測繪技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

測繪技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用摘要隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的不斷發(fā)展，各種變形監(jiān)測的手段的進步，也慢慢形成了完整的監(jiān)測體系。以RTK、三維激光以及各種遙感無人機為代表的高新科技測量技術(shù)，漸漸地取代一些傳統(tǒng)測量手段。一些較早出現(xiàn)的觀測監(jiān)測技術(shù)（例如測斜儀、分層沉降儀、光纖傳感器等）為了能夠追趕上時代，也逐漸往數(shù)字化、電子化的方向轉(zhuǎn)變。本篇以牛欄頭山村房屋宅基地建設(shè)工程沉降觀測為工程案例，講解沉降項目概況、作業(yè)前的準備、儀器的使用等方面，了解作業(yè)步驟和觀測要求，計算并整理工程數(shù)據(jù)，分析工程數(shù)據(jù)并得出折線圖、累計沉降量統(tǒng)計表等內(nèi)業(yè)分析成果。最后再該次工程進行總結(jié)，分析沉降的原因、各種技術(shù)上的問題，并從牛欄頭山村房屋宅基地建設(shè)工程沉降觀測中得出變形監(jiān)測的一些優(yōu)勢以及對工程的幫助。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代科學技術(shù)變形監(jiān)測沉降觀測數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)分析

目錄TOC\o"1-3"\h\u3146引言 VI引言隨著軍用與民用工業(yè)建筑技術(shù)的發(fā)展，各種大型且復雜的工程建筑物與日俱增，如春筍般不斷興起，一片片鋼鐵森林改變了大地原有的面貌同時，也對位于地面建筑物底下的地基帶來了沉重的壓力，這樣就會引起地基及周圍地面的擠壓形變。為保證建筑物能夠正常使用的壽命和建筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯?，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測等均要進行沉降觀測。特別在高層建筑物施工過程中，應(yīng)用沉降觀測加強過程監(jiān)控，指導合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時反饋信息，為勘察設(shè)計施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟損失。

第1章沉降觀測1.1沉降監(jiān)測介紹1.1.1概況沉降觀測是一種通過測量安置在建筑物上的觀測點和水準點的高程來確定被測物地面沉降情況的工作，一般采用水準測量的方法。在各種工程施工的過程中往往都伴隨著沉降觀測，一直持續(xù)到工程結(jié)束。1.1.2沉降監(jiān)測目的隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，原本空蕩的地面上也興起了一座又一座高樓大廈，農(nóng)村變成鋼鐵叢林，黃海上橫臥的青島膠州灣大橋，長江上豎立的三峽大壩，各種龐大而雄偉的工程日益增多，但隨之而來的也是許多的問題。工程建筑物的興建，為地面帶來了沉重的壓力，這就必然會引起地面的沉降以及地基巖層的各種形變。為了守護人們辛苦的成果以及保護人民的生命健康和財產(chǎn)安全，延長地面建筑物的使用壽命和維持建筑物的穩(wěn)定性是必須的，建筑物沉降觀測應(yīng)運而生。減小因地面沉降而造成的破壞和影響，沉降觀測應(yīng)通過測量安置在建筑物上的觀測點和水準點的高程來確定被測物地面沉降情況，沉降觀測需要按照施工的規(guī)范要求和具體的工程進度進行觀測和記錄，直至竣工。1.2地面沉降1.2.1地面沉降介紹地面沉降觀測是一種通過對安置在地面的觀測點與水準點進行持續(xù)觀測從而確定地面沉降情況的工作。不管是自然因素還是人為因素都能引起地面沉降，劇烈的地面下沉會對人們的生產(chǎn)生活造成嚴重的影響。重要地區(qū)地面的持續(xù)下沉甚至會危害人民生命安全，阻礙地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)和發(fā)展?？偠灾?，地面沉降作為一種主要類型地質(zhì)災(zāi)害，需要被監(jiān)測并防范，減少造成的危害。