CN203891086U - 一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具 - Google Patents

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龚金京
周浩亮
张忠甫
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Abstract

本实用新型涉及一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具,属于土木工程类中的预警安全防护技术领域,该套测读工具由测位仪、高架水平刻度尺、立面基线符合板、对中点位器、对讲机、辅助观测丝组成;其中,立面基线符合板采用由纵轴和横轴组成的直角坐标轴,与坐标轴同心的三个圆圈组合的具有四个象限的复合图形的矩形平板;所述对中点位器采用一金属测钉,该测钉一端为半圆形球,另一端为金属棒,在半圆形球顶部中央处设有一个尖针。该套测读工具具有制作容易、使用方便,使用本套工具除了可以消除监测工作中产生的各种可能发生的误差,还测量精度高等诸多优点。

Description

技术领域
[0001] 本实用新型属于土木工程类中的预警安全防护技术领域,特别涉及用于高边坡治 理以及深基坑围护结构工程的水平位移变形监测与预报的测读工具结构设计。 一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具
背景技术
[0002] 20世纪至今已来,我国工程建设(含工业、水利水电、建筑、公路与铁路等)发展 迅速,伴随着大型市政工程的施工及大量地下空间的开发,深基坑工程大量涌现,从最初的 5〜7m,发展到目前的20多米,并向超深、超大方向发展,2004〜2020年北京城市总体规 划中心城区的中心地区的地下空间开发向浅层(0〜-l〇m)、次浅层(-10〜-30m)、次深层 (-30〜-50m)、深层(-50〜-100m)四个层次发展。截至目前为止,超大深基坑支护结构危 险侧壁水平位移均采用对群锚施加预应力的办法进行控制;这一技术已广泛应用于水电、 铁路、矿山、建筑、隧道、岩体、坝基、边坡、地下洞室等领域。
[0003] 然而,由于基坑设计理论不够完善,施工的不可预见性、地层性质变易性大,周边 环境的错综复杂,深基坑所造成的基坑坍塌、建筑物或道路开裂、管线爆裂等事故屡有发 生,给国家经济和人民生命财产安全造成不同程度的损害。基坑工程是面对各种各样的地 基土和复杂的环境条件进行施工作业,存在诸与外力不确定性、变形不确定性、土性不确定 性和一些偶然变化所引起的不确定因素,所以很难对基坑工程的设计与施工订出一套标准 模式,或用一套严密的理论计算方法来把握施工过程可能发生的各种变化。目前只能采用 理论计算与地区经验相结合的半理论、半经验的方法进行设计。且计算工作量很大,定量计 算不很精确,计算结果只能给设计者提供一个大概可能的数值,这样深基坑工程施工的安 全监测就显得十分重要了,发明真实反映深基坑水平位移变化量真值,确保水平位移的监 测精度的更好的监测技术,替代现有技术就更显重要了。
[0004] 截至目前为止,深基坑监测精度其选择原则是:1971年国际测量工作者协会 (FIG)第十三届会议上提出,如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确 保建筑物的安全,则其观测的中误差,应小于允许变形值的1/10〜1/20 ;结合特大城市特 别是象北京市中心城区中心地区那样的地区,邻近各种基础设施以及密集的高层建筑群区 域,其深基坑水平位移累计变形量不超过±30mm的设计允许值,再根椐国际测量工作者协 会联合会提出的观测精度,观测点座标中误差应满足< ±3_ ;再结合现有的监测规范《建 筑物变形测量规程》CJ/T8 - 98、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012、《北京地区建筑基 坑支护技术规程》DB11/489-2007等综合确定。一般为水平位移观测点座标中误差< ±3mm ; 水平角观测2测回(DJ2型仪器),采用水平位移监测的观测点的中误差取单观测周期水平 位移变形量的1/2〜1/3倍(为一个观测周期),既可保证每次观测能反映基坑的变形情 况,又适应施工现场的节凑,保证工程的安全。各参数均列入表1中。
