【文章內(nèi)容簡介】 垂直 度測量是建筑工程測量的重要組成部分。垂直度測量是指利用儀器在一個測站上完成向上向下作垂直投影或提供一條垂直線，將平面上的坐標，經(jīng)過豎向傳遞，標定在要求的位置上，保證建筑物的垂直度。線錘鉛直投測法是交為常見也是使用最多的方法。 變形監(jiān)測測量 工程變形監(jiān)測的基礎(chǔ)知識 變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行持續(xù)觀測、對變形第 2章 工程建筑的測量應(yīng)用 12 體變形性態(tài)進行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進行預(yù)測等的各項工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。在精密工程測 量中，最具代表性的變形體有 大壩 、 橋梁 、高層建筑物、 邊坡 、 隧道 和地鐵 等。 變形監(jiān)測的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)變形體的性質(zhì)和地基情況決定。對水利工程建筑物主要觀測水平位移、垂直位移、滲透及裂縫觀測，這些內(nèi)容稱為外部觀測。為了了解建筑物 (如大壩 )內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況，還應(yīng)對混凝土應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、溫度等進行觀測，這些內(nèi)容常稱為內(nèi)部觀測，在進行 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理 時，特別是對變形原因做物理解釋時，必須將內(nèi)、外觀測資料結(jié)合起來進行分析。 變形監(jiān)測的首要目的是要掌握水工建筑物的實際性狀，科學(xué)、準確、及時的分析和預(yù)報水利工程建筑物的變形狀況，對水利工程建筑物的施工和運營管理極為重要。變形監(jiān)測涉及工程測量、 工程地質(zhì) 、 水文 、 結(jié)構(gòu)力學(xué) 、 地球物理 、 計算機 科學(xué)等諸多學(xué)科的知識，它是一項跨學(xué)科的研究，并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展。 變形監(jiān)測工作的意義主要表現(xiàn)在兩個方面：首先是掌握水利工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運行診斷提供必要的信息，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括根本的理解變形的機理，提高工程設(shè)計的理論，進行反饋設(shè)計以及建立有效的變形預(yù)報模型。 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理 根據(jù)變形觀測數(shù)據(jù)繪制變形過程曲線是一種最簡單而有效的數(shù)據(jù)處理方法，由過程曲線可作趨勢分析。如果將變形觀測數(shù)據(jù)與影響因子進行多元回歸分析和逐步回 歸計算，可得到變形與顯著性因子間的函數(shù)關(guān)系，除作物理解釋外，也可用于變形預(yù)報。多元回歸分析需要較長的一致性好的多組時間序列數(shù)據(jù)。 若僅對變形觀測數(shù)據(jù)，可采用灰色系統(tǒng)理論或時間序列分析理論建模，前者可針對小數(shù)據(jù)量的時間序列，對原始數(shù)列采用累加生成法變?yōu)樯蓴?shù)列，因此有減弱隨機性、增加規(guī)律性的作用。如果對一個變形觀測量 (如位移 )的時間序列，通過建立一階或二階灰微分方程提取變形的趨勢項，然后再采用時序分析中的自回歸滑動平均模型ARMA，這種組合建模的方法，可分性好且具有以下顯著優(yōu)點：將非平穩(wěn)相關(guān)時序轉(zhuǎn)化為獨 立的平衡時序；具有同時進行平滑、濾波和推估的作用；模型參數(shù)聚集了系統(tǒng)輸出的特征和狀態(tài)；這種組合模型是基于輸出的等價系統(tǒng)的理想動態(tài)模型。 