索佳數(shù)字水準(zhǔn)儀在沉降觀測中的應(yīng)用

苑慶中 李 莉

(聊城市水利局，山東 聊城252000)

1 數(shù)字水準(zhǔn)儀工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

數(shù)字水準(zhǔn)儀基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成，電子設(shè)備主要包括：調(diào)焦編碼器、光電傳感器（線陣CCD器件）、讀取電子元件、單片微處理機(jī)、CSI接口（外部電源和外部存儲記錄）、顯示器件、鍵盤和測量鍵以及影像、數(shù)據(jù)處理軟件等，標(biāo)尺采用條形碼供電子測量使用。

1.2 工作原理

雖各廠家的儀器結(jié)構(gòu)和條形碼的編碼方式不完全相同，但其基本測量原理相似：即采用編碼標(biāo)尺，儀器內(nèi)裝置圖像識別器和圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，標(biāo)尺用不同寬度的條碼組合來表征尺面的不同位置，人工完成照準(zhǔn)和調(diào)焦之后，標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡的分劃板上，供目視觀測，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，標(biāo)尺條碼又被成像在光電傳感器（CCD）上，隨后轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)整形后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)（A/D），從而輸出數(shù)字信號送入微處理器進(jìn)行處理和存儲，并將其與內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼（參考信號）按一定的方式進(jìn)行比較，即可獲得編碼標(biāo)尺的讀數(shù)。

2 工程實(shí)例

某高層住宅樓地上22層，地下2層，建筑面積16695m2，全現(xiàn)澆剪力墻，工程類別為一類。為全面掌握施工過程及竣工后一定時(shí)期內(nèi)的垂直變形，對其進(jìn)行沉降觀測。

2.1 監(jiān)測基準(zhǔn)建立

根據(jù)施工平面布置圖和編制好的監(jiān)測方案，在避免施工干擾及地基沉降變形區(qū)外（距建筑物45米）埋設(shè)4個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，待沉降穩(wěn)定后，與附近的一等水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測。每期施測前對基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價(jià)，確認(rèn)各點(diǎn)無異常變化方進(jìn)行沉降觀測。

2.2 沉降觀測點(diǎn)的設(shè)置

沉降觀測點(diǎn)布設(shè)在能全面反映建筑物地基變形特征的點(diǎn)位：A、建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角及沿外墻每10～15m處或每隔2～3根柱基上；B、建筑裂縫、后澆帶、沉降縫和伸縮縫的兩側(cè)，人工地基與天然地基接壤處及填挖方分界處；C、寬度大于或等于15米承重內(nèi)隔墻設(shè)內(nèi)墻點(diǎn)；D、框架結(jié)構(gòu)建筑的每個(gè)或部分柱基上或沿縱橫墻軸線上，以及可能產(chǎn)生較大不均勻沉降的相鄰柱基處；E、高層建筑橫向和縱向兩個(gè)方向?qū)?yīng)盡端處；F、鄰近堆置重物處、受振動有顯著影響的部位及基礎(chǔ)下的暗溝處。本項(xiàng)目共布設(shè)了16個(gè)沉降觀測點(diǎn)，形成5個(gè)閉合環(huán)。各沉降點(diǎn)都埋設(shè)與樓體聯(lián)接的圓鋼作為標(biāo)志，伸出樓體外3-5cm，圓鋼伸出端上面加工成半圓頭，以便于立水準(zhǔn)尺。

2.3 儀器選擇

經(jīng)專業(yè)部門檢定合格并在有效使用期內(nèi)的索佳SDL30數(shù)字水準(zhǔn)儀，標(biāo)稱精度：±0.4mm（使用索佳BIS20銦鋼尺，正面 RAB條碼），最小讀數(shù)0.00001m/0.001（可選），圓水準(zhǔn)器靈敏度10′/2mm，放大倍率32X，分辨率3″，視距乘常數(shù)100；標(biāo)尺：2米銦鋼尺，線膨脹系數(shù)小于1.5*10-6/℃。自動補(bǔ)償器：磁阻尼擺式補(bǔ)償器（±15″）。高差、高程自動計(jì)算和放樣，在測定天花板、橋梁等物體高度時(shí)，只需將水準(zhǔn)標(biāo)尺倒置便可進(jìn)行，無須改變測量模式。儀器可與電腦連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，實(shí)行內(nèi)外業(yè)一體化。

2.4 觀測實(shí)施

觀測精度：按照GB50026-2007《工程測量規(guī)范》和JGJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求施測。每次觀測前、后都進(jìn)行i角等必要項(xiàng)目的檢驗(yàn)，結(jié)果均在限差內(nèi)。

垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求（mm）

表1

2.5 觀測周期

根據(jù)建筑物的性質(zhì)、進(jìn)度、土質(zhì)情況及荷載增加情況等決定，有兩種方法。①按荷載定，從開工至滿荷載為第1階段，一般為10-20天左右；從滿荷載至沉降變化速度趨于穩(wěn)定為第2階段，一般在3個(gè)月內(nèi)；從沉降變化速度穩(wěn)定至基本無變形為第3階段，一般為半年或1年。②按沉降速度定，當(dāng)沉降速度較大，應(yīng)縮短觀測周期，沉降速度放緩時(shí)，可適當(dāng)加長觀測周期。還應(yīng)考慮地下水位、降水、地震等因素的影響，特殊情況下應(yīng)及時(shí)加測一次，如果情況變化異常，應(yīng)及時(shí)向有關(guān)部門匯報(bào)，采取有效措施。