[0005] 表1,高层建筑密集区域深基坑围护墙(坡)顶水平位移的监测精度要求(mm)
[0006] 设计控制值(mm) <30 监测点座标中误差(nrn)__^3.0_ 水平角测回数(回)__^2_ 一个观测周期天数(天)__3_ 单观测周期水平位移变形量(mm) A_ 观测点的中误差(mm)__(0. 3^0.5) A_ 现状类似北京这样的中心城区高层建筑密集区域 的深基坑围护墙(坡)顶水平位移的累计变形量 备注及说明 不超过土30 nrn的设计允许值,其设计控制值不得 超过土30腿的设计允许值,即设计控制值(画) 不能取表1中大于土30 mm以外的30~60 mm和天 于60 mm的二组数值,否则会出现地下地铁线路 开裂、供水管线爆裂、地下各种管沟拉裂、邻近 高楼地基变形、邻近地面轨道交通桥、大跨度超 _|高公路桥梁墩基沉降断裂破坏。_
[0007] 为了实现上述精度目标,深基坑施工中仍采用现有诸多监测方法,主要包括:视准 线法、测小角法、测角交绘法、极座标法、方向线偏移法、射线法、座标距离偏移量法(全站 仪监测法)等等方法,但对于很多的工程技术人员而言,采用现有的这些方法中的不论那 一种方法,其水平位移的精度,监测方法、测回数确定都是依椐工程经验,若测回数很少,无 论采用现有的那种监测方法,进行基坑水平位移监测,各种各样的累计误差仍然很大;实际 上基坑监测的工程技术人员往往不作多测回监测,只作单次监测并用单次监测替代多测回 监测,因此,很难达到前述监测精度的要求。若提高观测中误差的精度和测回数,是可以达 到前述监测精度的要求的。提高观测精度将使外业观测和内业计算工作量较大幅度地增 力口,这将难以适应施工现场快速变化的施工状况,难以及时保证工程的安全性,为了这个精 度而提高观测精度的观测毫无意义。但在实际监测过程中,单次观测周期的基坑水平位移 的变形量较小,按该原则确定的观测点的座标中误差将可能大于真实水平位移变形量,则 其观测更无意义。无论采用现有深基坑施工中的那种监测方法,进行基坑水平位移监测,均 不可避免地存在各种各样的误差,其累计误差均较大,无法满足表2中的精度要求。
[0008] 时至今日,用更简便的办法替代现有监测手段来确保表1中的监测精度仍是一个 尚未很好解决的技术难题。 实用新型内容
[0009] 本实用新型的目的是为克服现有监测的所有技术的不足,确保深基坑监测精度, 设计出一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具;该套测读工具具有制作容 易、使用方便,使用本套工具除了可以消除监测工作中产生的各种可能发生的误差,还测量 精度1¾等诸多优点。
[0010] 本实用新型设计的一套测读工具,其特征在于,该套测读工具由测位仪、高架水平 刻度尺、立面基线符合板、对中点位器、对讲机、辅助观测丝组成;其中,立面基线符合板采 用由纵轴和横轴组成的直角坐标轴,与坐标轴同心的三个圆圈组合的具有四个象限的复合 图形的矩形平板;所述对中点位器采用一金属测钉,该测钉一端为半圆形球,另一端为金属 棒,在半圆形球顶部中央处设有一个尖针。
[0011] 所述测钉的尖针长为0. 5〜1mm、直径为0. 01〜1mm。
[0012] 所述高架水平刻度尺由立杆,水平横板及带有刻度的钢尺所组成,该水平横板上 边中点带有V形准星槽,立杆上端与水平横板的中点焊接成丁字形,带有刻度的钢尺用铆 钉铆固在水平横板上。
[0013] 所述测位仪采用带有望远镜的经纬仪或全站仪,望远镜镜头内有相互垂直的十字 丝。
[0014] 本实用新型的特点及有益效果:
[0015] 本实用新型这套工具制作容易、使用方便,采用本套工具监测深基坑水平位移,可 以解决在施工过程中因基坑坑顶上布置有观测井、二级电闸箱、安全护栏、临时使用的脚手 架、步行梯、施工机具、堆积如山的模板等等阻隔监测视线,不能通视无法完成监测任务的 难题。可应用于深基坑施工中的监测,既使是在不通视的前提之下也能设法完成监测任务, 是深基坑工程施工的耳目,也是工程安全性判断的依椐。
