免棱鏡全站儀在建筑物傾斜測量中的應用

周雅茹,李旭民

(1.深圳地質建設工程公司,深圳 518023; 2.深圳市地質局,深圳 518023)

隨著科學技術的發展,現代高層建筑物日益呈現出結構的復雜性及風格的多樣性,這對高層建筑物的傾斜監測精度提出了新要求。建筑物傾斜監測有很多方法,如水準儀測量基礎沉降差換算法、經緯儀交會法、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來對建筑物傾斜進行監測成為一種新手段。本研究從監測方法、監測精度入手,通過工程實例對該方法進行分析。

1 監測原理及精度要求

1.1 免棱鏡全站儀傾斜監測原理

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

圖1 監測原理Fig.1 Monitoring principle

觀測方法如圖2,用全站儀按一定密度測量A-A′線上的點位坐標。

圖2 觀測方法Fig.2 Observing method

按一定時間頻率對建筑物進行監測。通過每次監測數據計算建筑物傾斜率,制作監測報表及繪制趨勢線圖等。

1.2 精度要求

《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)對建筑物的整體傾斜變形允許值的規定如表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,并將該數值視為監測點測站高差中誤差。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,并根據位移量測定的具體方法計算監測點坐標中誤差或測站高差中誤差。

根據上述規范要求,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 監測方法

在距離大于建筑物高度1.5倍距離處選擇合適點位做測站點K,在K點做好標記,K-A-A′應盡量與建筑物立面正交。架設儀器,對中整平、量取儀器高,做好測站各項準備工作。假定測站點坐標(0,0,0),無需定向,保持水平方向制動,方向角置0。從A點或從A′點由上而下或由下而上按一定上下間隔測量點位坐標。將觀測的點位坐標導入計算機進行資料處理。根據設計的監測周期頻率觀測,將每次觀測數據處理后制作報表及圖件。

2.3 精度分析

坐標公式:X=X0+S×cos(ɑ),Y=Y0+S×sin(ɑ),H=H0+S×tan(ɑ)+i-t。其中,X、Y為測點坐標,X0、Y0、H0為測站坐標,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)。從坐標公式可見,觀測點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據,探討該方法的使用情況。該樓共32層,選取其中3次的觀測數據對該方法進行分析。

實際觀測中假定測站坐標(0,0,0),坐標計算公式: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為測點高度。3次觀測數據見表3。

表3 觀測數據Tab.3 Observation data

利用以上觀測數據,用Excel生成XY(散點圖),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次的觀測數據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 結束語

全站儀免棱鏡測量建筑物傾斜位移方法外業簡單,資料處理方便快捷,觀測精度滿足規范要求,是高大建筑物傾斜觀測的一種方法補充,實際作業應考慮觀測精度。免棱鏡儀器要選擇測角標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據。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行免棱鏡觀測,提高觀測精度。