第 2章 工程建筑的測量應(yīng)用 13 把變形體視為一個動態(tài)系統(tǒng)，將一組觀測值作為系統(tǒng)的輸出，可以用卡爾曼濾波模型來描述系統(tǒng)的狀態(tài)。動態(tài)系統(tǒng)由狀態(tài)方程和觀測方程描述，以監(jiān)測點的位置、速率和加速率參數(shù)為狀態(tài)向量，可構(gòu)造一個典型的運動模型。狀態(tài)方程中要加進系統(tǒng)的動態(tài)噪聲。卡爾曼濾波的優(yōu)點是勿需保留用過的觀測值序列，按照一套遞推算法，把參數(shù)估計和預(yù)報有機地結(jié)合起來。除觀測值的隨機模型外，動態(tài)噪聲向量的協(xié)方差陣估計 和初始周期狀態(tài)向量及其協(xié)方差陣的確定值得注意。采用自適應(yīng)卡爾曼濾波可較好地解決動態(tài)噪聲協(xié)方差的實時估計問題?？柭鼮V波特別適合滑坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)處理；也可用于靜態(tài)點場、似靜態(tài)點場在周期的觀測中顯著性變化點的檢驗識別。 對于具有周期性變化的變形觀測時間序列，通過 Fourier 變換，可將時域內(nèi)的信息轉(zhuǎn)變到頻域內(nèi)分析，例如大壩的水平位移、橋梁的垂直位移都具有明顯的周期性。在某一觀測時刻的觀測值數(shù)字信號可表示為許多個不同頻率的諧波分量之和，通過計算各諧波頻率的振幅，最大振幅以及所對應(yīng)的主頻率等，可揭示變形的周 期變化規(guī)律。若將變形體視為動態(tài)系統(tǒng)，變形視為輸出，各種影響因子視為輸入，并假設(shè)系統(tǒng)是線性的，輸入輸出信號是平穩(wěn)的，則通過頻譜分析中的相干函數(shù)、頻響函數(shù)和響應(yīng)譜函數(shù)估計，可以分析輸入輸出信號之間的相干性，輸入對系統(tǒng)的貢獻 (即影響變形的主要因素及其頻譜特性 )。 變形分析與預(yù)報的系統(tǒng)方法 用現(xiàn)代系統(tǒng)論為指導(dǎo)進行變形分析與預(yù)報是目前研究的一個方向。變形體是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它具有多層次高維的灰箱或黑箱式結(jié)構(gòu)，是非線性的，開放性 (耗散 )的，它還具有隨機性，這種隨機性除包括外界干擾的不確定性外，還表現(xiàn)在對初始狀 態(tài)的敏感性和系統(tǒng)長期行為的混沌性。此外，還具有自相似性、突變性、自組織性和動態(tài)性等特征。 按系統(tǒng)論方法，對變形體系統(tǒng)一般采用輸入 — 輸出模型和動力學(xué)方程兩種建模方法進行研究，前者系針對黑箱或灰箱系統(tǒng)建模，前述的時序分析、卡爾曼濾波、灰色系統(tǒng)建模、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型乃至多元回歸分析法都可以視為輸入 — 輸出建模法。采用動力學(xué)方程建模與變形物理解釋中的確定函數(shù)法相似，系根據(jù)系統(tǒng)運動的物理規(guī)律建立確定的微分方程來描述系統(tǒng)的運動演化。但對動力學(xué)方程不是通過有限元法求解，而是在對系統(tǒng)受力和變形認識的基礎(chǔ)上，用低階的簡化的在 數(shù)學(xué)上可解和可分析的模型來模擬變形過程，模型解算的結(jié)果基本符合客觀事實。例如用彈簧滑塊模型模擬地震第 2章 工程建筑的測量應(yīng)用 14 過程的混沌狀態(tài)和高邊坡的粘滑過程，用單滑塊模型模擬大壩的變形過程，用尖點突變模型解釋大壩失穩(wěn)的機理。對動力學(xué)方程的解的研究是系統(tǒng)論分析方法的核心，為此引入了許多與動力系統(tǒng)有關(guān)的基本概念，這些概念與變形分析和預(yù)報密切相關(guān)，它們是：狀態(tài)空間或相空間 (稱解空間 )、相軌線、吸引子、相體積、李亞普諾夫指數(shù)和柯爾莫哥洛夫熵等。