土木工程變形監(jiān)測研究現(xiàn)狀分析

1、土木工程變形監(jiān)測研究現(xiàn)狀分析邢君(無錫水文工程地質(zhì)勘察院,江蘇無錫214063摘要:變形監(jiān)測是工程施工、安全運行的保證,通過監(jiān)測進(jìn)行設(shè)計驗證,可以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的效果,同時也為工程變形預(yù)測預(yù)報提供依據(jù)。根據(jù)我國目前已有監(jiān)測方法,分析了橋梁、大壩、高層建筑物、地下建筑物、滑坡體等變形監(jiān)測的研究現(xiàn)狀,并對今后有待于進(jìn)一步開展的工作做了展望。關(guān)鍵詞:土木工程;變形監(jiān)測;監(jiān)測方法中圖分類號:T V69811文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:10082701X (20100520063202收稿日期:2010203205作者簡介:邢君(1981-,女,助理工程師,大學(xué)本科,主要從事測繪工程工作。1問題的提出隨著科

2、學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會的日益發(fā)展,各類大型橋梁、水工建筑物、地下建(構(gòu)筑物、高層建筑物等將越來越多,各類建筑物的安全運營就顯得十分重要。為了檢查各類工程建筑物及其地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性,工程監(jiān)測必不可少。而監(jiān)測的目的主要是為了獲得變形體的變形數(shù)據(jù)用以研究變形體的空間狀態(tài)與時間特性,并對這些變形的原因做出科學(xué)的合理解釋。根據(jù)各類建筑物的特點,變形監(jiān)測與其它測量工作相比較,其精度要求較高,而且是有一定頻率的重復(fù)觀測,故監(jiān)測的方法是值得探討的。本文將對國內(nèi)近幾年來工程監(jiān)測的方法及其相關(guān)問題作綜合性的闡述。2橋梁變形觀測橋梁在其使用和運營階段會發(fā)生各種程度不同的變形,目前所采用的監(jiān)測方法一般是常規(guī)地面測量方法。因

3、橋梁的使用與結(jié)構(gòu)特殊性,以及受外界環(huán)境的影響和限制,它與其它建筑物變形觀測的手段略有差別。如廣州市東風(fēng)西路口處增涉河上的大跨徑桁架拱橋,其觀測方法為先進(jìn)行橋面縱坡測量,以此檢查橋面是否下垂和凸起或有無裂縫,再進(jìn)行河床斷面測量以檢查橋墩下是否存在沖刷現(xiàn)象。水平位移的測量是運用在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下檢定的鋼尺,往返丈量西孔橋墩、中孔橋墩、臺帽間的凈距,將往返丈量的長度進(jìn)行溫度修正、尺長修正、高差修正、垂度修正,然后與竣工時各相應(yīng)凈高比較而得到相對位移量。而撓度觀測是在中孔桁架拱肋上布設(shè)測點,在橋面的相應(yīng)位置處安置固定的觀測點,借用3917t 重吊車作為撓度觀測的加載車。對橋梁跨中的偏載和中載2個不利的位置用

4、Ni002型精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測1。為了保障觀測精度,有些橋梁采取了一些特別措施。如武漢長江大橋其橋墩觀測點是采用強制歸心手段,使用不同規(guī)格的球嵌與觀測墩連接,然后將微型水準(zhǔn)尺直接插人歸心孔內(nèi),以此達(dá)到水平、垂直位移共墩。由于該橋跨度大,各墩高程傳遞原則上按過河等水準(zhǔn)測量進(jìn)行。由于工作量太大,實際作業(yè)時采用長視線跨墩水準(zhǔn)測量來完成,保持前后視距相等,每站4測回。而其水平位移觀測包括兩部分即沿河流上、下游方向橫向位移和沿軸線方向的縱向位移2。橫向位移的觀測方法是在相鄰橋墩短視線通視條件好的情況下采用T 3經(jīng)緯儀配合活動覘牌來完成觀測,因活動覘牌法適用面較窄,一般用微角法進(jìn)行監(jiān)測。為減弱因長短邊而引

