對變形工作基點(diǎn)復(fù)核實(shí)施方案的探討

李苑紅

(廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510170)

變形是物體在外來因素作用下產(chǎn)生的形狀和尺寸的改變。變形監(jiān)測是對被監(jiān)測的對象或物體進(jìn)行測量以確定其空間位置及內(nèi)部形態(tài)隨時間的變化特征。變形監(jiān)測的目的是為了分析和評價建筑物的安全狀態(tài)；驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)；反饋設(shè)計(jì)施工質(zhì)量；研究正常的變形規(guī)律和預(yù)報(bào)變形的方法。對于機(jī)械技術(shù)設(shè)備，變形監(jiān)測保證了設(shè)備安全、可靠、高效地運(yùn)行，為改善產(chǎn)品質(zhì)量和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供技術(shù)數(shù)據(jù)；對于滑坡，通過監(jiān)測其隨時間的變化過程，可進(jìn)一步研究引起滑坡的成因，預(yù)報(bào)大的滑坡災(zāi)害；通過對路基開挖引起的實(shí)際變形的觀測，能夠通過控制開挖量和加固等方法，避免危險性變形的發(fā)生，同時可以改進(jìn)變形預(yù)報(bào)模型；在地殼構(gòu)造運(yùn)動監(jiān)測方面，主要是大地測量學(xué)的任務(wù)。下面以廣東省潮州供水樞紐安全監(jiān)測系統(tǒng)觀測工作基點(diǎn)復(fù)核工程為例進(jìn)行探討。

1 概 述

潮州供水樞紐工程位于韓江下游潮州市區(qū)的兩溪口附近，距潮州市區(qū)約4 km，是廣東省重點(diǎn)供水樞紐工程。為滿足潮州供水樞紐安全監(jiān)測需要，該監(jiān)測系統(tǒng)在東溪左岸設(shè)立了07(下游)、08(上游)兩個觀測工作基點(diǎn)，在西溪右岸設(shè)立了01(下游)、02(上游)兩個觀測工作基點(diǎn)。東、西溪四個觀測工作基點(diǎn)均為單根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，自建成以來分別作為不動點(diǎn)實(shí)施東、西溪安全觀測。

針對該安全監(jiān)測系統(tǒng)西溪閘壩水平位移觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，初步判斷為02工作基點(diǎn)可能受周邊樓盤基礎(chǔ)擠壓等影響發(fā)生位移。為進(jìn)一步研究和分析原因，決定對該安全監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱監(jiān)測網(wǎng))的觀測工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核工作。

參照相關(guān)規(guī)范要求，本次監(jiān)測網(wǎng)復(fù)核無需重新埋設(shè)標(biāo)石，按照已有的標(biāo)石進(jìn)行復(fù)核即可。復(fù)核該水平位移監(jiān)測網(wǎng)的等級選用《工程測量規(guī)范》“10.2水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)”中的三等，采用GPS C級觀測，垂直位移監(jiān)測網(wǎng)采用《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)[1]中的二等。

本次主要任務(wù)是復(fù)核監(jiān)測網(wǎng)。由于測區(qū)受自然條件及起算數(shù)據(jù)的影響，經(jīng)現(xiàn)場勘查，采用GPS網(wǎng)和支導(dǎo)線的測量方法對工作基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，并對兩種測量方法的測量成果進(jìn)行分析、對比和驗(yàn)證，確保測量成果的可靠性，以便正確驗(yàn)證工作基點(diǎn)02變形情況。

2 資源配置

2.1 主要儀器設(shè)備

(1)徠卡電子水準(zhǔn)儀DNA03(334356)一套，標(biāo)稱精度±0.3 mm/km；并配置3 m因瓦條碼標(biāo)尺一對(30739、30830)、尺臺一對。

(2) 徠卡TC2003(440543)全站儀1套，測角精度0.5″，測距精度1 mm +1 ppm。

(3)華測雙頻靜態(tài)接收機(jī)6套:X900(151271、150945、151287、151289)和T5(133175、946003)，平面測量精度±2.5 mm+1 ppm。

(4)溫度計(jì)3支，氣壓計(jì)3個，筆記本電腦3臺。

以上儀器均按規(guī)定進(jìn)行了檢定或檢驗(yàn)。

2.2 軟件配置

(1)中海達(dá)HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包；

(2)電子水準(zhǔn)計(jì)算程序和清華三維平差軟件；

(3)測量觀測記錄系統(tǒng)，邊長計(jì)算軟件。

2.3 人員配置

參與該監(jiān)測網(wǎng)復(fù)核項(xiàng)目的專業(yè)技術(shù)人員共10人，其中高級工程師以上3人、工程師3人、助理級以下4人。

2.4 已有資料利用情況

利用國家GPSC級點(diǎn)(潮州建設(shè)局、龍湖初級中學(xué))作為復(fù)核水平位移監(jiān)測網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，對起算數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核檢測，沒有發(fā)現(xiàn)粗差，可使用。

