關(guān)于修訂國家標準《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》豎向位移監(jiān)測精度的實驗分析

胡園園，劉俊生，陳昌師

(南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

1 引 言

南京市測繪勘察研究院股份有限公司應濟南大學邀請參編修訂國家標準《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB50497-2009[1]，為了更好地完成修訂工作，確保該標準具有廣泛的代表性、良好的適應性和更高的修訂水平，本文采取實驗分析方法研究豎向位移監(jiān)測精度，為該規(guī)范修訂提供依據(jù)和數(shù)據(jù)參考。

本次實驗以南京河西某基坑工地為實踐場地，由于基坑工程的豎向位移和水平位移監(jiān)測在專業(yè)劃分上均屬于變形測量的范疇，故本次實驗豎向位移監(jiān)測等級要求參考《建筑物變形測量規(guī)范》JGJ8-2016[2]的二等變形測量要求。實驗主要分析以下三類參數(shù)對測量精度的影響：觀測線路、測站數(shù)、測量等級。通過對實驗參數(shù)的自由組合，共設置了12種不同實驗工況，每種工況進行5次獨立觀測，通過對60組實驗數(shù)據(jù)進行測站高差中誤差、樣本中誤差分析，得出了一些有用結(jié)論。

2 實驗設計

2.1 實驗要求

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)表3.2.2建筑變形測量的等級、精度指標及其適用范圍，二等變形測量適用于“重要場地的邊坡監(jiān)測、重要的基坑監(jiān)測”，故本次試驗主要參考該規(guī)范的二等變形測量要求。

2.2 實驗方案

本次豎向位移實驗主要分析以下三類參數(shù)對測量精度的影響：觀測線路、測站數(shù)、測量等級?？紤]到現(xiàn)場實際情況及基坑工地基準點設置情況，本次豎向位移觀測實驗均采用閉合線路。

其中觀測線路分為兩種情況。觀測線路一：閉合線路中包含建(構(gòu))筑物、基坑等復雜情況(代號X1)；觀測線路二：閉合線路中不包含建(構(gòu))筑物、基坑等(代號X2)。

測站數(shù)分為三種情況。測站數(shù)一：線路總測站數(shù)10站(代號C1)；測站數(shù)二：線路總測站數(shù)20站(代號C2)；測站數(shù)三：線路總測站數(shù)30站(代號C3)。

測量等級分為兩種情況。測量等級一：標準二等，即前后視距差、視線長度等參數(shù)嚴格按照JGJ8-2016《建筑變形測量規(guī)范》中表4.2.3-1數(shù)字水準儀觀測要求執(zhí)行(代號L1)；測量等級二：偏差二等，即可按照現(xiàn)場實際情況進行變通執(zhí)行(代號L2)。

根據(jù)三大類不同參數(shù)組合，本次實驗共產(chǎn)生了12種不同工況情況，每種工況進行5次獨立觀測，共進行60次閉合水準線路測量，具體如表1所示：

本次實驗時間從2017年3月31日～2017年4月4日結(jié)束，實驗場地位于南京某工地基坑項目場地。工地施工工況為：二層支撐施工中。

不包含建(構(gòu))筑物、基坑的X2工況在基坑北側(cè)金沙江東街道路上設置閉合線路，包含有建(構(gòu))筑物、基坑的X1工況則在基坑外側(cè)圍墻、基坑中間棧橋上設置閉合線路，具體工況線路圖及點位布置圖如圖1所示。

實驗工況安排 表1

圖1 工況線路圖及點位布置圖

2.3 實驗器材準備

在水準測量儀器要求方面，根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)中表4.2.1水準儀型號和標尺類型規(guī)定，測量等級二等可以采用DS05或DS1的水準儀。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在南京地區(qū)絕大多數(shù)從事基坑監(jiān)測的企業(yè)都已經(jīng)普遍配備了足夠數(shù)量的DS05型數(shù)字水準儀，DS1和DS2型水準儀大有被淘汰的趨勢，故本次實驗儀器全部選用DS05型數(shù)字水準儀。

儀器：5臺天寶DINI03儀器，標稱精度 ±0.3 mm/km

人員：5名操作熟練的技術(shù)人員，2名輔助人員

條碼尺：一副銦瓦尺(保證樣本的一致性)

尺墊：2個5 kg尺墊，帶輔助桿

腳架：5個木質(zhì)三角腳架

3 精度分析原理

3.1 一測站高差中誤差

根據(jù)誤差傳播定律[3]，計算一測站高差中誤差，即：

(1)

其中：m——每測站高差中誤差

△——線路高差閉合差

n——測站數(shù)