5、起調(diào)焦誤差,觀測中采用單角法或單方向法。實測時以短邊定向,這樣使長邊方向上在度盤變換時不需調(diào)焦?？v向位移觀測采用特制鋼線尺和高精度的測距儀來完成。橋梁變形觀測的數(shù)據(jù)處理,與其它變形觀測的數(shù)據(jù)處理方法基本相同3。3大壩變形觀測就大壩而言,主要有重力壩、拱壩、堆石壩、土壩等4。導(dǎo)致混凝土壩變形的原因,除了壩體遭受地震及特大洪水等自然因素引起的極限荷載作用外,還有由于周期荷載、固定荷載、化學(xué)侵蝕、化學(xué)溶解、帷幕灌漿的失效、排水系統(tǒng)的變質(zhì)使基礎(chǔ)老化加劇等5。同時,混凝土內(nèi)部溫度的影響也不可忽視。而土石壩的變形主要是由于內(nèi)部侵蝕、高水力坡降下壩基物質(zhì)的管涌、坡面的不穩(wěn)定、表面保護(hù)物質(zhì)的損壞或由于滲漏水的

6、靜壓力引起心墻的斷裂等,根據(jù)這些特點其變形觀測的內(nèi)容與方法也有所區(qū)別?，F(xiàn)在各類大壩的變形觀測主要由“內(nèi)觀”和“外觀”系統(tǒng)組成,而外部觀測則以常規(guī)的大地測量為主,以其它方法為輔,逐步向自動化過渡6。大壩變形方式及主要監(jiān)測方法見表1。表1大壩變形方式及主要監(jiān)測方法表水平位移監(jiān)測方法垂直位移監(jiān)測方法傾斜位移監(jiān)測方法1.變形監(jiān)測網(wǎng)(如三角量測2.導(dǎo)線測量3.交會法4.激光準(zhǔn)直法5.引張線、視準(zhǔn)線配合正、倒垂線6.攝影測量法1.幾何水準(zhǔn)測量2.激光交會法 1.精密水準(zhǔn)法2.測斜儀觀測法第5期總第171期2010年9月浙江水利科技Zhejiang Hydrotechnics N o.5T otal N o

7、.171September 20104高層建筑物的變形觀測高層建筑物變形主要分傾斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)等,引起變形的原因有太陽輻射、風(fēng)荷載、交通通行產(chǎn)生的振動、地震等7。由于高層建筑物的特殊結(jié)構(gòu),采用的觀測方法因高層建筑物的特性而定8。如高樓大廈的變形觀測,一般采用三角測量或其它專用儀器設(shè)備。就某特定位置的高塔而言,在顧及彎曲和扭轉(zhuǎn)的影響下對其傾斜進(jìn)行研究一般用圖解解析法,即沿高塔東、西墻的基準(zhǔn)線在相互垂直的方向上安置經(jīng)緯儀,對測點進(jìn)行高精度的角度觀測,并測量其有關(guān)距離,然后用解析方法計算位移。近景攝影測量在高層建筑物的變形觀測中運用也比較廣泛。如在測量某一高度煙囪時,用非常簡便的攝測四點法確定煙囪的

8、傾斜分量,用矢量法確定煙囪的最大傾斜方向;為了檢測和提高精度,用經(jīng)緯儀定垂線,即在煙囪的頂部選一明顯點在保持水平角不變的情況下通過正、倒鏡取中數(shù)的方法在煙囪的下部確定某一標(biāo)志點的位置,并布設(shè)人工標(biāo)志。實踐證明,攝影測量的方法用于高層建筑物的變形研究是行之有效的。有些高層建筑物如電視塔變形觀測中,除一般觀測方法外還應(yīng)用了激光準(zhǔn)直系統(tǒng)等較先進(jìn)的儀器設(shè)備和方法9。5地下建筑物的變形觀測由于地下建筑物具有一定的特殊性,基坑開挖和內(nèi)襯施工及形成連續(xù)墻體之后,周圍巖土體均會發(fā)生形變,地下建筑物的觀測內(nèi)容較多。以上海人民廣場地下變電站原型觀測及黃埔電廠地下連續(xù)墻體觀測為例,就變形監(jiān)測而言,土體變形一般要觀測

9、:地面變形,包括沉陷位移;水平土體變位,包括傾斜和分層沉降。而墻體變形也要觀測沉陷、水平傾斜等位移量10。觀測上述變形其方法是采用J2型經(jīng)緯儀,用全圓測回法測量水平位移;用S2型水準(zhǔn)儀測量其沉降變化;用土體測斜管進(jìn)行分層沉降的觀測。采用微機自動檢測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變形自動監(jiān)測。變形資料的分析一般通過編繪過程曲線圖和位移量變幅度表,通過比較進(jìn)行定性分析,通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量的對比研究11-12。6滑坡體變形觀測滑坡是斜坡巖體在重力作用及其它因素的影響下,沿著一定的軟弱面整體滑動形成的一種地質(zhì)、地貌現(xiàn)象?；麦w變形的監(jiān)測方法,一般采用地面觀測網(wǎng)法,兼顧其它各種監(jiān)測方法,水平位移中還可使用視準(zhǔn)