1.2.2地面沉降原因（1）自然因素地殼運動?？偹苤捎诘厍騼?nèi)部各種壓力的影響，使得地殼運動、板塊漂移。由此導致地面起伏，造成地面沉降，其中尤其嚴重區(qū)域大都分布在板塊交接處的地震帶上。風蝕沉積、氣候變遷、風蝕沉積等原因雖然也會造成的地面的沉降，但往往時間跨度比較大，在短時間內(nèi)的影響較小。像黃土高原的水土流失，是經(jīng)過常年累積才形成如今這樣的情況的。（2）人為因素相比起自然原因，因為人類活動而引起的地面沉降就比較廣泛一些了，也是相對容易防治的。過度的地下水資源的開采。我們現(xiàn)今的土地下面，都有地下水資源。這些地下水是由雨水或者河流滲透進入地下，而存留在地下巖層中，與巖層土壤一起支撐其地面上的一切。而我們開采地下水就相當于從一個完整的建筑物里抽取支撐，也許拿取一小部分沒有什么影響，但若大量地抽取其中的支撐結(jié)構(gòu)，大廈就會倒塌。地下水的缺失導致地下巖層出現(xiàn)了一些空洞，使得巖層的抗壓能力進一步下降，外加上地面上人類造物產(chǎn)生的壓力，地面就會逐漸下沉，甚至是坍塌。1.3地面沉降危害及監(jiān)測方法1.3.1地面沉降的危害地面地質(zhì)沉降率很少超過1cm/year，但是人為沉降可達50cm/year，甚至可能更多。地面沉降的危害很大，不僅會影響工程建設(shè)進度，還嚴重危害人民群眾生命財產(chǎn)安全。其中包括：一、地面下沉使得地表形成土坑，地下蓄水能力下降，進而使得土壤防洪泄洪更加困難，沿海地區(qū)對臺風、暴雨的抵抗能力更差，嚴重點會出現(xiàn)海水倒灌；二、城市管網(wǎng)遭到破壞；三、鐵路安全受到威脅；四、地下水位的下降會引發(fā)一系列環(huán)境問題；五、地面下沉使得河床下沉，進而導致河道排洪效率衰減，阻礙引水工程進行，甚至影響航運海運；六、地面高程資料大范圍失效；七、地表頻繁出現(xiàn)裂縫等嚴重危害人們生命財產(chǎn)安全的問題。因此，我們需要通過沉降監(jiān)測來應(yīng)對地面沉降，減少因其引發(fā)的諸多危害而帶來的損失，保護人民群眾生命財產(chǎn)安全。1.3.2地面沉降監(jiān)測方法地面沉降的測量與監(jiān)測方法最常用的有三種。最先出現(xiàn)的是用水準測量的方法測量地面沉降，顯著的一個案例是意大利IGM曾用水準測量的方法對Ravenna自治區(qū)地區(qū)的地面沉降觀測，并且利用地理信息系統(tǒng)將工作人員水準測量得到的沉降觀測數(shù)據(jù)進行處理。現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，不僅極大的提升水準測量的精度，還出現(xiàn)了一系列高精度儀器（如DS3型水準儀、南方NTS系列智能型全站儀、ET-O2型電子經(jīng)緯儀等等）。即便如此，傳統(tǒng)的測量手段終究有著工作量大、需要人員多等諸多的限制。自從水準測量后，又有使用GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）來進行測量的方法。威尼斯北部曾經(jīng)開展過一個名為VENEZIA的測量計劃，在其中就使用了DGPS（差分全球定位系統(tǒng)）技術(shù)并且大放光彩。DGPS方法比起傳統(tǒng)水準測量高估了位移的實際值，其偏差約為2～6毫米/年。目前，被探討的一種嶄新的監(jiān)測技術(shù)——InSAR技術(shù)已經(jīng)問世了，它不僅被研究和應(yīng)用，甚至開發(fā)出了以InSAR為根基的其他技術(shù)，比如差分干涉測量、永久散射體合成孔徑雷達干涉測量等。相比起前面的兩種監(jiān)測方法，InSAR系列的技術(shù)精度更高、測量區(qū)域更大、數(shù)據(jù)處理更完善。

第2章牛欄頭村的沉降觀測2.1工程概況2.1.1項目簡介本工程沉降觀測在金鄉(xiāng)鎮(zhèn)石坪鄉(xiāng)牛欄頭山村進行，分別觀測五個個階段。沉降觀測由專人負責，采用精密水準儀。沉降觀測點的具體位置如4-1牛欄頭山村某一區(qū)域示意圖。該處因為住宅翻修而施工建設(shè)，為確保該牛欄頭山村房屋宅基地建設(shè)工程項目的正常施工和安全，該工程甲方委托鎮(zhèn)上工程隊對其三棟房屋宅基地建筑周圍進行沉降觀測。本次沉降觀測將記錄施工場所的沉降狀況和高程變化，用以對牛欄頭山村房屋宅基地建設(shè)工程建設(shè)的安全預(yù)警。