免棱镜全站仪在建筑物倾斜测量中的应用

周雅茹,李旭民

(1.深圳地质建设工程公司,深圳 518023; 2.深圳市地质局,深圳 518023)

随着科学技术的发展,现代高层建筑物日益呈现出结构的复杂性及风格的多样性,这对高层建筑物的倾斜监测精度提出了新要求。建筑物倾斜监测有很多方法,如水准仪测量基础沉降差换算法、经纬仪交会法、小角度法等。随着免棱镜全站仪测量精度的不断提高,利用免棱镜全站仪测定坐标来对建筑物倾斜进行监测成为一种新手段。本研究从监测方法、监测精度入手,通过工程实例对该方法进行分析。

1 监测原理及精度要求

1.1 免棱镜全站仪倾斜监测原理

如图1所示,在建筑物倾斜方向上K点架设仪器,A、A′点位于全站仪同一竖直线上的底部与顶部。

图1 监测原理Fig.1 Monitoring principle

观测方法如图2,用全站仪按一定密度测量A-A′线上的点位坐标。

图2 观测方法Fig.2 Observing method

按一定时间频率对建筑物进行监测。通过每次监测数据计算建筑物倾斜率,制作监测报表及绘制趋势线图等。

1.2 精度要求

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)对建筑物的整体倾斜变形允许值的规定如表1:

表1 建筑物的地基变形允许值Tab.1 Parameters of foundation deformation of the buildings

《建筑物变形测量规范》(JGJ8-2016)中估算变形测量中误差的要求如下:对沉降观测,取差异沉降允许值的1/10～1/20作为沉降差测定的中误差,并将该数值视为监测点测站高差中误差。对位移观测,取变形允许值的1/10～1/20作为位移量测定中误差,并根据位移量测定的具体方法计算监测点坐标中误差或测站高差中误差。

根据上述规范要求,建筑物倾斜观测精度估算见表2。

表2 建筑物倾斜观测精度估算Tab.2 Estimation of declivity observation accuracy of the buildings

2 观测方法及资料处理

2.1 仪器

采用尼康DTM-452C免棱镜型全站仪。测角精度2″,测距精度±(2 mm+2 ppm×D),免棱镜模式下测程350 m。

2.2 监测方法

在距离大于建筑物高度1.5倍距离处选择合适点位做测站点K,在K点做好标记,K-A-A′应尽量与建筑物立面正交。架设仪器,对中整平、量取仪器高,做好测站各项准备工作。假定测站点坐标(0,0,0),无需定向,保持水平方向制动,方向角置0。从A点或从A′点由上而下或由下而上按一定上下间隔测量点位坐标。将观测的点位坐标导入计算机进行资料处理。根据设计的监测周期频率观测,将每次观测数据处理后制作报表及图件。

2.3 精度分析

坐标公式:X=X0+S×cos(ɑ),Y=Y0+S×sin(ɑ),H=H0+S×tan(ɑ)+i-t。其中,X、Y为测点坐标,X0、Y0、H0为测站坐标,S为水平距离,ɑ为方位角,i为测站仪器高,t为棱镜高(免棱镜观测,为0)。从坐标公式可见,观测点的精度主要取决于测角误差及测距误差。

MD=MD1+MD2

式中,Mα为测角误差,Mβ为仪器测角标定误差,ρ=206 265,S为水平距离,MD为测距误差,MD1、MD2为仪器固定误差和比例误差。

3 工程案例

选取某高层建筑物倾斜观测项目中具有代表性的楼栋及部分观测数据,探讨该方法的使用情况。该楼共32层,选取其中3次的观测数据对该方法进行分析。

实际观测中假定测站坐标(0,0,0),坐标计算公式:X=X0+S×cos(ɑ),Y=Y0+S×sin(ɑ),H=H0+S×tan(ɑ)+i-t。观测得到的X值为倾斜偏移量,H为测点高度。3次观测数据见表3。

表3 观测数据Tab.3 Observation data

利用以上观测数据,用Excel生成XY(散点图),取得每次倾斜趋势线公式见表4。

表4 倾斜趋势线公式Tab.4 Declivity trend line formula

通过上述公式可以换算不同高度的倾斜率,见表5。

表5 倾斜率Tab.5 Gradient

通过3次的观测数据制作倾斜趋势对比图,见图3。

图3 倾斜趋势对比Fig.3 Comparison of declivity trend

4 结束语

全站仪免棱镜测量建筑物倾斜位移方法外业简单,资料处理方便快捷,观测精度满足规范要求,是高大建筑物倾斜观测的一种方法补充,实际作业应考虑观测精度。免棱镜仪器要选择测角标定误差小及测距固定误差小的仪器,观测视线上不能有透明或不透明的物体遮挡,以免造成免棱镜观测得错误数据。测站选择时尽量与建筑物倾斜面正交,以尽量小的入射角度进行免棱镜观测,提高观测精度。