土木工程變形監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀分析

1、土木工程變形監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀分析邢君(無(wú)錫水文工程地質(zhì)勘察院,江蘇無(wú)錫214063摘要:變形監(jiān)測(cè)是工程施工、安全運(yùn)行的保證,通過(guò)監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證,可以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果,同時(shí)也為工程變形預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。根據(jù)我國(guó)目前已有監(jiān)測(cè)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(cè)的研究現(xiàn)狀,并對(duì)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(cè);監(jiān)測(cè)方法收稿日期:2010203205作者簡(jiǎn)介:邢君(1981-,女,助理工程師,大學(xué)本科,主要從事測(cè)繪工程工作。1問(wèn)題的提出隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(lái)越多,各類建筑物

2、的安全運(yùn)營(yíng)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(cè)必不可少。而監(jiān)測(cè)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(shí)間特性,并對(duì)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(diǎn),變形監(jiān)測(cè)與其它測(cè)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(cè),故監(jiān)測(cè)的方法是值得探討的。本文將對(duì)國(guó)內(nèi)近幾年來(lái)工程監(jiān)測(cè)的方法及其相關(guān)問(wèn)題作綜合性的闡述。2橋梁變形觀測(cè)橋梁在其使用和運(yùn)營(yíng)階段會(huì)發(fā)生各種程度不同的變形,目前所采用的監(jiān)測(cè)方法一般是常規(guī)地面測(cè)量方法。因橋梁的使用與結(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(cè)的手段略有差別。如廣州市東風(fēng)西

3、路口處增涉河上的大跨徑桁架拱橋,其觀測(cè)方法為先進(jìn)行橋面縱坡測(cè)量,以此檢查橋面是否下垂和凸起或有無(wú)裂縫,再進(jìn)行河床斷面測(cè)量以檢查橋墩下是否存在沖刷現(xiàn)象。水平位移的測(cè)量是運(yùn)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(tái)帽間的凈距,將往返丈量的長(zhǎng)度進(jìn)行溫度修正、尺長(zhǎng)修正、高差修正、垂度修正,然后與竣工時(shí)各相應(yīng)凈高比較而得到相對(duì)位移量。而撓度觀測(cè)是在中孔桁架拱肋上布設(shè)測(cè)點(diǎn),在橋面的相應(yīng)位置處安置固定的觀測(cè)點(diǎn),借用3917t 重吊車作為撓度觀測(cè)的加載車。對(duì)橋梁跨中的偏載和中載2個(gè)不利的位置用Ni002型精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)1。為了保障觀測(cè)精度,有些橋梁采取了一些特別措施。如武漢長(zhǎng)江大橋其橋墩觀測(cè)

4、點(diǎn)是采用強(qiáng)制歸心手段,使用不同規(guī)格的球嵌與觀測(cè)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(guò)河等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行。由于工作量太大,實(shí)際作業(yè)時(shí)采用長(zhǎng)視線跨墩水準(zhǔn)測(cè)量來(lái)完成,保持前后視距相等,每站4測(cè)回。而其水平位移觀測(cè)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(cè)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(dòng)覘牌來(lái)完成觀測(cè),因活動(dòng)覘牌法適用面較窄,一般用微角法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為減弱因長(zhǎng)短邊而引起調(diào)焦誤差,觀測(cè)中采用單角法或單方向法。實(shí)測(cè)時(shí)以短邊定向,這樣使長(zhǎng)邊方向上在度盤變換時(shí)不需調(diào)焦?？v向位移

5、觀測(cè)采用特制鋼線尺和高精度的測(cè)距儀來(lái)完成。橋梁變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理,與其它變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理方法基本相同3。3大壩變形觀測(cè)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(shí),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靜壓力引起心墻的斷裂等,根據(jù)這些特點(diǎn)其變形觀測(cè)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(cè)主要由“內(nèi)觀

6、”和“外觀”系統(tǒng)組成,而外部觀測(cè)則以常規(guī)的大地測(cè)量為主,以其它方法為輔,逐步向自動(dòng)化過(guò)渡6。大壩變形方式及主要監(jiān)測(cè)方法見表1。表1大壩變形方式及主要監(jiān)測(cè)方法表水平位移監(jiān)測(cè)方法垂直位移監(jiān)測(cè)方法傾斜位移監(jiān)測(cè)方法1.變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)(如三角量測(cè)2.導(dǎo)線測(cè)量3.交會(huì)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(cè)量法1.幾何水準(zhǔn)測(cè)量2.激光交會(huì)法 1.精密水準(zhǔn)法2.測(cè)斜儀觀測(cè)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.171September 20104高層建筑物的變形觀測(cè)高層建筑物變形主要分傾斜、彎曲、扭轉(zhuǎn)等,引起變