2.6 觀測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

對該住宅樓共進(jìn)行了20余次沉降觀測，對原始數(shù)據(jù)檢核分析無誤后，進(jìn)行平差計(jì)算。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：[ww]=1.7655，m=22，n=6，每測站高差中誤差：。最弱點(diǎn)高程精度：

表2

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，大部分環(huán)線閉合差的絕對值小于0.4mm，儀器性能穩(wěn)定，索佳SDL30用于沉降觀測，精度相當(dāng)高。運(yùn)用SDL通訊工具，將觀測文件傳輸?shù)诫娔X，用NASEW平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差計(jì)算，采用office軟件統(tǒng)計(jì)各沉降監(jiān)測點(diǎn)的本次沉降量和累計(jì)沉降量，繪制時(shí)間-荷載-沉降量曲線圖、等沉降曲線圖等，對建筑物沉降變形情況進(jìn)行綜合分析評價(jià)。

3 數(shù)字水準(zhǔn)儀的優(yōu)勢

數(shù)字水準(zhǔn)儀是以自動安平水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，在望遠(yuǎn)鏡中增加了分光鏡和探測器（CCD），并采用條碼標(biāo)尺和圖像處理電子系統(tǒng)而構(gòu)成的光機(jī)電測量一體化的高科技產(chǎn)品。與傳統(tǒng)儀器相比，有以下特點(diǎn)：

1）讀數(shù)客觀。不存在誤讀、誤記問題，無人為讀數(shù)誤差。

2）精度高。視線高和視距讀數(shù)都是采用大量條碼分劃經(jīng)圖像處理后取平均得出來的，削弱了標(biāo)尺分劃誤差影響。多數(shù)儀器都有進(jìn)行多次讀數(shù)取平均的功能，可削弱外界條件的影響。

3）速度快。省去報(bào)數(shù)、聽記、現(xiàn)場計(jì)算以及人為出錯(cuò)的重復(fù)測量，時(shí)間與傳統(tǒng)儀器相比可節(jié)省1/3左右。具有結(jié)構(gòu)清楚、界面友好的操作系統(tǒng)，易學(xué)易用，不熟練的作業(yè)人員也能進(jìn)行高精度測量。能自動判斷測量限差，并在超限時(shí)提示重測。

4）效率高。只需調(diào)焦和按鍵就可以自動讀數(shù)，數(shù)據(jù)無縫傳輸，減輕了勞動強(qiáng)度。

4 數(shù)字水準(zhǔn)儀的劣勢

1）數(shù)字水準(zhǔn)儀對標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)不如光學(xué)水準(zhǔn)儀靈活，數(shù)字水準(zhǔn)儀只能對其配套標(biāo)尺進(jìn)行照準(zhǔn)讀數(shù)，并要求有一定的視場范圍。

2）數(shù)字水準(zhǔn)儀受外界條件影響大。由于數(shù)字水準(zhǔn)儀是由CCD探測器來分辨標(biāo)尺條碼的圖象，進(jìn)而進(jìn)行電子讀數(shù)，而CCD只能在有限的亮度范圍內(nèi)將圖象轉(zhuǎn)換為用于測量的有效電信號，要求標(biāo)尺亮度均勻，并且亮度適中。

5 提高精度的措施

1）觀測前，使儀器與環(huán)境溫度趨于一致，測量時(shí)打傘遮陽。

2）同一測站觀測時(shí)，不得兩次調(diào)焦，前后視距盡量相等。

3）每一測段應(yīng)進(jìn)行往返測，且應(yīng)在不同的氣象條件下，在一測段的路線上，測站數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。

4）盡量避免強(qiáng)磁場的干擾，輸電線路等形成的電磁場對平行于電磁場和正交于電磁場的視線有不同影響，強(qiáng)磁場可能影響儀器的補(bǔ)償器，導(dǎo)致測量誤差。

5）標(biāo)尺應(yīng)嚴(yán)格直立，并防止地面震動對觀測的影響，遇較大風(fēng)力時(shí)，應(yīng)加大腳架跨度，以增加儀器穩(wěn)定性，保證測繪成果精度。

6）應(yīng)做好沉降觀測的工作記錄，繪制沉降的觀測示意圖，注明觀測點(diǎn)的具體位置與編號，并做好各次的觀測記錄。

6 結(jié)束語

與常規(guī)水準(zhǔn)儀相比，數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測，具有讀數(shù)客觀、速度快、效率高、精度高的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集上節(jié)省了很多的時(shí)間和人力成本，避免了錯(cuò)誤、重測，便于實(shí)現(xiàn)沉降觀測內(nèi)外業(yè)一體化。

［1］JGJ8-2007建筑變形測量規(guī)范[S].

［2］GB 50026-2007工程測量規(guī)范[S].

［3］李嶺，胡伍生，馬骉.電子水準(zhǔn)儀及其在沉降觀測中的應(yīng)用[J].江蘇測繪，1999.