[0016] 采用本实用新型的工具还可以消除监测工作中产生的各种可能发生的误差,确保 深基坑监测精度,而且还减少了大量的内业计算工作量、变多测回数监测为单次监测,变多 人观测为1〜2个人监测、变不通视为通视,缩短了监测时间,降低了工程造价。
附图说明
[0017] 图1为本实用新型的测读工具中的立面基线符合板结构示意图;
[0018] 图2为本实用新型的测读工具中的对中点位器结构示意图;
[0019] 图3为本实用新型的测读工具中的高架水平刻度尺结构示意图;
[0020] 图4为使用本实用新型的基坑之外永久性建筑物外表面上刻画的基准线示意图;
[0021] 图5为使用本套工具中的高架水平刻度尺在基坑支护结构中安装的位置图。
具体实施方式
[0022] 本实用新型设计的一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具结合附 图及实施例说明如下:
[0023] 本实用新型设计的一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具,其特征 在于,该套测读工具由测位仪、高架水平刻度尺、立面基线符合板、对中点位器、对讲机、辅 助观测丝组成。
[0024] 其中,立面基线符合板采用由纵轴和横轴组成的直角坐标轴,与坐标轴同心的三 个圆圈组合的具有四个象限的复合图形的矩形平板;所述对中点位器采用一金属测钉,该 测钉一端为半圆形球,另一端为金属棒,在半圆形球顶部中央处设有一个尖针。
[0025] 所述测钉的尖针长为0· 5mm〜1mm、直径为0· 01mm〜1mm。
[0026] 所述高架水平刻度尺由立杆,水平横板及带有刻度的钢尺所组成,该水平横板上 边中点带有V形准星槽,立杆上端与水平横板的中点焊接成丁字形,带有刻度的钢尺用铆 钉铆固在水平横板上。
[0027] 所述测位仪采用带有望远镜的经纬仪或全站仪,望远镜镜头内有十字相互垂直的 十字丝。
[0028] 本实用新型的各部件的具体实施方式及功能分别说明如下:
[0029] 测位仪采用常规产品中带有望远镜的经纬仪或全站仪,望远镜镜头内有相互垂直 的十字丝。
[0030] 立面基线符合板如图1所示,采用绘制具有四个象限的由纵轴11和横轴12组成 的直角坐标轴,与坐标轴同心的三个圆圈13组合的复合图形的平面矩形轻质薄板1,其矩 形边长尺寸为50mm〜1500mm。
[0031] 对中点位器如图2所示,采用一金属测钉,测钉由一端为半圆形球21,另一端为金 属棒22,在半圆形球21顶部中央处切削有一个长0· 5mm〜1mm、直径为0· 01mm〜1mm左右 的尖针23。
[0032] 所述高架水平刻度尺如图3所示,由立杆31,水平横板32及带有刻度的钢尺33所 组成,水平横板上边中点带有V形准星槽34,其中:立杆上端与水平横板的中点焊接成丁字 形,带有刻度的钢尺用铆钉铆固在水平杆上,本实施例采用粗钢管作立杆,用角铁作水平横 板。粗钢管作立杆其粗钢管直径在50〜100mm之间,长度在500〜2000mm之间。所述对 讲机采用常规的对讲机产品,其用途是记录员通过对讲机将高架水平刻度尺测出刻度尺上 的读数告知仪器观测人。
[0033] 辅助观测丝采用一小段细铜丝,用于记录员放置在高架水平刻度尺位置处,其功 能是帮助观测人用望远镜看见在远处高架水平刻度尺的刻度。
[0034] 举例说明本实用新型的使用方法:
[0035] 本实用新型无论基坑平面是矩形,还是多边不规则图形,均可对深基坑内的土钉 墙的坡口顶面和深基坑内支护结构冠梁顶面分别进行水平位移的监测,即对多边形的每一 条边分别在每一条边的同一条直线上布点进行监测。
[0036] 使用本实用新型的测读工具时,要在基坑之外永久性建筑物4外表面43上刻画基 准线,包括坚直基准线41和水平基准线42,如图4所示,坚直基准线41和水平基准线42, 分别与立面基线符合板图1中的纵轴11和横轴12符(重)合,并用螺钉将其固定在基坑 之外永久性建筑物4外表面43上。