7、形的原因有太陽(yáng)輻射、風(fēng)荷載、交通通行產(chǎn)生的振動(dòng)、地震等7。由于高層建筑物的特殊結(jié)構(gòu),采用的觀測(cè)方法因高層建筑物的特性而定8。如高樓大廈的變形觀測(cè),一般采用三角測(cè)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(duì)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(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高精度的角度觀測(cè),并測(cè)量其有關(guān)距離,然后用解析方法計(jì)算位移。近景攝影測(cè)量在高層建筑物的變形觀測(cè)中運(yùn)用也比較廣泛。如在測(cè)量某一高度煙囪時(shí),用非常簡(jiǎn)便的攝測(cè)四點(diǎn)法確定煙囪的傾斜分量,用矢量法確定煙囪的最大傾斜方向;為了檢測(cè)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(diǎn)在

8、保持水平角不變的情況下通過(guò)正、倒鏡取中數(shù)的方法在煙囪的下部確定某一標(biāo)志點(diǎn)的位置,并布設(shè)人工標(biāo)志。實(shí)踐證明,攝影測(cè)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(cè)中,除一般觀測(cè)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(cè)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(huì)發(fā)生形變,地下建筑物的觀測(cè)內(nèi)容較多。以上海人民廣場(chǎng)地下變電站原型觀測(cè)及黃埔電廠地下連續(xù)墻體觀測(cè)為例,就變形監(jiān)測(cè)而言,土體變形一般要觀測(cè):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(cè)沉陷、水平傾斜等位移量10

9、。觀測(cè)上述變形其方法是采用J2型經(jīng)緯儀,用全圓測(cè)回法測(cè)量水平位移;用S2型水準(zhǔn)儀測(cè)量其沉降變化;用土體測(cè)斜管進(jìn)行分層沉降的觀測(cè)。采用微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)。變形資料的分析一般通過(guò)編繪過(guò)程曲線圖和位移量變幅度表,通過(guò)比較進(jìn)行定性分析,通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量的對(duì)比研究11-12。6滑坡體變形觀測(cè)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(dòng)形成的一種地質(zhì)、地貌現(xiàn)象?；麦w變形的監(jiān)測(cè)方法,一般采用地面觀測(cè)網(wǎng)法,兼顧其它各種監(jiān)測(cè)方法,水平位移中還可使用視準(zhǔn)線縱橫交叉觀測(cè)位移矢量法,用活動(dòng)覘牌照準(zhǔn)讀數(shù)13。如云南會(huì)澤境內(nèi)蘇家坪滑坡體,變形監(jiān)測(cè)就是采用三角網(wǎng)配合

10、視準(zhǔn)線法觀測(cè)水平位移,用S2型水準(zhǔn)儀按四等水準(zhǔn)精度觀測(cè)沉降位移,收到了較好的監(jiān)測(cè)效果。而天生橋水電站廠房邊坡滑坡體則采用布置測(cè)斜孔,應(yīng)用CX一01型測(cè)斜儀觀測(cè)對(duì)廠房邊坡滑動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào),得到了滿意的結(jié)果。在著名的長(zhǎng)江三峽新灘滑坡中,成功地運(yùn)用立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng),即表面與深部變形相結(jié)合,重點(diǎn)和一般相結(jié)合,局部和整體相結(jié)合把監(jiān)測(cè)網(wǎng)和豎井觀測(cè)結(jié)合起來(lái),尤其是在深部變形觀測(cè)中,根據(jù)不同變形階段采用不同的儀器和方法觀測(cè)。如在緩慢蠕變階段,則主要采用基巖位錯(cuò)計(jì)監(jiān)測(cè);在等速蠕變階段,主要采用FTS120-1型附壁位移計(jì)監(jiān)測(cè);在加速蠕變階段,主要采用多點(diǎn)倒垂法即所謂多線倒垂法來(lái)監(jiān)測(cè)突變階段,以外部變形觀測(cè)為主進(jìn)行

