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提高测斜仪观测水平位移精度的探讨

时间:2009-08-20 08:31来源:监测人 作者:监测人 点击:
在岩土工程中常常需要运用测斜仪来观测构筑物或者土体等的水平位移随深度的变化。利用高精度的测斜仪能测出只有几个毫米的水平位移。但是要达到理想的观测精度,仅仅依靠高精度的测斜仪是不够的,必须要做好相关的一系列工作。



  

1.前言
在岩土工程中常常需要运用测斜仪来观测构筑物或者土体等的水平位移随深度的变化。利用高精度的测斜仪能测出只有几个毫米的水平位移。但是要达到理想的观测精度,仅仅依靠高精度的测斜仪是不够的,必须要做好相关的一系列工作。
2.埋设的测斜管的品质必需要优良
测斜管是预先埋置在待测体内部,为测斜探头测量提供通道的管件。它与待测体变形一致且同步;测得测斜管的水平位移,即为待测体的水平位移。为了达到良好的观测效果,测斜管要满足以下几点要求:
2.1 管内滑槽加工精度要高
加工精度高的测斜管的滑槽能够与测斜探头的滑轮配合密切,能保证观测数据有良好的可重复性,从而使测量具有较高的精度。如果滑槽加工粗糙或者尺寸不标准,则测斜探头滑轮会在滑槽内晃动,甚至脱槽,测斜仪的高精度的优点就无法发挥。
2.2有足够的径向刚度和强度
测斜管有时要埋入地下几十米深,而土体深处的围压是很大的,如果测斜管的刚度和强度不够,则在土体围压的作用下测斜管会变形甚至破坏,从而使得测量无法继续下去。
2.3要有足够的轴向柔韧性
测斜管是要随待测体同步变形的,待测体有多大变形则测斜管就要产生多大变形。在待测体会产生较大变形时,要求测斜管有足够的柔韧性在大变形的情况下仍不至于折断。在预计待测体可能会产生大变形的情况下,就要对测斜管的柔韧性给予足够的重视。
2.4有足够的耐久性
许多观测项目都要求持续数年以上,而在多数情况下管头都是处于露天状态下。这就要求测斜管在观测期间不至于因为风吹、日晒、冰冻等外界因素的侵蚀而发生腐烂或者明显变质。
3.测斜管的埋设工作一定要到位
埋设测斜管有好几个环节,每个环节都会影响埋设质量的好坏。
3.1回填务必要实
在待测体中钻孔完毕后,将测斜管放入钻孔中,需回填填料,使测斜管与待测体形成一个整体。这个回填过程一定要做好,即测斜管与钻孔间的空隙一定要填实。
如果回填不实,会导致以下两种不良后果:
(1)浅层回填不实会使得测斜管在任 何微小的外界振动的干扰下发生震颤,从而使得测斜仪无法获得稳定的读数。笔者在实测过程中就遇到过这种情况:在离地面2~3米深处测斜仪的读数一直跳个不停,而工点附近并无施工机械在作业,也无车辆行驶,将测头放入较深处仍可得到稳定的读数。待挖开地面后发现,地面以下2~3米处有一个较大的空间未被填实。经填实后,测斜仪就得到了稳定的读数。
(2)深层回填不实会在观测过程中产生虚假位移。回填不实处的土体会在自重应力的作用下,逐渐缩孔,直至钻孔处的孔壁以外的土将测斜管包紧为止。但这种缩孔由于成孔时形状不规则、土性不均匀等因素的影响,不会是完全对称的,从而使得测斜管向缩孔弱的方向发生较多的位移。这个位移随与待测方向的夹角的大小不同,而对待测体位移有不同程度的影响,如果与待测方向一致就会完全被计入土体的位移中去。实际上这仅仅是由于局部土体的变形引起,并不代表整个土体的变形,从而这个位移是虚假位移。
3.2测斜管滑槽方向应尽量与待测方向保持一致
如果测斜管滑槽方向与待测方向一致,则所测得的位移即为待测位移。但是如果埋设测斜管时未能做到滑槽方向与待测方向一致时,则会使测得的位移与待测位移相差一个值。假设待测方向与滑槽方向相差角度为θ,而待测方向发生位移S,则实际测得的位移为S ×cosq,二者相差DS = (1-cosq)×S。当θ=10。时, DS =(1-cos10o )×S = 0.015S 。即如果滑槽方向与待测方向相差10。,即使测量过程能做到绝对准确,测量所得的位移与实际位移之间仍然相差1.5%。而实际上,因为测斜管直径很小,滑槽方向不易看准,在埋设过程中,仅凭肉眼观察,角度超过10。是很容易的事。
笔者在实践过程中摸索出一种切实可行而又有效的方法能够解决这个问题。
首先设计一个专门为确定滑槽方向使用的观测标,形状和尺寸如图1所示。