2.1.2工程準備觀測儀器：水準儀觀測方法：二等水準基準點觀測下表為測量設(shè)備、方法上的準備表2-1觀測設(shè)備觀測設(shè)備水準儀、水準尺觀測方法二等水準測量觀測記錄順序后、前、前、后和前、后、后、前下表為兩種水準路線的對應(yīng)的要求表2-2觀測要求測量路線觀測要求數(shù)據(jù)要求閉合水準路線測量可以只觀測一次使用兩次觀測高差中數(shù)，再平差附和水準路線測量需要往返測量進行水準控制點的觀測，采用閉合水準路線測量時可以只觀測一次，同一點測兩次。采用附和水準路線時，則需要往返測量。使用兩次觀測高差中數(shù)，再平差。為了減小儀器或尺墊升降引起的誤差的影響，各站觀測時采用后、前、前、后和前、后、后、前的觀測方法記錄數(shù)據(jù)。表2-3數(shù)據(jù)記錄表要求范圍前后視距≤50m≤2m前后視距累積差≤3m視線高度≥0.2m為了減小儀器i角誤差及大氣折光引起的誤差的影響，各測站觀測的前后視距不超50米，前后視距差應(yīng)小于兩米，前后視距累積差小三米，視線高度大于0.2米。為了減小誤差并保證測量數(shù)據(jù)的精度，每次測站必須嚴格檢核讀出數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)符合要求，才可轉(zhuǎn)移下一站觀測。每次觀測必須遵守“五定”原則使用同一條路線、使用固定測量設(shè)備、相同的觀測人員，非特殊情況不要輕易改變，并且在外部條件不變和天氣無影響的情況下觀測。2.1.3儀器使用在領(lǐng)取儀器及相關(guān)設(shè)備之后，檢查設(shè)備是否能正常使用，是否出現(xiàn)損壞，設(shè)備是否齊全，若出現(xiàn)問題須及時反饋給上級部門。架設(shè)儀器時，先架設(shè)三腳架，盡量將腳架架設(shè)平整一些，三腳架結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定以防摔壞儀器，并將水準儀放在三腳架上擰緊螺絲。再調(diào)節(jié)腳螺旋進行調(diào)平操作，直至水準氣泡到達中心圈居中，即水準儀整平完成。整平完成之后，轉(zhuǎn)動水準儀至對準水準尺為止，繼而調(diào)焦。調(diào)焦時先調(diào)目鏡等十字絲清晰后調(diào)物鏡至成像清晰后，左右微調(diào)讓十字絲對準刻度讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。再把水準儀旋轉(zhuǎn)到對準第二個水準尺，同樣進行調(diào)焦、讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)的操作。進行計算得出高差。圖2-1牛欄頭山航拍圖2.2沉降監(jiān)測步驟2.2.1建立水準控制網(wǎng)根據(jù)施工要求、結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況編寫沉降觀測方案，利用水準控制點結(jié)合沉降方案進行水準控制網(wǎng)的布設(shè)。水準控制網(wǎng)的基本要求：（1）水準控制網(wǎng)的水準點不能少于3個，相鄰水準點之間的距離應(yīng)小于一百米。（2）在現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的任何位置安裝儀器后，應(yīng)至少看到2個基準點，現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的每個基準點應(yīng)構(gòu)成閉合校準的閉合路線。（3）水準點應(yīng)設(shè)立在監(jiān)測區(qū)域以外（建筑物沉降會影響到的區(qū)域、施工區(qū)域、土質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)域）。二級水準測量要求水準點的點位填埋深度不能小于1.5米。根據(jù)工程的實際現(xiàn)場情況，進行水準網(wǎng)的布設(shè)。2.2.2建立固定的觀測路線根據(jù)具體的工程沉降測量施測方案，依據(jù)工程布置特點和場地環(huán)境條件，確定沉降觀測點的位置。為了減小誤差，每次的測量最好沿著相同的路線進行，所以需要在各個點之間使用固定路線，測量時需要做好標記，在每個儀器站和拐點都設(shè)置木樁，以便需要時使用。2.2.3沉降觀測按照具體的工程沉降施工測量方案確定實際應(yīng)用的觀測周期，安裝固定觀測點后，實施第一階段的觀測。第一階段要穩(wěn)扎穩(wěn)打，在房屋的坐標系上按照相關(guān)規(guī)范安裝觀測點，等點位牢固后，再開展測量。