[0037] 所述高架水平刻度尺在基坑支护结构中安装的位置,见图5。
[0038] 当做支护结构水平位移时,在图5内设有支护结构,支护结构由钢筋混凝土冠梁 51和咬合搭接帷幕桩55组成,咬合搭接帷幕桩55垂直插入基坑底面52的底部之下;高架 水平刻度尺3垂直预埋在钢筋混凝土冠梁51内,且多个高架水平刻度尺3均与坚直基线41 以及多个对中点位器2内的尖针23均调整在同一直线上;
[0039] 当做坡顶坡口处的水平位移时,在图5内设有土钉墙混凝土护坡坡体56,还设有 观测井54,还有工地围挡53,高架水平刻度尺3的立杆31垂直插入坡顶顶面,且多个高架 水平刻度尺3均与坚直基线41以及多个对中点位器2内的尖针23均调整在同一直线上。
[0040] 一个应用实施例,分别对土钉墙的坡口顶面和冠梁顶面进行水平位移的监测。首 先在基坑边长L1 (也是直线重置线段L1)的长度之内的(坡口顶面或冠梁顶面)首尾各布 置一个临时观测点,在这二个临时观测点上立杆并用墨斗弹线标定重置线段,再在该重置 线段的两端的双向反向延长线上距基坑3〜5倍深度的远处之外布置监测基准点,多个基 准点均布置在大于3〜5倍基坑深度的长度之外的区域内,用混凝土现浇基准点点位,将测 钉2中的金属杆22埋设在基准点的混凝土内的正中心,使多个测钉2中的尖针23调整在 同一直线上,再在基准点上架立光学仪器,将重置线段两端均延伸到坑外远处的永久性建 筑物的外表面的立面4上,在基准点上架设光学仪器,对中整平后把望远镜内十字丝坚丝 投影到正前方的永久性建筑物的外表面的立面4上,并刻画在永久性建筑物的外表面4上, 同理倒转望远镜,把望远镜内十字丝坚丝投影到与正前方相反方向的永久性建筑物的外表 面的立面4,并刻画在永久性建筑物的外表面4上。把41坚线作为立面基线41,再以立面 基线41为基准线,用已对中整平后在基点测站上安装的光学仪器望远镜十字丝坚丝与多 个高架水平刻度尺3中的V形准星槽34的槽尖和监测基点内测钉上的测针以及永久性建 筑物外表面上的立面基线41均调整到同一直线上,再以基线为准线,旋转望远镜依次在重 置线段内均匀安装多个高架水平刻度尺3,使立杆31垂直于冠梁顶面51或使立杆31垂直 于坡口顶面,再垂直安装其高架水平刻度尺3的立杆31。安装就绪后测出一套数值作为位 移初始值,过一定周期时段后再复测其复测值,复测值减去初始值,即得水平位移值。同理 复测η次,η次的累计变化量即为累计位移变化值。
[0041] 具体操作如下:转动望远镜依次用望远镜十字丝坚丝视线切割自制高架水平刻度 尺33,当距离较远时人工用一根铜丝在刻度尺33上游动,与仪器观测者坚丝视线重合时首 次读取水平位移监测数椐,用对讲机将观测数椐报告仪器观测记录员,首次作为原始基数, 以后若干次数监测值与原始基数比较直接就求出了累计位移量。精度高、系统误差小、各种 仪器监测的过程误差均可忽略不计、在不通视的环境中能完成监测任务、基点误差趋近于 零、省人工、省计算工作量、监测结果均能确保一级基坑监测的规范要求,经济、简便、实用、 安全、可靠、省钱。经工程实践验证可靠可行。

Claims (4)

1. 一套用于直线重置法监测深基坑水平位移的测读工具,其特征在于,该套测读工具 由测位仪、高架水平刻度尺、立面基线符合板、对中点位器、对讲机、辅助观测丝组成;其中, 立面基线符合板采用由纵轴和横轴组成的直角坐标轴,与坐标轴同心的三个圆圈组合的具 有四个象限的复合图形的矩形平板;所述对中点位器采用一金属测钉,该测钉一端为半圆 形球,另一端为金属棒,在半圆形球顶部中央处设有一个尖针。
2. 如权利要求1所述工具,其特征在于,所述测钉的尖针长为0· 5mm〜1mm、直径为 0. 01mm ~ lmm〇
3. 如权利要求1所述工具,其特征在于,所述高架水平刻度尺由立杆,水平横板及带有 刻度的钢尺所组成,该水平横板上边中点带有V形准星槽,立杆上端与水平横板的中点焊 接成丁字形,带有刻度的钢尺用铆钉铆固在水平横板上。
4. 如权利要求1所述工具,其特征在于,所述测位仪采用带有望远镜的经纬仪或全站 仪,望远镜镜头内有相互垂直的十字丝。
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