1。②本表中測(cè)點(diǎn)中誤差均包含5次獨(dú)立觀測(cè)值。

由表4可知，本次實(shí)驗(yàn)12個(gè)工況中共獲得了76組樣本中誤差，有5個(gè)工況8組樣本存在測(cè)點(diǎn)高程中誤差超過(guò) 0.5 mm的情況。其中工況X1C1L1：測(cè)點(diǎn)L01、Q01；工況X1C1L2：測(cè)點(diǎn)L01；工況X1C3L2：測(cè)點(diǎn)L01、Q01；工況X2C2L1：測(cè)點(diǎn)D02；工況X2C3L2：測(cè)點(diǎn)D04、D08。測(cè)點(diǎn)高程中誤差的誤差范圍為 0.059 mm～0.801 mm。

測(cè)點(diǎn)L01、Q01高程中誤差在3個(gè)不同工況中均大于 0.5 mm，有可能是測(cè)量過(guò)程中這兩個(gè)點(diǎn)立尺不穩(wěn)造成的。除去偶然因素，僅有3點(diǎn)次超過(guò) 0.5 mm，占總樣本的3.9%。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

(1)外業(yè)測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)盡量避免挖機(jī)作業(yè)等惡劣環(huán)境，否則會(huì)導(dǎo)致偶然誤差增大，數(shù)據(jù)成果不理想。

(2)在測(cè)站數(shù)較多(≥30站)的情況下，線路閉合差會(huì)大于 1 mm，但并未超過(guò)閉合差限值。

(3)儀器i角大小會(huì)影響線路閉合差，一般來(lái)說(shuō)i角越大，線路閉合差越大，且這種情況概率會(huì)隨著測(cè)站數(shù)n的增加而增大。

(4)一測(cè)站高差中誤差普遍小于 0.3 mm，但在閉合差未超限的情況下仍然存在測(cè)站高差中誤差大于 0.3 mm情況。

(5)測(cè)量等級(jí)的嚴(yán)格與否對(duì)線路閉合差沒(méi)有明顯影響。

(6)線路難易程度對(duì)線路閉合差影響不大。

(7)測(cè)點(diǎn)高程中誤差大小與線路閉合差有密切關(guān)系，線路閉合差越大，測(cè)點(diǎn)高程中誤差越大，反之亦然。

6 建 議

《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》修訂稿中豎向位移精度如表5所示：

原規(guī)范中豎向位移監(jiān)測(cè)精度要求 表5

注：監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差系指相應(yīng)精度與視距的幾何水準(zhǔn)測(cè)量單程一測(cè)站的高差中誤差。

建議修訂參數(shù)如表6所示：

建議修訂的豎向位移監(jiān)測(cè)精度要求 表6

注：①監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差系指相應(yīng)精度與視距的幾何水準(zhǔn)測(cè)量單程一測(cè)站的高差中誤差。
②表中n為測(cè)站數(shù)。