土木工程变形监测能源研究分析

摘要: 变形监测是工程施工、安全运行的保证, 通过监测进行设计验证, 可以达到优化设计的效果, 同时也为工程变形预测预报提供依据。根据我国目前已有监测方法, 分析了桥梁、大坝、高层建筑物、地下建筑物、滑坡体等变形监测的研究现状, 并对今后有待于进一步开展的工作做了展望。

关键词: 土木工程; 变形监测; 监测方法

1问题的提出

随着科学技术和经济社会的日益发展, 各类大型桥梁、水工建筑物、地下建 ( 构) 筑物、高层建筑物等将越来越多, 各类建筑物的安全运营就显得十分重要。为了检查各类工程建筑物及其地质构造的稳定性, 工程监测必不可少。而监测的目的主要是为了获得变形体的变形数据用以研究变形体的空间状态与时间特性, 并对这些变形的原因做出科学的合理解释。根据各类建筑物的特点, 变形监测与其它测量工作相比较, 其精度要求较高, 而且是有一定频率的重复观测, 故监测的方法是值得探讨的。本文将对国内近几年来工程监测的方法及其相关问题作综合性的阐述。

2桥梁变形观测

桥梁在其使用和运营阶段会发生各种程度不同的变形,目前所采用的监测方法一般是常规地面测量方法。因桥梁的使用与结构特殊性, 以及受外界环境的影响和限制, 它与其它建筑物变形观测的手段略有差别。如广州市东风西路口处增涉河上的大跨径桁架拱桥, 其观测方法为先进行桥面纵坡测量, 以此检查桥面是否下垂和凸起或有无裂缝,再进行河床断面测量以检查桥墩下是否存在冲刷现象。水平位移的测量是运用在标准状态下检定的钢尺, 往返丈量西孔桥墩、中孔桥墩、台帽间的净距, 将往返丈量的长度进行温度修正、尺长修正、高差修正、垂度修正, 然后与竣工时各相应净高比较而得到相对位移量。而挠度观测是在中孔桁架拱肋上布设测点, 在桥面的相应位置处安置固定的观测点, 借用 39.7 t 重吊车作为挠度观测的加载车。对桥梁跨中的偏载和中载 2个不利的位置用Ni002型精密水准仪进行观测。

为了保障观测精度, 有些桥梁采取了一些特别措施。如武汉长江大桥其桥墩观测点是采用强制归心手段, 使用不同规格的球嵌与观测墩连接, 然后将微型水准尺直接插人归心孔内, 以此达到水平、垂直位移共墩。由于该桥跨度大, 各墩高程传递原则上按过河等水准测量进行。由于工作量太大, 实际作业时采用长视线跨墩水准测量来完成, 保持前后视距相等, 每站 4 测回。而其水平位移观测包括两部分即沿河流上、下游方向横向位移和沿轴线方向的纵向位移。

横向位移的观测方法是在相邻桥墩短视线通视条件好的情况下采用T3 经纬仪配合活动觇牌来完成观测, 因活动觇牌法适用面较窄, 一般用微角法进行监测。为减弱因长短边而引起调焦误差, 观测中采用单角法或单方向法。实测时以短边定向, 这样使长边方向上在度盘变换时不需调焦。纵向位移观测采用特制钢线尺和高精度的测距仪来完成。桥梁变形观测的数据处理, 与其它变形观测的数据处理方法基本相同。

4高层建筑物的变形观测

高层建筑物变形主要分倾斜、弯曲、扭转等, 引起变形的原因有太阳辐射、风荷载、交通通行产生的振动、地震等。由于高层建筑物的特殊结构, 采用的观测方法因高层建筑物的特性而定。如高楼大厦的变形观测, 一般采用三角测量或其它专用仪器设备。就某特定位置的高塔而言, 在顾及弯曲和扭转的影响下对其倾斜进行研究一般用图解解析法, 即沿高塔东、西墙的基准线在相互垂直的方向上安置经纬仪, 对测点进行高精度的角度观测, 并测量其有关距离, 然后用解析方法计算位移。近景摄影测量在高层建筑物的变形观测中运用也比较广泛。如在测量某一高度烟囱时, 用非常简便的摄测四点法确定烟囱的倾斜分量, 用矢量法确定烟囱的最大倾斜方向; 为了检测和提高精度, 用经纬仪定垂线, 即在烟囱的顶部选一明显点在保持水平角不变的情况下通过正、倒镜取中数的方法在烟囱的下部确定某一标志点的位置, 并布设人工标志。实践证明, 摄影测量的方法用于高层建筑物的变形研究是行之有效的。有些高层建筑物如电视塔变形观测中, 除一般观测方法外还应用了激光准直系统等较先进的仪器设备和方法。

5地下建筑物的变形观测

由于地下建筑物具有一定的特殊性, 基坑开挖和内衬施工及形成连续墙体之后, 周围岩土体均会发生形变, 地下建筑物的观测内容较多。以上海人民广场地下变电站原型观测及黄埔电厂地下连续墙体观测为例, 就变形监测而言, 土体变形一般要观测: # 地面变形, 包括沉陷位移; 水平土体变位, 包括倾斜和分层沉降。而墙体变形也要观测沉陷、水平倾斜等位移量。

观测上述变形其方法是采用 J2 型经纬仪, 用全圆测回法测量水平位移; 用 S2 型水准仪测量其沉降变化; 用土体测斜管进行分层沉降的观测。采用微机自动检测系统进行数据采集、变形自动监测。变形资料的分析一般通过编绘过程曲线图和位移量变幅度表, 通过比较进行定性分析,通过建立数学模型进行定量的对比研究。

6滑坡体变形观测

滑坡是斜坡岩体在重力作用及其它因素的影响下, 沿着一定的软弱面整体滑动形成的一种地质、地貌现象。滑坡体变形的监测方法, 一般采用地面观测网法, 兼顾其它各种监测方法, 水平位移中还可使用视准线纵横交叉观测位移矢量法, 用活动觇牌照准读数。

结语

对于不同的监测工程, 由于场区范围不同、岩土介质的复杂性和特殊性、工程结构构造特点的不同, 因而工程监测具有复杂性, 监测内容相对较多和监测周期较长等特点, 是一个复杂的系统工程。因此, 实际上工程监测不仅仅取决于监测手段的高低和优劣, 还决定于监测人员对监测方法的了解程度和工况的掌握程度。在进行有关工程监测时, 监测人员应对监测方法有全面的了解, 只有对工程中的设计图纸和施工步骤进行深入细致的研究和掌握, 才能做出有针对性的监测方案和合理的工作程序, 从而为决策部门提供合理的参数依据。此外, 自动化、智能化、高精度、高可靠性、实时、连续、遥控、遥测和网络化等方法也将成为未来监测技术的最终发展方向。