探讨基坑检测中测斜原理与误差

马成玉

江苏地华实业集团有限公司 江苏南京 210000

摘要：本文简要概述了基坑监测的内容及对测斜原理与误差做出了重点探讨。

关键词：基坑监测；测斜；原理；误差

一、基坑监测概述

1.1基坑监测。基坑监测包括支护结构应力及变位的监测、周围建筑物及地下水位监测、深层土体水平位移监测（即测斜），其中，深层位移监测能够综合反映基坑性状。地方法规已明确规定：较大深基坑施工中必须进行深层位移监测。

深层位移监测是一项技术性较强的测试项目，基坑支护测斜监测可以及时了解基坑开挖产生的土体变形对周围建筑物的影响情况，掌握基坑整体和局部的稳定和安全状况，指导基坑开挖施工，及时预警，以尽量避免或减少可能带来的损失。可以将测斜监测数据与理论计算值进行比较，验证基坑支护设计计算准确性，并判断前一步施工工艺和参数是否符合预期要求，以确定下一步的施工。可以根据监测数据反推设计参数以优化设计，并总结工程施工经验，为以后的设计和施工提供依据。

1.2测斜仪器测斜原理。测斜仪是一种通过量测仪器轴线与铅垂线之间倾角θ 的变化量，进而计算基坑支护各垂直位置各点水平位移的专门仪器。

图1 监测原理图 图2 位移累计示意图

如图1和图2为测斜仪量测的原理图，图中探头下滑动轮作用点相对于上滑轮作用点的水平偏差可以通过仪器测得的倾角θ计算得到，计算公式为：

△δi=Li×sin△θi （1）

式中△δi—第i 量测段的相对水平偏差增量植；Li—第i 量测段的垂直长度，通常取为0.5m，1.0m等整数；△θi—第i 量测段的相对倾角增量值。

假设管端水平偏差为零，第n段深度测斜管的水平偏差总量为：

（2）

如果将每段间隔Li取为常量，则水平偏差总量与δ仅为相对倾角增量△βi的函数，同时计入管端水平位移值δ0，则上式写为：

（3）

根据工程需要，将 L 取定 0.5m，预先在测斜仪上设置好参数时，将测斜仪探头伸入测斜管上下滑移，即可在读得偏差总量。

实际量测时，可将测斜仪插入与桩墙铅直方向放置的测斜管内，并沿管内导槽缓慢下滑，按式（3）中取定的间距L逐段测定各位置处管道与铅直线的相对倾角，假设桩墙与测斜管挠曲协调，就能得到整个桩墙轴线的水平挠曲，只要配备足够多的量测点，所绘制的曲线是连续光滑的

由（1）至（3）式可知，测斜管的水平偏差总量δ 为各量测段的叠加，这里存在的问题是以测斜管底端作为起算点还是以测斜管顶端作为管端起算点。正确的处理是根据现场施工过程中板墙的实际受力状况和桩墙端头约束条件具体确定。在監测过程中，应以第一次读数作为基准读数，而以后各次所得读数以此次读数为基准得累计位移量。

测斜管安装：安装测斜管时应该尽量让测斜管的凹槽的方向与预计的方向相同，这个方向通常称为 A 轴，与这个（凹槽）方向垂直的轴称为 B 轴。当测斜管在第一次检测完之后（例如基准读数），就应该选择一个测斜探头的安装方向。选定这个方向后即使重复的测量多次，探头在测斜管里的方位仍然是确定的。一般将探头上面的滑轮的方向作为定向，这样的话即使测试平面有位移时，滑轮也是朝着同一个方向。图3说明了测斜管安装时凹槽与支护倾斜方向的关系。

实际上，要让测斜管的凹槽正确的定位定向通常很困难，通常选择预期的位移方向作为主要的参照方向来设定方位。一般建议将这个方向（A+）标记在测斜管上，这样每次测量的时候方向都会一致，而不会弄混探头的下放方向。测斜管凹槽方向的方位角可以参照方向A+顺时针方向测量得出，在数据后处理和删减数据时可以参考这个方位角，测斜仪所有按顺序测出的位移值都会以这个方向作为参考。当探头沿反时钟方向旋转90度并且向右倾斜视B平面内的位移值为正值。

二、误差分析

误差来源：误差分为系统误差和偶然误差两种。

系统误差可以找出其规律采取措施削弱和消除对测量结果的影响。而单个偶然误差是没有规律的，但大量重复的偶然误差却具有统计特性。伺服加速度计式测斜仪的误差来源主要是以下三方面：

2.1 观测误差。观测时仪器放置位置的差异，以及每个人读数的习惯不同都会导致每次读数不同，观测误差属于偶然误差。对于前者，选用数字式测测斜仪电缆上有铝制卡环，测试时将卡环卡在测斜管口的铝合金卡座上固定，这样重复安置时偏差不会超过5mm，这对测试精度很重要；对于后者，尽量固定一个人操作，对操作者进行培训。

2.2 仪器误差。1）K0漂移误差。长期来言，K0是一个缓慢变化的变量，存在K0漂移误差；而对某次观测而言，K0可以看作是常量不予考虑。2）测斜管及导轮的机械误差。当测斜管发生变形以及导轮运转受卡或因为导轮的弹力不足的情况下，使导轮不能进入准确的位置，在特定的位置总是产生一定的误差。理论上这种误差是有规律的，但由于测斜管位于地下，没法知道它的规律性并进而消除，观测中要尽量避免出现这种误差，定期检查探头。3）读数仪表误差。在现场观测过程中，接收仪表因接触不良或本身仪器性能的变化有一定的观测差异。这种误差在仪器制造的时候都有一定的标定，属于偶然误差，要保证测斜仪电池电量充足。

2.3 环境误差。环境中的温度、湿度会对仪器观测值产生一定的影响，再者测斜孔导槽中如有泥沙、杂物等也将给观测值带来误差。为此要求观测时测头在孔内要待温度适应后再进行观测；测斜孔孔口应制作干净平整的工作台，放置电缆及仪器，尽量不使泥沙带入测孔内。测试完成后，关闭测斜系统的程序，关闭线滚的电源并断开探头和线滚的连接。擦干净探头和电缆，重新将探头和线滚上面的接头保护盖拧上，并将测管管口加上保护盖，返回办公室后，应该彻底清洁仪器，线滚和其他配件，防止上面粘有水分和杂物，并给线滚的电池和掌上电脑充电以备下次使用。

以上是一般的测斜仪的误差分析原理，但是对于数字式测斜仪来说这一步并不存在，因为这些误差分析已经集成在其读数器单元———掌上电脑内了，其自带的软件可以进行处理，然后输出的已经是经过处理的结果了，而不是以上误差处理中所提到的U1，U2（电压输出值）。在掌上电脑上进行对应的操作：位移变化量、相对于铅垂线的绝对位移、相对于基准读数的相对位移等最终数值都可以得出来。但是了解这些误差分析方法可以帮助更深入的了解测斜仪的基本工作原理及数据处理方式。

三、结论

在此分析了数字式测斜仪系统的监测原理；探讨了误差来源以及消除方法。

参考文献：

[1]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，1995.

[2]李锋.全站仪自由设站法的精度分析[J].现代测绘，2006，29（5）：3-4.

[3]杨守菊，徐常亮.全站仪自由设站的应用及精度分析[J].甘肃科技，2008，24（19）：43-45.

[4]向英伟，刘飞，曹军奇，等.利用全站仪直线放样功能测量定线的精度分析[J].北京测绘，2010（4）：4-7.