建筑物沉降观测中倒尺尺架技术的应用探讨

来源：核心期刊咨询网时间：2014-05-12 11:1712

摘要：关键词：沉降观测； 倒尺观测；倒尺尺架； 尺架常数 摘要：针对建筑物沉降观测点埋设位置较高，水准仪视线达不到观测点的高度，无法进行沉降观测的问题，论文提出利用倒尺尺架技术进行测量，并对倒尺尺架的制作、工作原理、尺架常数以及水准尺读数改正规则进

　　关键词：沉降观测； 倒尺观测；倒尺尺架； 尺架常数

　　摘要：针对建筑物沉降观测点埋设位置较高，水准仪视线达不到观测点的高度，无法进行沉降观测的问题，论文提出利用倒尺尺架技术进行测量，并对倒尺尺架的制作、工作原理、尺架常数以及水准尺读数改正规则进行论述，实践证明，此技术具有推广价值。

　　1 引 言

　　建筑物施工前期，周边基坑开挖留下施工区尚未填平或施工区周边地形条件限制，会遇到沉降观测点埋设位置较高，水准仪视线高达不到观测点的高度，无法进行沉降观测的情况，传统的几何水准法难以实施。若采用设置观测墩、观测台，缺点是成本高、作业时间延长，对于建筑物较高的观测点，作业较难实现；参考文献[2]中采用倒尺观测的方法，仅对倒尺观测进行叙述和精度分析；而且作业过程中水准标尺垂直状态受作业人员判断，影响观测精度。为此本文提出采用倒尺尺架技术进行特殊情况下的沉降观测，可以提高作业速度，保证沉降观测精度，并通过实践验证，方便实用，精度完全可以达到规范要求。

　　2 倒尺尺架制作及工作原理

　　2.1 倒尺尺架制作

　　尺架主要部件包括卡尺部分、挂点部分、中间部分双向连接板。倒尺尺架材料采用膨胀系数较小的合金钢制作。由于尺架加工要求精度很高，因此采用钢板的平整度要求也很高。卡尺部分与水准尺进行连接部位采用强磁性磁铁，可以保证作业过程中水准尺底面与观测点在一个平面上，不产生变形或者变形微小，确保高程传递精度。

　　2.2工作原理

　　尺架使用时，将水准标尺与尺架套合在一起，水准标尺底部落在尺架右盘的触点上，将水准标尺和尺架整个通过左盘触点放到沉降观测点（或沉降钩）上，通过倒置水准器判断标尺竖直后进行观测。

　　双线连接板可以通过固定螺丝旋进或旋退左右移动，可以根据不同尺寸的水准标尺进行调节。

　　倒尺水准测量，立尺方向与高程系统反向，所以应在倒尺读数前加上负号，这样高差计算与正尺测量一致，即高差等于后视减前视。主要有以下三种情况：

　　⑴ 后视立正尺，前视立倒尺其中：h=a-(-b)

　　⑵ 后视立倒尺，前视立正尺。   其中：h = (-a)-b

　　⑶ 沿地面前视、后视均立倒尺。其中：h =（-a）-（-b）+ △L  =(b-a) + △L

　　△L=LA-LB

　　式中：LA、LB分别为A尺和B尺的长度，△L通过偶数站自动消除，此时

　　△h =∑（b-a）

　　⑷ 沿沉降点前视、后视均立倒尺。其中：h=(-a)-(-b)=(b)-(a)

　　3 倒尺尺架进行水准测量的读数改正

　　3.1倒尺尺架读数改正

　　倒尺精密水准测量必须对读数改正后，才能使用上面的公式。因为普通水准仪在标尺上的读数是水平视线到标尺理论零点的距离，而精密水准仪由于测微尺的作用，使正尺的读数与这个距离相差一个常数K（如N3，K=0.5cm），倒尺就不具备以上规律，所以应该按照一定的规律改正，否则会导致严重的错误。

　　当△1≤0.5cm时，转动测微轮视线上移，测微尺示数减小，与y重合时测微尺示数减小△1，这时测微尺示数减小到e=（0.50-△1）则：△1=0.50-（0.5-△1）=0.50-e

　　这样实际读数为：

　　y+△1=y+（0.50- e）                                                       （1）

　　当△2≤0.5cm时，转动测微轮视线下移，测微尺示数增大，与y重合时测微尺示数减小△1，这是测微尺示数减小到e=（0.50+△2）则：

　　△2=（0.5-△2）-0.50=e-0.50   △1=1-△2=1.50-e

　　这样的实际读数为：

　　y+△1=x+（0.50- e）                                                       （2）

　　3.2读数改正规则总结

　　依据实际作业：总结以下改正规则：

　　改正规则一：0.5cm减去重合时测微尺读数与标尺分划值求代数和，即得到改正后的正确读数。例如按照常规方法读得两倒尺读数为-101.555、-053.420，改正后分别为-100.945、-053.080。

　　为了防止+0.50cm造成测量成果的错误，有必要使倒尺测量具有-0.50cm这一常数，在高差计算中正负抵消，所以给（1）、（2）式的两边同时减去0.5cm，则得：