為了方便之后各次觀測的數(shù)據(jù)比較，第一階段的測量工作相關(guān)精度比較嚴格，一般使用水準儀實施測量工作。建筑物每層都需要實施觀測，直到誤差為零，依據(jù)國家規(guī)范安置符合精度要求的永久觀測點，并在施工中進行定期的復測，直至竣工完成。表2-4沉降觀測級別角度中誤差（〞）平均邊長(m)邊長中誤差（mm）最弱邊邊長相對中誤差二等±1.5300±3.01：1000002.2.4計算并統(tǒng)計表匯總首先將觀測記錄檢查、整理、統(tǒng)計，平差，然后計算出相對的的高程值、沉降量。再把前面計算好的高程、沉降值等數(shù)據(jù)進行分類匯總，并將其制作成excel表格。根據(jù)制作出的excel表格，繪制統(tǒng)計圖，來反映牛欄頭村山上房屋及其周圍在2020年6月10日至2020年9月28日這段時間的沉降情況。具體的沉降數(shù)據(jù)、統(tǒng)計表格和折線圖放在本章2.4節(jié)。通過這些累計沉降量表和折線圖，分析房屋及其周圍大致的沉降情況，將相關(guān)的沉降資料真實反饋上級部門，以便安全施工。同時，為之后的工程規(guī)劃提供更好的選擇。2.2.5觀測中的注意事項要嚴格按照測量規(guī)范的要求測量；前視觀測和后視觀測最好觀測一個水準尺，以免不同水準尺之間的刻度差影響精度；測量時要保護好儀器盡量避免其暴露在太陽光下，且每次場景外因應(yīng)盡量不變，防止因外界因素造成較大誤差；最好在影像清晰且數(shù)值不再上下浮動時進行讀數(shù)記錄；觀測時，要隨時檢驗避免出錯，若出現(xiàn)錯誤馬上分析問題所在并重新測量；觀測時要緊湊，迅速不間斷地完成；將各次記錄的數(shù)據(jù)資料及時歸檔，交給上級部門；在大量降水之后要進行聯(lián)測，防止水準點標高因為土地濕度變化發(fā)生變動影響整體測量結(jié)果，必要時可停止施工；每次的測量最好沿著相同的路線進行。2.3沉降觀測要求2.3.1誤差要求下表為部分工程上的要求。表2-5誤差要求序號項目允許誤差（mm）1標高層高±10全高±302尺量測設(shè)<L總長/20003垂直度層高≤5m時8層高>5m時10全高H/1000且≤304軸線基礎(chǔ)15墻、柱、梁8剪力墻55電梯井井筒長、寬對定位中心線+250井筒長全高垂直度H/1000且≤306變形測量<±且變形量10-20，±17驗線結(jié)果與原放線結(jié)果差<1/2.3.2檢驗步驟以下為檢驗項目和檢驗標準的規(guī)范表。表2-6檢驗項目和檢驗標準的規(guī)范表序號檢驗項目檢驗標準1建筑物定位放線1.核查紅線圖2.核查規(guī)劃局放線報告3.軸線核查4.軸線樁（引樁）穩(wěn)固和保護措施5.簽證資料2永久水準建立點1.水準點建立的依據(jù)2.水準點準確性3.保護措施及簽證資料4.水準點建立位置3基礎(chǔ)測量1.測量方案審查2.軸線、標高控制點核查3.墻、柱插筋位置核查4.簽證資料4主題測量1.軸線、標高控制點核查2.尺量測設(shè)核查3.墻、柱、梁、板軸線、標高檢查4.測量記錄5.簽證資料5變形測量1.觀測點的埋設(shè)2.觀測點穩(wěn)固性和保護措施3.觀測方案4.觀測時間、次數(shù)5.簽證資料2.4工程數(shù)據(jù)2.4.1沉降數(shù)據(jù)以下為牛欄頭農(nóng)村宅基地2021年11月10日到2022年2月28日沉降觀測的觀測數(shù)據(jù)。表2-7觀測數(shù)據(jù)表測點日期2021年11月10日2021年12月16日初次高程高程本次下沉高程本次下沉累計下沉189.325989.32380.002189.32270.00110.0032289.626489.62580.000689.62340.00240.003388.419288.41720.00288.4170.00020.0022487.543387.54160.001787.5446-0.003-0.0013581.201181.19970.001481.19810.00160.003687.915487.91060.004887.91040.00020.005782.652482.6529-0.000582.65170.00120.0007881.231281.22260.008681.22160.0010.0096983.565483.56140.00483.56110.00030.00431089.365289.36510.000189.36480.00030.00041191.855691.85430.001391.84410.01020.01151290.392490.39170.000790