10、線縱橫交叉觀測位移矢量法,用活動覘牌照準(zhǔn)讀數(shù)13。如云南會澤境內(nèi)蘇家坪滑坡體,變形監(jiān)測就是采用三角網(wǎng)配合視準(zhǔn)線法觀測水平位移,用S2型水準(zhǔn)儀按四等水準(zhǔn)精度觀測沉降位移,收到了較好的監(jiān)測效果。而天生橋水電站廠房邊坡滑坡體則采用布置測斜孔,應(yīng)用CX一01型測斜儀觀測對廠房邊坡滑動進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報,得到了滿意的結(jié)果。在著名的長江三峽新灘滑坡中,成功地運用立體監(jiān)測系統(tǒng),即表面與深部變形相結(jié)合,重點和一般相結(jié)合,局部和整體相結(jié)合把監(jiān)測網(wǎng)和豎井觀測結(jié)合起來,尤其是在深部變形觀測中,根據(jù)不同變形階段采用不同的儀器和方法觀測。如在緩慢蠕變階段,則主要采用基巖位錯計監(jiān)測;在等速蠕變階段,主要采用FTS120-1型

11、附壁位移計監(jiān)測;在加速蠕變階段,主要采用多點倒垂法即所謂多線倒垂法來監(jiān)測突變階段,以外部變形觀測為主進(jìn)行監(jiān)測。所謂多線倒垂法就是用一個可以活動的浮體在一定拉力下逐個使各垂線呈鉛直狀態(tài)下而觀測,然后通過計算各倒垂線與其基準(zhǔn)線之差來確定滑動量。新灘滑坡通過使用上述立體監(jiān)測系統(tǒng),對滑動區(qū)的宏觀和微觀變化進(jìn)行監(jiān)測,都得到了滿意的成果。滑坡體監(jiān)測的資料分析一般與大壩變形觀測數(shù)據(jù)處理方法類似。而大壩變形二維極限平衡方法、三維穩(wěn)定分析法則更多地運用到滑坡穩(wěn)定分析中來。速率面擬合法在沉降分析中也得到了廣泛應(yīng)用14。7結(jié)語對于不同的監(jiān)測工程,由于場區(qū)范圍不同、巖土介質(zhì)的復(fù)雜性和特殊性、工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點的不同,因

12、而工程監(jiān)測具有復(fù)雜性,監(jiān)測內(nèi)容相對較多和監(jiān)測周期較長等特點,是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此,實際上工程監(jiān)測不僅僅取決于監(jiān)測手段的高低和優(yōu)劣,還決定于監(jiān)測人員對監(jiān)測方法的了解程度和工況的掌握程度。在進(jìn)行有關(guān)工程監(jiān)測時,監(jiān)測人員應(yīng)對監(jiān)測方法有全面的了解,只有對工程中的設(shè)計圖紙和施工步驟進(jìn)行深入細(xì)致的研究和掌握,才能做出有針對性的監(jiān)測方案和合理的工作程序,從而為決策部門提供合理的參數(shù)依據(jù)。此外,自動化、智能化、高精度、高可靠性、實時、連續(xù)、遙控、遙測和網(wǎng)絡(luò)化等方法也將成為未來監(jiān)測技術(shù)的最終發(fā)展方向。參考文獻(xiàn):1張啟偉1大型橋梁健康監(jiān)測概念與監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計J.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報,2001,29(1:65-69.2

13、鄔曉光,徐祖恩.大型橋梁健康監(jiān)測動態(tài)及發(fā)展趨勢J.長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版,2003,23(1:39-42.3陳政清,黃王.大型橋梁健康監(jiān)測研究進(jìn)展J.中國鐵道科學(xué),2005,26(2:1-6.4陳文燕,朱林,王文韜.大壩安全監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J.電力環(huán)境保護(hù),2009,25(6:38-42.5王玉潔.混凝土面板堆石壩監(jiān)測設(shè)計綜述J.大壩與安全,2006(1:1-4.6曹文波,劉頂明,肖蘭.大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合評價方法研究初探J.水利與建筑工程學(xué)報,2009,7(3:155-158. 7李永盛.城市基坑施工監(jiān)控及其環(huán)境監(jiān)測J.建筑施工,1999,21(1:35-37.8李宏男,李東升.土木工