利用Ⅱ水準(zhǔn)點(diǎn)(Ⅱ韓江17、Ⅱ韓江N20)作為垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，對起算數(shù)據(jù)進(jìn)行了校核檢測，沒有發(fā)現(xiàn)粗差，可使用。

3 水平位移監(jiān)測網(wǎng)復(fù)核方案

3.1 水平位移復(fù)核網(wǎng)布設(shè)

3.1.1 GPS網(wǎng)布設(shè)

由GPS C級點(diǎn)“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級中學(xué)”、基點(diǎn)07、基點(diǎn)08、基點(diǎn)02等組成水平位移復(fù)核網(wǎng)(GPS復(fù)核網(wǎng))，GNSS625為檢查點(diǎn)。具體圖形如圖1所示。

圖1 GPS復(fù)核網(wǎng)

3.1.2 基點(diǎn)邊長測量布設(shè)

利用已知的基點(diǎn)07和基點(diǎn)08對基點(diǎn)02構(gòu)網(wǎng)進(jìn)行檢測。由于基點(diǎn)08和基點(diǎn)02不通視，故在供水樞紐管理處附近布置一個轉(zhuǎn)點(diǎn)A。由基點(diǎn)08測至轉(zhuǎn)點(diǎn)A、轉(zhuǎn)點(diǎn)A測至基點(diǎn)02構(gòu)成支導(dǎo)線。具體圖形如圖2所示。

3.1.3 已知點(diǎn)檢測

根據(jù)規(guī)范要求，需要對已知點(diǎn)進(jìn)行檢測。檢測利用靜態(tài)測量方式同時觀測“潮州建設(shè)局”、“龍湖初級中學(xué)”和“GNSS625”3個已知點(diǎn)(如圖3)。將“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級中學(xué)”作為已知點(diǎn)求解出“GNSS625”的平面坐標(biāo)再與已知的“GNSS625”的平面坐標(biāo)進(jìn)行比較，以及與已知點(diǎn)“潮州建設(shè)局”和“龍湖初級中學(xué)”的基線長進(jìn)行比較，由此來判斷起算點(diǎn)是否存在兼容問題。通過平差數(shù)據(jù)與已知數(shù)據(jù)對比，結(jié)果如表1和表2所示。

圖2 支導(dǎo)線圖

圖3 已知點(diǎn)檢測網(wǎng)圖

已知點(diǎn)平差結(jié)果/m誤差/m點(diǎn)名X/mY/mXY△X△Y潮州建設(shè)局2 616 645.278461 469.693————龍湖初級中學(xué)2 606 320.682463 016.054————GNSS6252 612 741.874461 845.2802 612 741.893461 845.285-0.019-0.005

表2 基線比較表

由表1可知，誤差小于圖上0.05 mm，檢測合格，已知點(diǎn)可以使用。

由表2可知，相對誤差小于限差，檢測合格，已知點(diǎn)可以使用。

3.1.4 復(fù)核網(wǎng)測量

復(fù)核網(wǎng)采用三等水平位移監(jiān)測網(wǎng)規(guī)范要求施測，按GPS C級網(wǎng)的精度觀測。聯(lián)測東溪工作基點(diǎn)07、08和西溪工作基點(diǎn)02三個點(diǎn)，并解算出平面坐標(biāo)。具體的網(wǎng)圖見圖4。

圖4 三等復(fù)核網(wǎng)網(wǎng)圖

采用六套雙頻GPS儀器，邊連式同步進(jìn)行測量記錄。具體GPS靜態(tài)測量作業(yè)的基本技術(shù)要求按GB/T 18314—2009有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。采用軟件HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包自動解算，星歷數(shù)據(jù)直接使用精密星歷，模糊度采用雙差固定解。對流層模型采用霍普菲爾德模型，電離層模型采用自動模型[2]?；€解算成功后進(jìn)行了各種粗差的檢驗(yàn)，對個別復(fù)測基線誤差較大的，在不影響整體控制網(wǎng)網(wǎng)形的前提下剔除了誤差較大的時段或基線邊。同時進(jìn)行了同步環(huán)、異步環(huán)和重復(fù)基線的檢驗(yàn)。各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求，成果可靠。

