免棱鏡全站儀在建筑物傾斜測量中的應(yīng)用

周雅茹,李旭民

(1.深圳地質(zhì)建設(shè)工程公司,深圳 518023; 2.深圳市地質(zhì)局,深圳 518023)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代高層建筑物日益呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及風(fēng)格的多樣性,這對高層建筑物的傾斜監(jiān)測精度提出了新要求。建筑物傾斜監(jiān)測有很多方法,如水準(zhǔn)儀測量基礎(chǔ)沉降差換算法、經(jīng)緯儀交會法、小角度法等。隨著免棱鏡全站儀測量精度的不斷提高,利用免棱鏡全站儀測定坐標(biāo)來對建筑物傾斜進(jìn)行監(jiān)測成為一種新手段。本研究從監(jiān)測方法、監(jiān)測精度入手,通過工程實(shí)例對該方法進(jìn)行分析。

1 監(jiān)測原理及精度要求

1.1 免棱鏡全站儀傾斜監(jiān)測原理

如圖1所示,在建筑物傾斜方向上K點(diǎn)架設(shè)儀器,A、A′點(diǎn)位于全站儀同一豎直線上的底部與頂部。

圖1 監(jiān)測原理Fig.1 Monitoring principle

觀測方法如圖2,用全站儀按一定密度測量A-A′線上的點(diǎn)位坐標(biāo)。

圖2 觀測方法Fig.2 Observing method

按一定時間頻率對建筑物進(jìn)行監(jiān)測。通過每次監(jiān)測數(shù)據(jù)計算建筑物傾斜率,制作監(jiān)測報表及繪制趨勢線圖等。

1.2 精度要求

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)對建筑物的整體傾斜變形允許值的規(guī)定如表1:

表1 建筑物的地基變形允許值Tab.1 Parameters of foundation deformation of the buildings

《建筑物變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)中估算變形測量中誤差的要求如下:對沉降觀測,取差異沉降允許值的1/10～1/20作為沉降差測定的中誤差,并將該數(shù)值視為監(jiān)測點(diǎn)測站高差中誤差。對位移觀測,取變形允許值的1/10～1/20作為位移量測定中誤差,并根據(jù)位移量測定的具體方法計算監(jiān)測點(diǎn)坐標(biāo)中誤差或測站高差中誤差。

根據(jù)上述規(guī)范要求,建筑物傾斜觀測精度估算見表2。

表2 建筑物傾斜觀測精度估算Tab.2 Estimation of declivity observation accuracy of the buildings

2 觀測方法及資料處理

2.1 儀器

采用尼康DTM-452C免棱鏡型全站儀。測角精度2″,測距精度±(2 mm+2 ppm×D),免棱鏡模式下測程350 m。

2.2 監(jiān)測方法

在距離大于建筑物高度1.5倍距離處選擇合適點(diǎn)位做測站點(diǎn)K,在K點(diǎn)做好標(biāo)記,K-A-A′應(yīng)盡量與建筑物立面正交。架設(shè)儀器,對中整平、量取儀器高,做好測站各項準(zhǔn)備工作。假定測站點(diǎn)坐標(biāo)(0,0,0),無需定向,保持水平方向制動,方向角置0。從A點(diǎn)或從A′點(diǎn)由上而下或由下而上按一定上下間隔測量點(diǎn)位坐標(biāo)。將觀測的點(diǎn)位坐標(biāo)導(dǎo)入計算機(jī)進(jìn)行資料處理。根據(jù)設(shè)計的監(jiān)測周期頻率觀測,將每次觀測數(shù)據(jù)處理后制作報表及圖件。

2.3 精度分析

坐標(biāo)公式:X=X0+S×cos(ɑ),Y=Y0+S×sin(ɑ),H=H0+S×tan(ɑ)+i-t。其中,X、Y為測點(diǎn)坐標(biāo),X0、Y0、H0為測站坐標(biāo),S為水平距離,ɑ為方位角,i為測站儀器高,t為棱鏡高(免棱鏡觀測,為0)。從坐標(biāo)公式可見,觀測點(diǎn)的精度主要取決于測角誤差及測距誤差。

MD=MD1+MD2

式中,Mα為測角誤差,Mβ為儀器測角標(biāo)定誤差,ρ=206 265,S為水平距離,MD為測距誤差,MD1、MD2為儀器固定誤差和比例誤差。

3 工程案例

選取某高層建筑物傾斜觀測項目中具有代表性的樓棟及部分觀測數(shù)據(jù),探討該方法的使用情況。該樓共32層,選取其中3次的觀測數(shù)據(jù)對該方法進(jìn)行分析。

實(shí)際觀測中假定測站坐標(biāo)(0,0,0),坐標(biāo)計算公式:X=X0+S×cos(ɑ),Y=Y0+S×sin(ɑ),H=H0+S×tan(ɑ)+i-t。觀測得到的X值為傾斜偏移量,H為測點(diǎn)高度。3次觀測數(shù)據(jù)見表3。

表3 觀測數(shù)據(jù)Tab.3 Observation data

利用以上觀測數(shù)據(jù),用Excel生成XY(散點(diǎn)圖),取得每次傾斜趨勢線公式見表4。

表4 傾斜趨勢線公式Tab.4 Declivity trend line formula

通過上述公式可以換算不同高度的傾斜率,見表5。

表5 傾斜率Tab.5 Gradient

通過3次的觀測數(shù)據(jù)制作傾斜趨勢對比圖,見圖3。

圖3 傾斜趨勢對比Fig.3 Comparison of declivity trend

4 結(jié)束語

全站儀免棱鏡測量建筑物傾斜位移方法外業(yè)簡單,資料處理方便快捷,觀測精度滿足規(guī)范要求,是高大建筑物傾斜觀測的一種方法補(bǔ)充,實(shí)際作業(yè)應(yīng)考慮觀測精度。免棱鏡儀器要選擇測角標(biāo)定誤差小及測距固定誤差小的儀器,觀測視線上不能有透明或不透明的物體遮擋,以免造成免棱鏡觀測得錯誤數(shù)據(jù)。測站選擇時盡量與建筑物傾斜面正交,以盡量小的入射角度進(jìn)行免棱鏡觀測,提高觀測精度。