11、監(jiān)測(cè)。所謂多線倒垂法就是用一個(gè)可以活動(dòng)的浮體在一定拉力下逐個(gè)使各垂線呈鉛直狀態(tài)下而觀測(cè),然后通過(guò)計(jì)算各倒垂線與其基準(zhǔn)線之差來(lái)確定滑動(dòng)量。新灘滑坡通過(guò)使用上述立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)滑動(dòng)區(qū)的宏觀和微觀變化進(jìn)行監(jiān)測(cè),都得到了滿意的成果。滑坡體監(jiān)測(cè)的資料分析一般與大壩變形觀測(cè)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(yùn)用到滑坡穩(wěn)定分析中來(lái)。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(yǔ)對(duì)于不同的監(jiān)測(cè)工程,由于場(chǎng)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(diǎn)的不同,因而工程監(jiān)測(cè)具有復(fù)雜性,監(jiān)測(cè)內(nèi)容相對(duì)較多和監(jiān)測(cè)周期較長(zhǎng)等特點(diǎn),是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此,實(shí)際上工程監(jiān)測(cè)不

12、僅僅取決于監(jiān)測(cè)手段的高低和優(yōu)劣,還決定于監(jiān)測(cè)人員對(duì)監(jiān)測(cè)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(cè)時(shí),監(jiān)測(cè)人員應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)方法有全面的了解,只有對(duì)工程中的設(shè)計(jì)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(duì)性的監(jiān)測(cè)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(dòng)化、智能化、高精度、高可靠性、實(shí)時(shí)、連續(xù)、遙控、遙測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化等方法也將成為未來(lái)監(jiān)測(cè)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(cè)概念與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,29(1:65-69.2鄔曉光,徐祖恩.大型橋梁健康監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)J.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版,2003,23(1:39-4

13、2.3陳政清,黃王.大型橋梁健康監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展J.中國(guó)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(cè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)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(cè)設(shè)計(jì)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(cè)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法研究初探J.水利與建筑工程學(xué)報(bào),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(cè)J.建筑施工,1999,21(1:35-37.8李宏男,李東升.土木工程結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估、健康監(jiān)測(cè)及診斷評(píng)述J.地震工程與工程振動(dòng),2002,22(3:82-89.9孫鴻敏,李

14、宏男.土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展J.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2003,22(3:92-98.(下轉(zhuǎn)第72頁(yè)316排水與監(jiān)測(cè)排水:抓緊實(shí)施鐵路路基兩側(cè)排水溝的施工,對(duì)已產(chǎn)生裂縫的排水溝進(jìn)行修補(bǔ),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(tái)處以及高程約316m的平臺(tái)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(shí)根據(jù)實(shí)際情況布置先后順序,并確定是否加密和增加橫向排水孔。排水孔呈梅花形布置,為了便于地下水位線觀測(cè),布孔時(shí)選擇至少3個(gè)斷面的排水孔在一條直線上。監(jiān)測(cè):在原布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的

15、基礎(chǔ)上,委托上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院浙江分院在坡面打深孔監(jiān)測(cè)。共布置4個(gè)孔。從監(jiān)測(cè)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(dòng)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(jī)開挖,縮短右岸邊坡臨空面外露時(shí)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(shí)現(xiàn)。5經(jīng)驗(yàn)與建議(1對(duì)土質(zhì)高邊坡,特別遇地質(zhì)條件復(fù)雜,勘測(cè)工作要到位,要摸清地質(zhì)情況;設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件精心設(shè)計(jì)。(2施工單位必須按設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求

16、,編制開挖方案及專項(xiàng)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(bào)情況,無(wú)事報(bào)平安”。(5發(fā)現(xiàn)隱患后,應(yīng)及時(shí)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(duì)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(shí)澆筑混凝土和墻后及時(shí)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(yè)性為主和以供水發(fā)電等經(jīng)營(yíng)性為主2類。經(jīng)營(yíng)性為主的引調(diào)水工程,可以充分發(fā)揮市場(chǎng)配置的作用,在法律框架下,輔以市場(chǎng)化的管理機(jī)制。412界定跨流域引水工程的投資

17、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(chǎng)在跨流域引水工程運(yùn)行管理過(guò)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(cái)政解決公益性的防洪效益,通過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制,或者進(jìn)行股份制經(jīng)營(yíng)等機(jī)制來(lái)解決。413必須要有合理的水價(jià)機(jī)制作為補(bǔ)充水價(jià)直接影響到消費(fèi)者的消費(fèi)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(yùn)行的重要基礎(chǔ),是規(guī)劃水量水質(zhì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要前提,對(duì)跨流域引水工程建成后的運(yùn)營(yíng),保障工程發(fā)揮千秋效益至關(guān)重要?？缌饔?、跨行政區(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(shí)踐過(guò)程中會(huì)遇到層出不窮的具體問(wèn)題,必須因工程性質(zhì),因投資主體而異,且經(jīng)