3.1.5 基點(diǎn)邊長測量

本次使用徠卡全站儀TC2003(440543)進(jìn)行測量，儀器加常數(shù)為0.1 mm、乘常數(shù)為0.1 ppm。共測邊長兩條，分別為基點(diǎn)08至A，A至基點(diǎn)02，往返測量。邊長測量采用4個測回的數(shù)據(jù)。

測距邊長經(jīng)氣象改正、加乘常數(shù)改正、周期誤差改正、傾斜改正后，把邊長歸算至指定高程面上(本次選擇最接近測區(qū)所有工作基點(diǎn)的高程面為17 m)[3]。邊長各觀測限差均符合要求。

使用徠卡全站儀TC2003(440543)進(jìn)行角度測量，測角精度為0.5"。分別在基點(diǎn)08和轉(zhuǎn)A上設(shè)站，測取基點(diǎn)07至A的角度和A至基點(diǎn)07的角度，施測左右角各9個測回。水平角各觀測限差均符合要求。由邊長和水平角測量結(jié)果可計(jì)算得基點(diǎn)08至基點(diǎn)02的基線長。

3.2 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)測量

垂直位移監(jiān)測網(wǎng)測量按照測區(qū)實(shí)際情況，選取距離測區(qū)最近的國家二等水準(zhǔn)點(diǎn)Ⅱ韓江17作為起算點(diǎn)，檢測高程點(diǎn)共3個(分別為基點(diǎn)水01、基點(diǎn)水02、基點(diǎn)水08)，形成一個閉合水準(zhǔn)路線，采用往返觀測，單程路線長6.5161 km；在此之前，對韓江17和韓江N20兩個點(diǎn)進(jìn)行已知點(diǎn)復(fù)核，復(fù)核采用附合水準(zhǔn)路線，往測6.0490 km，返測6.0488 km；路線累計(jì)長度25.13 km。觀測路線見圖5。

圖5 水準(zhǔn)路線網(wǎng)圖

水準(zhǔn)測量要求按照《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/T 12897—2006)執(zhí)行，作業(yè)前嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行i角檢查和起算點(diǎn)檢測，合格后方可進(jìn)行作業(yè)。二等水準(zhǔn)精密平差計(jì)算時，對觀測所用高差進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺長度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正等改正項(xiàng)[1]。

本次垂直位移監(jiān)測網(wǎng)采用徠卡電子水準(zhǔn)儀DNA03(33435)進(jìn)行測量，每天測量前均對儀器進(jìn)行了i角檢查。精度等級為二等，往返觀測在標(biāo)尺(30739和30830，標(biāo)尺改正數(shù)為+0.001 mm/m)分劃線成像清晰、穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，采用尺臺作轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，往測時，測站觀測順序?yàn)椋汉?前-前-后、前-后-后-前；返測時，測站順序?yàn)椋呵?后-后-前、后-前-前-后；往返測均為偶數(shù)站[1]。

利用電子水準(zhǔn)觀測記錄程序處理，平差計(jì)算利用清華三維進(jìn)行平差計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均符合規(guī)范要求。

3.3 西溪基點(diǎn)變形分析

3.3.1 現(xiàn)場查勘情況分析

在西溪右岸基點(diǎn)01、基點(diǎn)02兩個觀測工作基點(diǎn)查看時，可見基點(diǎn)02東北方向有一樓盤“×××××”，該樓盤圍墻距基點(diǎn)02約二十多米，該樓盤主體建筑距基點(diǎn)02也只有50 m左右。根據(jù)資料顯示:近兩年來，由于基點(diǎn)02東北方向的古美村新建大量高層建筑，可能造成基點(diǎn)02輕微偏移。也恰好從2015年4月開始，西溪閘壩壩頂水平位移出現(xiàn)異常。所以，東北方向樓盤基礎(chǔ)擠壓影響是造成基點(diǎn)02位移的外在因素。

3.3.2 基點(diǎn)02埋標(biāo)結(jié)構(gòu)分析

潮州供水樞紐是建在地質(zhì)條件非常復(fù)雜、覆蓋層非常厚的軟基水利工程項(xiàng)目。該工程監(jiān)測系統(tǒng)工作基點(diǎn)由施工單位建設(shè)而成，工作基點(diǎn)均為單根鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，鉆孔深度未到基巖，而是打在相對穩(wěn)定的砂卵石層。這些工作基點(diǎn)，如果周邊沒有工程建設(shè)干擾是相對穩(wěn)定的，否則工程建設(shè)干擾會對復(fù)雜的軟基地層產(chǎn)生擠壓滑動，然后帶動工作基點(diǎn)位移。所以，基點(diǎn)埋標(biāo)采用鉆孔灌注樁未到基巖的工程方法存在缺陷，也是造成基點(diǎn)02受東北方向樓盤基礎(chǔ)擠壓影響位移的內(nèi)在因素[4]。