　　与y分划重合时：y+△1-0.50=y - e

　　与x分划重合时：y+△1-0.50=x - e

　　改正规则二：重合时标尺分划值减去测微尺示数所得的差，就是改正后的正确读数。例如按照常规方法读得两倒尺读数为-101.555、-053.420，改正后分别为-100.445、-052.580。

　　由此可见，在精密水准测量中存在±0.50cm两常数，但无论前后视如何立尺，改正后高差计算均会自动抵消，但单向观测应注意。实例如下表一：

　　表一

　　侧段 后视 前视 △H=a-b 规则一 规则二 △H`=a`-b` 已知高差△H0 备注

　　a b  a` b` a`` b`` △H``=a``-b``

　　TP1     /       A 116.696  -37.668 154.364  / -36.832  / -36.332  153.528  N3仪器测得的高差是：+153.020 前后视用不同水准尺

　　153.028

　　116.710  -37.674  154.384  / -36.826  / -36.326  153.536

　　153.036

　　116.709  -37.695 154.404  / -36.805  / -36.305  153.514

　　153.014

　　116.709  -37.684 154.393  / -36.815  / -36.316  153.524

　　153.025

　　A       /       B -53.610  -37.668  -15.942  -52.890  -36.832  -52.390  -36.332  -16.058  N3仪器测得的高差是：     -16.049 前后视用同一水准尺

　　-53.602  -37.674  -15.928  -52.898  -36.826  -52.398  -36.326  -16.072

　　-53.614  -37.695  -15.919  -52.886  -36.805  -52.386  -36.305  -16.081

　　-53.611  -37.684  -15.927  -52.889  -36.816  -52.389  -36.316  -16.073

　　注：表中以厘米为单位。

　　建议在实际工作中使用规则二对观测数据进行改正。

　　4 尺架常数的测定

　　由于尺架在制作过程中会因微小的误差使标尺底部与卡尺部分的平面不能完全重合，这样在观测的过程中就会形成由尺架制作不精密而造成的误差，我们把这个误差值称为尺架常数，因此在尺架制作完成后，均应对尺架反复试验，测定其常数，对观测结果进行改正，得到正确的观测数据。若尺架制作严密，理论上尺架常数不存在。

　　取固定后视方向（正尺），选择正、倒尺均能进行观测的若干个沉降观测点（本文取两个点为例），对它们多次观测取平均值，得到尺架常数。首先前视用正尺分别观测后视与前视观测点的高差，多次观测取平均数。然后前视使用倒尺再一次测后视与前视观测点的高差，取平均数。则正、倒尺的高差之差为尺架的常数。

　　本次观测取1米标尺（9589）和2米标尺（23776）为例测定尺架常数。数据汇总如下表：

　　表二

　　点号 正尺高差 倒尺高差 高差之差 平均值

　　516

　　（9589） 139.0485  139.1055  -0.0570  -0.038  -0.026

　　139.0495  139.1030  -0.0535

　　139.0750  139.0945  -0.0195

　　139.0725  139.0925  -0.0200

　　501

　　（9589） 133.0260  133.0330  -0.0070  -0.015

　　133.0230  133.0385  -0.0155

　　133.0165  133.0210  -0.0045

　　133.0060  133.0385  -0.0325

　　316

　　（23776） 115.5005  115.4785  0.0220  0.029  0.029

　　115.5090  115.4800  0.0290

　　115.5175  115.4750  0.0425

　　115.5085  115.4855  0.0230

　　注：表中以厘米为单位。

　　由上表可以看出：1米标尺（9589）和2米标尺（23776）所测得的结果分别为-0.26mm、+0.29mm，说明尺架制作精度较高，观测结果可视为观测误差，则尺架常数可忽略不计。

　　实践证明：在观测的过程中，对尺架卸掉再重新安装，同一点的观测高差值不变。如表三：

　　表三

　　点号（尺号） 倒尺高差 平均值 备注

　　316（23776） 115.4790  115.4805

　　115.4820

　　115.4790  115.4785  尺架卸掉重新安装后

　　115.4780

　　注：表中以厘米为单位。

　　表三数据说明尺架在观测过程中卸掉重新安装后，所观测的数据基本一致。

　　5 结语

　　采用倒尺尺架进行建筑物沉降观测，可以简化工作，提高工作效率，实用性很强，但应对读数进行改正。本文以水准仪WILD N3为例进行描述，通过对其他型号水准仪实验，改正规则适用于其他型号的水准仪，规则只考虑数值，不考虑负号，改正后再加上负号即可。在现场观测中可以直接使用规则二对读数进行改正。整数位是标尺分划值减1，小数位是1000减去测微尺示数，这样提高现场计算速度。

　　参考资料

　　[1] 黎明星．建筑物主体沉降观测非常规方法探讨．建材发展导向，2012（3）

　　[2] 黄张裕，于涛，袁峥．两种特殊情况下的建筑物沉降观测方法．测绘工程，2006（10）

　　[3] 秦岩宾.高层建筑物沉降监测中的若干问题[J].四川建筑.2004（4）

　　[4] JGJ 8-2007《建筑变形测量规程》.

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