建筑水平位移监测方法研究

建筑水平位移监测方法研究

摘要:利用CORS系统进行变形监测可有效的降低工程费用,缩短工期,提高数据质量。本文以CORS系统在天津某建筑水平位移监测中的应用为研究对象,分析了CORS系统法与前方交会法在建筑水平位移监测中施测方案,证明了CORS系统法满足建筑物水平位移监测的需求,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:CORS 水平位移监测前方交会精度

近年来在局域差分GPS基础上发展起来的CORS系统,应用了许多现代科技成果,VRS和主辅站技术就是其中主要技术之一。CORS 系统是现代测量技术的标志,具有全天候、全自动、实时导航定位功能。可满足覆盖区域内各种地面、空中和水上交通工具的导航、调度、自动识别和安全监控等功能,还可以服务于高精度中短期天气状况的数值预报、变形监测、科学研究等。

CORS技术在城市规划、国土管理、城乡建设和基础测绘方面已经得到了广泛应用,建筑物变形监测中也越来越需要这种自动化程度高、精度高的技术。利用CORS系统进行变形监测可有效的降低工程费用,缩短工期,提高数据质量。但由于应用CORS系统进行变形监测有别于常规的监测技术,它本身的数据以及变形监测数据都需要进行有效的处理,才能满足变形监测的需要。下面结合具体的工程案例探

讨该技术在建筑物变形监测中的应用思路。

监测主体是一栋综合商住搂,占地面积为1000m2,高11层,高度37m,建筑物重要性等级为二级,抗震设防烈度为4°,场地等级二级。该建筑物为框架－剪力墙结构,基础采用人工挖孔灌注桩,桩基嵌入中风化长石石英砂者(抗压强度标准值7.65MPa),地质层理为填土—粘性土—粉质粘土—强风化长石石英砂岩—中风化长石石英砂岩。为了考察应用CORS系统监测该大楼水平变形情况,在大楼顶层的框架结构梁柱上安装固定GPS基座,进行GPS变形监测,通过与常规的前方交会法进行比较,证明了CORS系统法可以满足建筑物水平位移监测的需求。

1 CORS系统法监测水平位移

根据实验分析结果,在满足变形监测要求的前提下,采用离变形监测点较近的三个参考站作为变形基准网,三个参考站为JZOl、JZ02、JZ03,变形监测点在三个参考站组成的三角形内。网图见图1。

由于各参考站都是24小时采集数据,因此截取每天所需时间段的观测数据行解算,分析每天解算结果的异同,连续几天的变化趋势。

2007年9月2日至4日开展外业数据采集,采用l台Trimble5800双频GPS接收机,仪器标称精度为5mm+lppm,共观测3天,每天观测的

时间段为9:00～21:00,观测时的参数设置如下:接收机作业模式为静态观测,测量等级为B级,卫星高度截止角为10°,有效卫星数大于6颗,采样间隔30秒。整个外业观测过程无异常,未重测或补测,采集的GPS 数据为dat格式,用TG01.62的ConverttoRINEX功能转换为标准RINEX格式。

进行数据处理时,首先使用TEQC软件对每天观测数据进行预处理,查看所有观测卫星的多路径效应和信噪比图,剔除一些多路径效应、信噪比影响较大的卫星,为GAMIT准备相对较好的数据。通过对每一个观测数据的分析可知,各接收机接收GPS信号质量比较好,符合本设计的要求。本例选用3个CORS参考站的数据,采样率为30秒,截取12小时的观测数据,结合精密星历并利用GAMIT软件进行高精度解算。解算结果见表1。

利用GLOBK软件与三个参考站已知坐标对监测点LQ进行约束平差,然后进行坐标转换,得到监测点平差坐标。各点坐标及其位移量如表2所示。表中dx为模拟监测点X方向位移量,dy为点位Y方向位移量,取LQ点几天的算术平均值为真值,△dx、△dy点位X,Y方向位移量与真值的较差,即外符合精度(将参考值作为真值来计算观测值的中误差),可以理解为真误差,即,dx,dy为位移量,△dx、△dy为真误差。

2 前方交会法监测水平位移

跟据《工程测量规范》中对变形监测的要求,并且为增强图形强度和检核条件,本监测网布设四个基准点,采用边角网的方式布设,均布设在地基稳固的低层平房上或坚固的岩石上。如图2中,D1、D2、D3、D4为基准点,各基准点视野开阔、便于观测、不受干扰、易于长期保存,并且各点间通视条件良好。LQ点为变形监测点,制作成强制对中装置,布设在建筑物楼顶框架结构梁柱上,与各个

基准点可以形成较好的观测图形结构。基准网测量采用1″级全站仪,测距精度为±(1mm+l×10－6D),采用二等三角测量进行施测,水平角按全圆法观测,每站测6个测回,垂直角测4个测回;测距每条边读数4次,其互差不大于2mm。基准点要定期进行重复测量,计算每次的坐标值,用统计检验的方法来判断基准点的稳定性。

监测控制网平差方法选择经典自由网平差模式。变形监测网按二等三角网观测,取观测方向中误差。(经验值),再依以及计算出每个观测方向及每条观测边的权。监测网的第二次观测及以后所有的观测,都要进行点位稳定性检验采用经典严密平差法时,复测前后两次平差值的较差应符合下式的要求:

在水平位移监测网设计完成后,对观测数据使用清华山维NASEW测绘平差软件进行精度估计,控制网中最大误差情况:最大点

位误差=2.25mm,最大点间误差=l.5lmm,最大边长比例误差=1／138889。由以上分析可得,最大点位误差为2．25mm,满足规范3.0mm 的要求;最大边长比例误差1／138889,满足规范1／120000的要求。

观测点水平位移测量用前方交会法,分别在D1、D2、D3、D4上设站观测监测点LQ如图2),采用的仪器为1″级全站仪,测距精度为±(1mm+l×10－6D),观测方法和等级为三等三角测量,具体施测工序:水平角每站测4个测回、测距2个测回。为削弱照准误差,观测点觇牌按以下五个要求制作:(1)反差大;(2)没有相位差;(3)图案对称;(4)图案两边留有适当的参考面积;(5)便于安置。首选白底黑图案双线条为宜的觇牌。本次变形测量采用的前方交会法,可以将测站点的位移看作仪器的偏心,利用改正后的数值来计算位移量。本实例观测未出现基点的位移。

以第一天观测的数据为基准,计算之后两天水平位移的变化值,用清华山维NASEW对观测数据进行平差后X、Y的位移变化和中误差见表3。

3 两种方法的比较分析

对比两种方法的数据处理结果,对两个方向中误差取绝对值进行平均,前方交会法X方向和Y方向平均中误差分别为 1.06、1.16,CORS系统法则分别为1.6、1.46,两种方法结果基本吻合。

4 结语