有关GPS在基坑监测位移中的应用分析

时间:2022-09-23 11:32:09

有关GPS在基坑监测位移中的应用分析

【摘要】GPS全球定位技术以其优越、高效的特点在监测工作中得到了快速的发展,利用GPS监测基坑位移不但可以克服施工现场复杂的环境,还可以提供精准的观测数据,为预警分析起到有效、准确的作用。

【关键词】GPS技术;监测;基坑位移;预警分析

中图分类号:TV551文献标识码: A

随着社会和生产的快速发展,各种大型的工程建筑物越来越多,其基坑位移监测工作也越来越重要。但是若用传统的测量方法不仅工作量大,而且其精度也很难达到。GPS全球定位系统(Global Positioning System)技术是当今信息、社会发展最快的技术之一,GPS定位技术以其速度快,精度高,全天候,不受通视条件限制、费用省、操作简便可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数等特点,在基坑监测中显示出传统监测技术所无法取代的重要作用,特别是远程监测使得监测更加便、简单、高效。

1 GPS基坑位移监测系统简介

1.1 GPS系统的组成

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成,除此之外,测量用户当然还应有卫星接收设备。

空间卫星群GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成,并均匀分布在6个轨道面上,各平面之间交角为60°,轨道和地球赤道的倾角为55°,卫星的轨道运行周期为11小时58分,这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗G卫星发送出的信号。

GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站,主控站的作用是根据各监控站对GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去;同时还对卫星进行控制,向卫星指令,调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号,监测卫星工作状态。

GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成,其作用是接收GPS卫星发出的信号,利用信号进行导航定位等。

1.2 GPS的工作原理

GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在GPS监测中通常采用两类坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与地球体相固联的坐标系统,称地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换,来求出所使用的坐标系统的坐标。

1.3 GPS监测技术特点

相对于常规的监测方法来讲,GPS监测主要有以下特点:

(1)监测站之间无需通视。GPS这一特点,使得选点更加灵活方便。但监测站上空须要开阔,以使接收GPS卫星信号不受干扰。

(2)定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm,而红外仪标准精度为5mm+5ppm,GPS监测精度与红外仪相当,但随着距离的增长,GPS监测优越性愈加突出。

(3)观测时间短。观测时间采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30~40min左右,采用快速静态定位方法,观测时间更短。

(5)操作简便。GPS监测量的自动化程度很高,目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化,观测人员只需将天线对中、整平,量取天线高打开电源即可进行自动观测,利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。

(6)全天候作业。GPS观测可在任何地点,任何时间连续地进行,一般不受天气状况的影响。

2 基坑位移监测的重要性

随着城市建设的快速发展,向空中谋发展、向地下求空间己成了建筑设计追求经济效益和社会效益的有效手段,由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性,对在施工过程中引发的土体形状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测便成了工程建设必不可少的重要环节。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目,往往很难从以往的经验中得到借鉴,也难以从理论上找到定量分析、预测的方法,这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。

①验证支护结构设计,指导基坑开挖和支护结构的施工,为今后降低工程成本指标提供设计依据;

②及时了解施工环境,保证基坑支护和相邻建筑物的安全。

③总结工程经验,为完善设计分析提供依据。

在基坑施工过程中,确保工程安全、基坑稳定尤为重要,施工和位移监测同步进行,工程监测确保了安个施工。通过对监测资料的研究和分析,不仅可以了解结构在施工过程中的外荷载和内力及变形特征,而且可以认识施工各阶段结构荷载的分布和传递过程,同时还可以了解基坑周围土体的沉降及深层土体的运动规律,对整个基坑工程具有重要的指导作用。

3 基坑位移GPS监测中监测点布置

3.1 基准点布设观测点

在施工区域使用深埋钢管作为水准基点的方法,布设四个基准点。同时,建立起一个强制监测墩,为了保障该监测墩能够长久发挥重要,使用混凝土浇筑起监测墩,应将基准点设置在变形以外的区域,而且该位置的稳定性要得到保障,方便日后进行复测。

3.2 GPS基坑位移监测基准点布设工作内容

等级为一级的基坑工程,在测试时也应该使用一级基坑测试方法进行测试。在测试中时常会考虑到诸多因素,而且还需要考虑支护设计要求以及监测目的。

第一,对地表设置行沉降观测点。相关的设计要求每个基坑周边,在相距40m的地方,应该布置一条清晰的监测线,该监测线被称为地表沉降监测线。这条线段上,要根据施工要求,应该布置2个到5个监测点。