例如相軌線代表相點運動的跡線，每一個相點代表狀態(tài)向量 (變形、速率或影響因子 )在某一時刻的解；吸引子 代表系統(tǒng)的一種穩(wěn)定的運動狀態(tài)，它可以是一個穩(wěn)定的相點位，環(huán)或環(huán)面，也可以是相空間的一個有限區(qū)域，對于局部不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，將出現(xiàn)分數(shù)維的奇怪吸引子，表示系統(tǒng)將出現(xiàn)混沌狀態(tài)。李亞普諾夫指數(shù)描述系統(tǒng)對于初始條件的敏感特征，根據(jù)其符號可以判斷吸引子的類型以及軌線是發(fā)散的還是吸引 (收斂 )的。柯爾莫哥洛夫熵則是系統(tǒng)不確定性的量度，由它可導(dǎo)出系統(tǒng)變形平均可預(yù)報的時間尺度。對變形觀測的時間序列 (如位移量 )進行相空間重構(gòu)，并按一定的算法計算吸引子的關(guān)聯(lián)維數(shù)，柯爾莫哥洛夫熵和李亞普諾夫指數(shù)等，可在整體上定性地認識變形的規(guī)律 。另外，也可根據(jù)監(jiān)測資料，反演變形體系統(tǒng)的非線性動力學(xué)方程。系統(tǒng)論方法還涉及變形體運動穩(wěn)定性研究，這種穩(wěn)定性在數(shù)學(xué)上可轉(zhuǎn)化為微分方程穩(wěn)定性的研究，主要采用李亞普諾夫提出的判別方法。 系統(tǒng)論方法涉及到許多非線性科學(xué)學(xué)科的知識，如系統(tǒng)論、控制論、信息論、突變論、協(xié)同論、分形、混沌理論、耗散結(jié)構(gòu)等。上述理論遠不是工程測量工作者所能掌握的，將系統(tǒng)論方法與變形分析與預(yù)報相結(jié)合的研究只是初步的，希望有更多的青年學(xué)者加入到這一研究領(lǐng)域來。 第 3章 工程測量應(yīng)用案例分析 15 第三章 工程測量應(yīng)用案例分析 工程概況 本工程地處深圳市福 田區(qū)梅林梅坳一路九號，總建筑面積 （ m2），地下室面積 （ m2），地上面積 （ m2），地上 16 層、地下 2層，建筑高度 （ m），合理使用年限 50年，結(jié)構(gòu)類型采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7 度，建筑耐火等級一級，人防工程等級常六，核六，防化丙級，基礎(chǔ)類型沖孔灌注樁基礎(chǔ)、墩基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)等。 基坑及控制點 A 點高程為 ，工程標高為 . 基礎(chǔ)施工測量 前期準備工作 第 3章 工程測量應(yīng)用案例分析 16 ，熟悉整個設(shè)計 圖紙，全面了解設(shè)計意圖，根據(jù)現(xiàn)場總體布置，施工進度安排制定放線方案。 、復(fù)核甲方提供的平面控制點及高程控制點，檢查無誤后辦理好交點手續(xù)。 ，繪制放樣詳圖。 ，建立測量控制方格網(wǎng)，利用坐標轉(zhuǎn)換計算測量坐標。 ，建立平面控制點和高程控制點，并按要求預(yù)埋控制基點。 基線測設(shè) 根據(jù)甲方提供的控制點，利用全站儀測設(shè)“十字”型縱橫基線，測量時，以復(fù)核符合測量要求的控制點作為測站，后視另外兩控制點，選擇其中距離較遠的點作為起始方向， 根據(jù)已計算的水平角度和測邊長度分別施測點 A、點 B 及點 O三個點。水平角測量不少于二個測回。三點測量完成后以 O 點為測站，后視 B 點檢查角度∠ BOA，若角度誤差超出 10 秒，必須對三點重新定位，角度誤差在規(guī)范圍內(nèi)時，則采用反方向把誤差平差到各點，再移動各點位并固定，然后以 O點為測站，后視 B點或 A點，然后施測控制點 C點， D點， A、 B、 C、 D 點必須引測到不受施工影響，土質(zhì)較為堅硬，便于保護和以后測量方便的地方?？刂泣c作法一般采用不小于φ 20，長度不小于 30cm的鋼筋打入地面，四周用砼保護，外露長度約 1020mm，并刻畫 十字絲作為標志。 軸線測設(shè) 本工程軸線測設(shè)主要是工程樁軸線測設(shè)。工程樁采用鉆孔樁，施工前必須施測出主要的軸線，然后依照軸線測量出各承臺的樁位。為了方便測量減少計算量，先按設(shè)計圖紙各軸線間的尺寸把施工坐標轉(zhuǎn)換為測量坐標。測量時以基線控制點為基點采用極坐標法分別測出縱橫各軸線點，檢查無誤后引測到四周的龍門板上的小鐵釘上，用紅油漆作好標志并標明軸線編號。 