 


在进行滑槽方向定位时,只要将观测标标脚插入待测方向的两个滑槽内,将经纬仪的视准线方向设定成与待测方向一致,调整测斜管的方向,使得透过经纬仪看到观测标的两个标杆重合,此时滑槽方向即与待测方向是吻合的。
3.3接长测斜管时要让二管相连处缝隙尽可能小
测斜管通常是2m或者3m一根,运至工地后,再通过接头连接至所需长度。如果测斜管连接处有缝隙,一则测斜探头在测管中滑动时,滑轮经过缝隙处会跳动,从而会给测斜探头造成冲击,影响测斜探头内部精密传感器的使用寿命;另一方面,当测量某点处的倾角,而滑轮所处位置又与缝隙很接近时,则有时滑轮最外侧与测斜管接触的点可能会落入缝隙内,而有时又可能不落入其中,这样就会给测得的数据带来反复跳跃误差。
要保证测斜管连结无缝,就要使得每根管端的管口平面与轴线相垂直,并且在连接时让二相邻管相互紧接。测斜管在出厂时都是由机械切口,一般都能够保证管口平面与轴线垂直,只有在需要非标准长度而必须手工截取管子时,要注意将管口平面锯成与轴线相垂直,如果没有机床加工的条件下,最好用锉将管口锉平。至于要让相邻管口紧接,只要在埋设施工过程中加以注意即可。

4.准确确定测点的高程
用测斜仪测量水平位移的测点位置是通过测点与测斜管管口的距离来确定的。所以准确确定测点高程就依赖于两点:一是管口高程要准确,二是测点到管口的距离要准确。
4.1保证管口高程准确
如果不能保证管口高程不发生变化,例如测斜管会随地基发生沉降或者测斜管随构筑物不断加高而需要随之接长或者测斜管在遭到破坏后修复,都要对管口高程随时进行测量以得到测斜管每次观测时的管口高程。如果测斜管不需要不断接长,而且测斜管埋设深度又足够大时,能保证测斜管不会随地基的沉降发生沉降,建议在测斜管露出地面部分周围砌上保护台,尽量不让测斜管发生折断,这样管口高程就可维持一个定数。
4.2保证测点与管口的距离准确
测斜探头是依靠内嵌细钢丝绳的电缆与地面的读数仪相连接的。电缆的作用有三个:一是在测斜探头和地面读数仪表间进行信号传输,将测斜探头测得的信号传至读数仪并反应给观测者;二是提拉测斜探头在测斜管内活动;三是标识测点与测斜管口的距离。电缆上一般每隔0.5m有一个用热缩塑料圈做的标志。观测时,将标志靠在管口的侧壁上以确定观测点距离管口的深度。但是由于塑料标志很薄,时间长了会发生摩损,甚至会发生移位乃至破坏,使得标识距离不准确。针对这个问题,笔者进行了一个改进:在每个塑料标志外面再包一圈硬塑料,并且用管箍螺丝固定
在与塑料标志同一位置。这样一来,既可以保护塑料标志不受磨损和移位,又可以在测量时将电缆“挂”在测斜管壁上,使得测点定位精确,而且测量人员也可节省体力。
要保证测点高程准确还有一点需要注意,在测量与管底最近一点时,要确保测斜探头已经离开管底。
5.对测斜仪要精心使用,精心养护

为了持续稳定地发挥测斜仪的高精度,需要做好测斜仪的养护工作。
5.1测斜仪是精密的观测仪器,应该避免剧烈冲击;
5.2测斜探头和电缆的连结务必要紧,以防测斜探头内部进水;
5.3接口处的电缆线露头应保持清洁,防止进土、落灰;
5.4测量完毕后,要做好探头的清洁工作,要擦干净附着在探头上的泥水,尤其要注意测斜探头的滑轮及其支撑结构处的清洁工作。
6.结语
总之,选择品质优良的测斜管,认真、细致地埋设测斜管,准确确定测斜管管口高程,对测斜仪电缆的距离标志做一些改进,在观测过程中做好测斜仪的养护工作就可以保证用测斜仪观测水平位移获得良好的效果。

 

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