.391700.00071379.653779.65340.000379.65320.00020.00051485.438985.43770.001285.43560.00210.00331586.030186.02990.000286.02870.00120.00141685.711685.71090.000785.71050.00040.0011表2-8觀測數(shù)據(jù)表測點2021年1月20日2022年2月28日高程本次下沉累計下沉高程本次下沉累計下沉189.32260.00010.003389.32240.00020.0035289.62330.00010.003189.6237-0.00040.0027388.41550.00150.003788.4162-0.00070.003487.5447-0.0001-0.001487.54390.0008-0.0006581.19770.00040.003481.1994-0.00170.0017687.90950.00090.005987.9141-0.00460.0013782.65130.00040.001182.6522-0.00090.0002881.22130.00030.009981.2233-0.0020.0079983.56090.00020.004583.56070.00020.00471089.36470.00010.000589.36440.00030.00081191.84390.00020.011791.84330.00060.01231290.39130.00040.001190.3910.00030.00141379.6530.00020.000779.6535-0.00050.00021485.4359-0.00030.00385.4363-0.00040.00261586.02860.00010.001586.029-0.00040.00111685.71010.00040.001585.7123-0.0022-0.00072.4.2折線圖以下為各個觀測點四次測量時下沉量的折線圖。以及部分點沉降狀況的解析。圖2-21號點折線圖圖2-32號點折線圖圖2-43號點折線圖圖2-54號點折線圖六號沉降點位于小型公寓東北方向上的角落里，在工程初期為了施工方便在其周圍安置了大量工程材料，故使得其位置下沉。圖2-65號點折線圖圖2-76號點折線圖六號沉降點位于小型公寓西北方向上的角落里，其累計沉降量呈現(xiàn)先升后降的趨勢。第四期工程時候，由于側(cè)面公寓工程結(jié)構(gòu)的重力的擠壓造成地面相對抬升，從而造成累計沉降量的改變。圖2-87號點折線圖圖2-98號點折線圖圖2-109號點折線圖圖2-1110號點折線圖圖2-1211號點折線圖11號點是所有點中累計沉降量最大的點，在第一期工程的時候，其高程從91.8556m變化到91.8543m，下沉了1.3mm，但在第二期工程的時候卻下沉了11.5mm。根據(jù)分析，推測是由于該點位置有水源，在施工現(xiàn)場為了用水方便，在11點附近建造了一個蓄水池。故其下沉可能是水池造成的。圖2-1312號點折線圖圖2-14沉降13號點折線圖十三號點相對于其他點來說，其累計沉降量都偏小。其主要原因是：該點處于穩(wěn)定的地面上面，旁邊的施工部分較少，故其收到的沉降影響小。圖2-15沉降14號點折線圖圖2-16沉降15號點折線圖圖2-17沉降16號點折線圖在這其中，累計沉降量最大的是11號點，所以11號點是下沉最嚴重的點。7號、13號觀測點下沉輕微，幾乎不計。2.4.3累計沉降量以下為各個觀測點在2021年11月10日到2022年2月28日的累計沉降量。表2-9累計沉降量表點號12345678累計沉降量（mm）2021年11月10日2.10.621.71.44.8-0.58.62021年12月16日3.232.2-1.3350.79.62022年1月20日3.33.13.7-1.43.45.91.19.92022年2月28日3.52.73-0.61.71.30.27.9表2-10累計沉降量表點號910111213141516累計沉降量（mm）2021年11月10日40.11.30.70.31.20.20.72021年12月16日4.30.411.50.70.53.31.41.12021年1月20日4.50.511.71.10.731.51.52021年2月28日4.70.812.31.40.22.61.1-0.72.4.4階段觀測總結(jié)表2-11觀測總結(jié)測量點數(shù)測量次數(shù)平均沉降量（mm）最大沉降量（mm）最小沉降量（mm）沉降差（mm）點號沉降