樁位的測放與復(fù)核 樁位的測放要根據(jù)己測放出的建筑物軸線，認真準確的在施工場地上測放出來，并用木樁或鋼筋頭固定，樁位測放后應(yīng)進行認真復(fù)核，無誤 后請監(jiān)理及業(yè)主進行復(fù)核，樁機就位后還要對樁位進行復(fù)核，無誤后才能施工。 工程施工放樣 全站儀放樣使用說明 第 3章 工程測量應(yīng)用案例分析 17 放樣點：只知道圖紙上坐標，而不知道現(xiàn)場位置，需要把坐標所對應(yīng)的位置在現(xiàn)場標定出來的點就是放樣點。 全站儀坐標表示跟圖紙坐標對應(yīng)關(guān)系： N(北坐標 ) — X ， E（東坐標） Y ， Z（天頂方向坐標） — 標高。 測站點和后視點必須滿足的條件：知道兩個點的現(xiàn)場位置和坐標，兩點之間必須相互看得見。 全全 站站 儀儀 的的 兩兩 個個 最最 基基 本本 的的 功功 能能 ：放樣和數(shù)據(jù)采集。 放樣：已知現(xiàn)場兩個點的位置和坐標：把知道坐標而不知道現(xiàn) 場位置的點在現(xiàn)場的位置標定出來的工作就是放樣。 放樣的具體操作步驟： ，對中、整平。 電源 鍵開機。屏幕顯示垂直角過零。 ，屏幕顯示 V， HR，進入角度測量界面。 鍵，進入放樣程序，屏幕提示：選擇一個文件。 F3 選擇跳過，屏幕進入坐標放樣 1/2 菜單。 F1 選擇輸入測站點，屏幕顯示測站點。 F3 選擇坐標，屏幕進入測站點的 N,E,Z 坐標輸入界面。 F1 輸入，進入集體坐標輸入狀態(tài)，在輸入位置顯示 ，再按數(shù)字鍵輸入具體坐標。每輸完一個坐標 后按 F4 回車確認輸入。重復(fù)此項操作依次輸入 N,E,Z 的坐標值。當輸入完 Z數(shù)據(jù)并回車后，屏幕顯示輸入儀器高。 F1 輸入，進入具體數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)，在輸入位置顯示 ，再按數(shù)字鍵輸入具體儀高值。完成后按 F4 回車，儀器確認對點器所對坐標值，屏幕返回坐標放樣 1/2菜單。 F2 輸入后視點，屏幕顯示后視點界面。 F3 坐標，屏幕進入后視點的 N,E 坐標輸入界面。 F1 輸入，分別輸入后視點的 N,E 坐標（方法同第 8 步），然后按 F4 回車，第 3章 工程測量應(yīng)用案例分析 18 屏幕顯示照準后視點。此時，松開水平和垂直制動螺旋，轉(zhuǎn)動儀器，精 確瞄準后視點。（當測站點儀器望遠鏡與后視點棱鏡桿尖滿足互相通視，盡可能照準后視點棱鏡桿尖位置，使測量結(jié)果更精確。） F4 是，儀器確認現(xiàn)場方位角，屏幕返回坐標放樣 1/2 菜單。 F3 輸入放樣點，屏幕顯示放樣點。 F3 坐標，屏幕進入放樣點的 N,E,Z 坐標輸入界面。分別輸入放樣點的 N,E,Z坐標（方法同第 8步）。輸入完畢后按 F4 回車 ,屏幕顯示輸入棱鏡高度。 F1 輸入棱鏡高，完成后按 F4 回車，屏幕顯示放樣參數(shù)計算。 F4 繼續(xù)，屏幕顯示角度差調(diào)為零。 松開儀器水平制動螺旋調(diào)整水平 讀數(shù)直到 dHR 值為 0。指揮跑棱鏡桿者，把棱鏡桿放置到望遠鏡十字絲豎線的方向上。 ，知道瞄準棱鏡中心，按 F3 距離，屏幕顯示 HD， dH,dZ,（ HD為測站點到棱鏡之間的水平距離 ,dH 為棱鏡到放樣點間的水平距離 ，直到 dH為 0，此時棱鏡桿尖所在位置即為放樣點。 F4 換點，屏幕返回 14步，重復(fù)操作即可。 定點放樣 4 月 3 日，地下室一層板面砼澆筑完成，待砼干固進行軸線放樣，利用全站儀放樣四個點。 如下圖示：軸線 4 個交點為 1（ ） 2（ ） 3 （ ） 4 （ ） 第 3章 工程測量應(yīng)用案例分析 19 1．準備工作 使用儀器為徠卡 TS06，已經(jīng)控制點為 A （ ） B （ ） 2．放樣操作 a)在 A 點架設(shè)儀器，打 開儀器（激光對中）對中整平，由一人在 B 點豎立棱鏡用于定向。 b)進入操作界面，選擇一個文件，選擇放樣功能，進入坐標放樣，選擇輸入測站點，選擇輸入后視點，選擇坐標，依次輸入 4 個點坐標。 c)退回菜單，選擇放樣，輸入后視點坐標。此時，松開水平和垂直制動螺旋，轉(zhuǎn)動儀器，精確瞄準后視點，儀器確認現(xiàn)場方位角。 d)調(diào)