3.2 樣本中誤差

通過對水準測量的原理、方法、誤差來源等進行分析，并針對這些因素改變某些觀測條件，采用獨立觀測實驗方法，計算測點高程中誤差。

在觀測次數(shù)N不是無限多時，真值很難確定，而一個接近于真值的量(最或然值)可以通過公式計算得來，N越大，最或然值與真值的差別越小。為了將N為有限個數(shù)n時計算的算術(shù)平均值與真值相區(qū)別，用x表示，即

(2)

這時，因x不等于X，故觀測值L與x之差將不是真誤差，而是被稱為離差的v，在測繪學中稱為改正數(shù)。計算v的規(guī)則如下：

v=x-L或x=L+v

(3)

即觀測值加上改正數(shù)v后為最或然值。利用改正數(shù)v也可以計算中誤差，計算式為[3]：

(4)

4 實驗數(shù)據(jù)分析

4.1 閉合差及一測站高差中誤差分析

不同工況閉合差(mm) 表2

不同工況一測站高差中誤差(mm) 表3

圖2 不同工況下閉合差分布

圖3 不同工況下一測站高差中誤差分布

依據(jù)GB50026-2007《工程測量規(guī)范》第10.3.5條“DS05級水準儀視準軸與水準管軸的夾角不得大于10″”[4]可知本次實驗5臺儀器i角均在合格范圍內(nèi)。

另外X1C1L1線路中所有閉合差普遍較大，考慮本次線路測量過程中，工地挖機作業(yè)靠近水準線路，導致偶然誤差增大。其中組4(儀器i角-9.59″)在此3條線路中均有閉合差超過 1 mm的情況，表明儀器i角大小會對線路閉合差產(chǎn)生一定影響；X1C3L2線路中3組數(shù)據(jù)閉合差均超過 1 mm，表明在測站數(shù)較多、水準線路復雜且測量等級不嚴格情況下，偶然誤差會增大。

結(jié)合表3及圖3可知：60組一測站高差中誤差樣本中有4個數(shù)據(jù)超過 0.3 mm，不滿足《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》表6.3.3的要求，但均小于 0.5 mm(JGJ8-2016《建筑變形測量規(guī)范》中表3.2.2建筑變形測量的等級、精度指標及其適用范圍規(guī)定，二等水準測量測站高差中誤差限值為 0.5 mm)。

4.2 相同工況相同點樣本中誤差分析

注：①測點信息詳見表1。②本表中測點中誤差均包含5次獨立觀測值。

由表4可知，本次實驗12個工況中共獲得了76組樣本中誤差，有5個工況8組樣本存在測點高程中誤差超過 0.5 mm的情況。其中工況X1C1L1：測點L01、Q01；工況X1C1L2：測點L01；工況X1C3L2：測點L01、Q01；工況X2C2L1：測點D02；工況X2C3L2：測點D04、D08。測點高程中誤差的誤差范圍為 0.059 mm～0.801 mm。

測點L01、Q01高程中誤差在3個不同工況中均大于 0.5 mm，有可能是測量過程中這兩個點立尺不穩(wěn)造成的。除去偶然因素，僅有3點次超過 0.5 mm，占總樣本的3.9%。

5 實驗結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場實驗及數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

(1)外業(yè)測量過程中，應盡量避免挖機作業(yè)等惡劣環(huán)境，否則會導致偶然誤差增大，數(shù)據(jù)成果不理想。

(2)在測站數(shù)較多(≥30站)的情況下，線路閉合差會大于 1 mm，但并未超過閉合差限值。

(3)儀器i角大小會影響線路閉合差，一般來說i角越大，線路閉合差越大，且這種情況概率會隨著測站數(shù)n的增加而增大。

(4)一測站高差中誤差普遍小于 0.3 mm，但在閉合差未超限的情況下仍然存在測站高差中誤差大于 0.3 mm情況。

(5)測量等級的嚴格與否對線路閉合差沒有明顯影響。

(6)線路難易程度對線路閉合差影響不大。

(7)測點高程中誤差大小與線路閉合差有密切關(guān)系，線路閉合差越大，測點高程中誤差越大，反之亦然。

6 建 議

《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》修訂稿中豎向位移精度如表5所示：

原規(guī)范中豎向位移監(jiān)測精度要求 表5

注：監(jiān)測點測站高差中誤差系指相應精度與視距的幾何水準測量單程一測站的高差中誤差。

建議修訂參數(shù)如表6所示：

建議修訂的豎向位移監(jiān)測精度要求 表6

注：①監(jiān)測點測站高差中誤差系指相應精度與視距的幾何水準測量單程一測站的高差中誤差。
②表中n為測站數(shù)。