第二,埋设位移监测点。观测点的布置应该基于垂直位移同水平位移之上,尤其要注意的是每个中部位置和端点部位,需要设置监测点,之间的距离不能超过20米。

第三,深层水平位移监测。这个设置应该将其埋设在基坑坡的顶部,在其顶部埋设入测斜管。需要注意的是土钉内力监测埋设点,该埋设位置有要求,应该是在平面小于50m的位置上埋设入测斜管。设地点应该定位于土钉主筋正中央,埋设之后也能够准确的观测到土钉受力情况。还对对周边建筑物进行检测,在施工中要根据工程情况进行设置,在不考虑影响因素的情况下,应该提升设置需求,设定好观测点进行观测。

4 基坑位移GPS监测数据的处理及信息反馈

4.1 监测数据的分级管理

监测后对各种监测数据应及时进行整理分析,判断其稳定性并及时反馈到施工中去指导施工。对监测进行分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级管理:在现场监测时间,可根据监测结果所处的管理阶段来选择监测频率:一般Ⅲ级管理阶段监测频率可放宽些;Ⅱ级管理阶段则应注意加密监测次数;Ⅰ级管理阶段则应加强监测,通常监测频率为1次/天或更多。

4.2 监测数据的分析和预测

取得监测数据后,要及时进行整理,绘制位移随时间或空间的变化曲线图。取得足够的数据后,还应根据散点图的数据分布状况,选择合适的函数,对监测结果进行回归分析,以预测该测点可能出现的最终位移值,预测结构和建筑物的安全性,据此确定施工方法。

4.3 监测数据的反馈

信息化施工要求以监测结果评价施工方法,确定工程技术措施。因此,对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率等综合判断结构和建筑物的安全状况。

为确保监测结果的质量,加快信息反馈速度,全部监测数据均由计算机管理,并绘制测点位移变化曲线图,每次监测后及时提交基坑监测简报。当整个观测工作结束后,向业主提供正式的总的监测报告。

5 GPS 技术在基坑位移监测中的应用趋势

基于GPS 技术的建筑基坑位移监测系统,构建集GPS、摄影、INSAR 等技术于一体的综合基坑位移监测体系,通过数据处理、管理、查询、可视化等诸多模块的构建,可有效克服GPS 技术在建筑基坑位移监测应用中的局限性,准确、全面掌握建筑沉降、地下水位、基坑支护结构位移、支撑轴力等信息。

实现建筑基坑位移监测数据的可视化,主要基于GPS技术,融合三维可视化先进技术,以建筑所在地的地质、沿线地形、周边建筑等信息资料为依据,构建三维地质建筑和地质模型,由此可以直观形象的看到受控建筑、时序曲线、监测数据,对基坑开发过程进行动态模拟,以及实时查看基坑变形数据和变形分布,用于科学、安全施工,以免引发不必要的损失和事故。

以GPS、RS、GIS 三大技术相互融合、相互集成为基础构建实时在线分析系统,为建筑基坑位移监测带来了便利。通过该系统,可实现对变形监测数据的及时、自动的分析、处理和评价,利于快速掌握基坑变形现状,并作出切实有效的应对措施。

6结论

通过以上对GPS在基坑位移监测应用中的分析可以看出,GPS监测技术在工程施工监测中有其独特的优越性和适应性,大大提高监测的可靠性和作业效率,降低作业强度,为提高工程质量提供了有利的保障,具有明显的经济和社会效益。

参考文献

[1] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].修订版.武汉:武汉大学出版社,2000.

[2] 李雷.GPS 定位技术在工程测量中的应用[J].金属矿山,2003,(8):31-32.

[3] 陶家科.GPS 定位技术在工程测量中的应用[J].科学之友,2010:16-17.

[4] 赵崇广.GPS 定位技术在勘界测绘中的应用[J].福建地质,2001(1):57-60.

[5] 肖祥明.GPS 定位技术在桥梁施工测量中的应用[J].山西建筑,2007,33(29):359-360.

上一篇:预应力混凝土管桩在侵蚀环境中的防腐 下一篇:宜兴横山水库溢洪闸改造设计