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(dòng)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(chǔ)記錄）、顯示器件、鍵盤和測(cè)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(cè)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(cè)量原理相似：即采用編碼標(biāo)尺，儀器內(nèi)裝置圖像識(shí)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(cè)，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(hào)，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(hào)送入微處理器進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并將其與內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼（參考信號(hào)）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(duì)其進(jìn)行沉降觀測(cè)。

2.1 監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)建立

根據(jù)施工平面布置圖和編制好的監(jiān)測(cè)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(cè)。每期施測(cè)前對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，確認(rèn)各點(diǎn)無異常變化方進(jìn)行沉降觀測(cè)。

2.2 沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置

沉降觀測(cè)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(dòng)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(cè)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(dòng)補(bǔ)償器：磁阻尼擺式補(bǔ)償器（±15″）。高差、高程自動(dòng)計(jì)算和放樣，在測(cè)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(cè)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(cè)實(shí)施

觀測(cè)精度：按照GB50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》和JGJ8-2007《建筑變形測(cè)量規(guī)范》二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求施測(cè)。每次觀測(cè)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(cè)網(wǎng)的主要技術(shù)要求（mm）

表1

2.5 觀測(cè)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(cè)周期，沉降速度放緩時(shí)，可適當(dāng)加長(zhǎng)觀測(cè)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(cè)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(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

對(duì)該住宅樓共進(jìn)行了20余次沉降觀測(cè)，對(duì)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(cè)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(duì)值小于0.4mm，儀器性能穩(wěn)定，索佳SDL30用于沉降觀測(cè)，精度相當(dāng)高。運(yùn)用SDL通訊工具，將觀測(cè)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(cè)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(duì)建筑物沉降變形情況進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。

3 數(shù)字水準(zhǔn)儀的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字水準(zhǔn)儀是以自動(dòng)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(cè)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(cè)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(chǎng)計(jì)算以及人為出錯(cuò)的重復(fù)測(cè)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(cè)量。能自動(dòng)判斷測(cè)量限差，并在超限時(shí)提示重測(cè)。

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

4 數(shù)字水準(zhǔn)儀的劣勢(shì)

1）數(shù)字水準(zhǔn)儀對(duì)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(duì)其配套標(biāo)尺進(jìn)行照準(zhǔn)讀數(shù)，并要求有一定的視場(chǎng)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(cè)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(cè)量的有效電信號(hào)，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(cè)前，使儀器與環(huán)境溫度趨于一致，測(cè)量時(shí)打傘遮陽(yáng)。

2）同一測(cè)站觀測(cè)時(shí)，不得兩次調(diào)焦，前后視距盡量相等。

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

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

5）標(biāo)尺應(yīng)嚴(yán)格直立，并防止地面震動(dòng)對(duì)觀測(cè)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(cè)繪成果精度。

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

6 結(jié)束語(yǔ)

與常規(guī)水準(zhǔn)儀相比，數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降觀測(cè)，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(cè)，便于實(shí)現(xiàn)沉降觀測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化。

［1］JGJ8-2007建筑變形測(cè)量規(guī)范[S].

［2］GB 50026-2007工程測(cè)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(cè)中的應(yīng)用[J].江蘇測(cè)繪，1999.