14、程結(jié)構(gòu)安全性評估、健康監(jiān)測及診斷評述J.地震工程與工程振動,2002,22(3:82-89.9孫鴻敏,李宏男.土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究進(jìn)展J.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,2003,22(3:92-98.(下轉(zhuǎn)第72頁316排水與監(jiān)測排水:抓緊實施鐵路路基兩側(cè)排水溝的施工,對已產(chǎn)生裂縫的排水溝進(jìn)行修補,坡面較大的裂縫用黏土封閉,已削好的坡面用塑料布覆蓋,防止雨水滲入滑坡體。在高程1810m距開挖坡頂邊線約8m處、高程約1410 m的平臺處以及高程約316m的平臺處各打1排排水井,用泵抽水以降低地下水位,井底高程為-210m,間距6m。施工時根據(jù)實際情況布置先后順序,并確定是否加密和增加橫向排水孔。排水孔呈

15、梅花形布置,為了便于地下水位線觀測,布孔時選擇至少3個斷面的排水孔在一條直線上。監(jiān)測:在原布置的監(jiān)測點的基礎(chǔ)上,委托上海巖土工程勘察設(shè)計研究院浙江分院在坡面打深孔監(jiān)測。共布置4個孔。從監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,經(jīng)第三階段卸荷及采取相關(guān)措施后,裂縫位移速率逐漸減緩,滑動體趨于穩(wěn)定。4混凝土重力壩施工為放緩右岸開挖邊坡,將混凝土重力壩軸線向左岸移4 m,基坑分段采用重型挖土機開挖,縮短右岸邊坡臨空面外露時間,開挖結(jié)束立即澆筑混凝土。2009年1月3日混凝土重力壩開始澆筑,至4月混凝土重力壩澆至6m高程,邊坡塌方隱患消除,確保了2009年工程度汛安全與截流目標(biāo)順利實現(xiàn)。5經(jīng)驗與建議(1對土質(zhì)高邊坡,特別遇地質(zhì)條

16、件復(fù)雜,勘測工作要到位,要摸清地質(zhì)情況;設(shè)計應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件精心設(shè)計。(2施工單位必須按設(shè)計和施工規(guī)范要求,編制開挖方案及專項安全施工保證措施。(3嚴(yán)禁在邊坡頂部堆土加荷,并做好排水。(4設(shè)立專職安全員,例行日常檢查,真正做到“有事報情況,無事報平安”。(5發(fā)現(xiàn)隱患后,應(yīng)及時分析原因,迅速果斷采取處理措施,避免隱患進(jìn)一步擴(kuò)大造成嚴(yán)重后果。(6對本工程而言,采取削坡卸載、做好排水、適當(dāng)壓腳、基坑分段并快速開挖、及時澆筑混凝土和墻后及時回填等工程措施極其有效,既節(jié)省了投資,又保證了工程按期建成受益,是多快好省的處理方案。(責(zé)任編輯姚小槐(上接第62頁性為主和以供水發(fā)電等經(jīng)營性為主2類。經(jīng)營性為主的引

17、調(diào)水工程,可以充分發(fā)揮市場配置的作用,在法律框架下,輔以市場化的管理機制。412界定跨流域引水工程的投資主體跨流域引水工程的投資主體一般是政府或者企業(yè),或者二者兼而有之。界定跨流域引水工程的投資主體,有利于分清政府和市場在跨流域引水工程運行管理過程中所起的作用。如近幾年邊境地區(qū)出現(xiàn)不少跨流域引水發(fā)電或者跨流域引水引發(fā)的水事糾紛,最終的解決是財政解決公益性的防洪效益,通過相應(yīng)的補償機制,或者進(jìn)行股份制經(jīng)營等機制來解決。413必須要有合理的水價機制作為補充水價直接影響到消費者的消費行為,引導(dǎo)水資源的重新配置,因此是促進(jìn)供水工程良性運行的重要基礎(chǔ),是規(guī)劃水量水質(zhì)目標(biāo)實現(xiàn)的重要前提,對跨流域引水工程建成后的運營,保障工程發(fā)揮千秋效益至關(guān)重要?？缌饔颉⒖缧姓^(qū)域引水工程管理體制方案研究是復(fù)雜的課題,盡管理論界提出各種管理模式,但實踐過程中會遇到層出不窮的具體問題,必須因工程性質(zhì),因投資主體而異