3.3.3 西溪基點(diǎn)距離變化分析

根據(jù)已有的基點(diǎn)01、基點(diǎn)02和基點(diǎn)03的坐標(biāo)、計(jì)算距離及實(shí)測值，經(jīng)整理后見表3。

表3 西溪基點(diǎn)觀測比較表

從表中可知，2016年8月22日實(shí)測基點(diǎn)02至基點(diǎn)01和基點(diǎn)03的邊長分別比變形前邊長縮短了3.53 cm 和2.09 cm。

基點(diǎn)01遠(yuǎn)離古美村新建高層建筑群，埋設(shè)在基點(diǎn)02下游堤岸，周圍環(huán)境穩(wěn)定；基點(diǎn)03與新建高層建筑群的距離有80 m左右，新建筑物對基點(diǎn)03的影響有限；而與新建高層建筑群距離只有20 m左右的基點(diǎn)02，受到的影響很大。結(jié)合表3分析說明：基點(diǎn)02向基點(diǎn)01、基點(diǎn)03方向產(chǎn)生水平位移，位移量分別為3.53 cm、2.09 cm。

3.3.4 西溪變形觀測點(diǎn)角度數(shù)據(jù)分析

根據(jù)2015年1月—2016年8月共13期變形觀測數(shù)據(jù)，以2015年1月為首期，其他各期(2～13期)變形點(diǎn)XP01～XP24的角度值呈現(xiàn)規(guī)律性變化。各期與首期比較，從2015年2月第2期始，連續(xù)5期(至2015年6月第6期)的角度呈現(xiàn)逐步增大，每期增值在1″～11″之間；然后連續(xù)3期(至2015年8月第8期)的角度呈現(xiàn)逐步縮小，每期縮小值在1″～4″之間；然后至2015年9月第9期的角度再次呈現(xiàn)增大，增值在1″～4″之間；然后連續(xù)3期(至2016年3月第12期)的角度呈現(xiàn)逐步縮小，每期縮小值在1″～16″之間；之后至2016年8月第13期的角度再次增大，至第13期(至2016年8月)的角度增大變化值平均達(dá)17″，說明角度變化遵守正弦規(guī)律，符合了第13期(2016年8月)基點(diǎn)02向基點(diǎn)01、基點(diǎn)03方向水平位移3.53 cm、2.09 cm的變化情況。

4 結(jié)論與建議

西溪基點(diǎn)變形分析結(jié)論：由于工作基點(diǎn)采用鉆孔灌注樁未到基巖的工程方法存在缺陷，受上埔村新建高層建筑群基礎(chǔ)擠壓影響，基點(diǎn)02產(chǎn)生水平位移，位移方向?yàn)榛c(diǎn)02與基點(diǎn)01、基點(diǎn)03所構(gòu)成的45°角方向，位移量分別為3.53 cm、2.09 cm。

通過GPS和導(dǎo)線測量方法對監(jiān)測網(wǎng)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，兩種方法計(jì)算的坐標(biāo)較差是△x=4.5 mm，△y=0.7 mm，總較差是△d=4.6 mm，測量成果質(zhì)量可靠，符合規(guī)范要求?，F(xiàn)有的觀測系統(tǒng)中，東溪和西溪的兩個觀測工作是基本獨(dú)立的且多年沒有聯(lián)測過，本次基點(diǎn)測量成果可作為東溪、西溪兩個變形監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)一的依據(jù)。

目前的變形監(jiān)測網(wǎng)不完善、不規(guī)范且不統(tǒng)一，建議應(yīng)按有關(guān)規(guī)程規(guī)范重新建立一個完整、合理的監(jiān)測系統(tǒng)，并在江東洲生產(chǎn)待工區(qū)的合適位置新建觀測校核基點(diǎn)，以滿足今后的監(jiān)測系統(tǒng)校核需要。

新的變形監(jiān)測系統(tǒng)要與樞紐自動化監(jiān)測系統(tǒng)有機(jī)相聯(lián)，變形監(jiān)測新舊成果應(yīng)建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，統(tǒng)籌分析研究。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局.國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范：GB/T 12897—2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范：GB/T 18314—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.工程測量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：GB 50026—2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[4] 中華人民共和國水利部.水利水電工程施工測量規(guī)范：SL 52—2015[S].北京：中國水利水電出版社，2015.