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分為便攜式測斜儀和固定式測斜儀,便攜式測斜儀分為便攜式垂直測斜儀和便攜式水平測斜儀,固定式分為單軸和雙軸測斜儀,應(yīng)用最廣的是便攜式測斜儀。測斜儀是一種通過測定鉆孔傾斜角從而求得水平向位移的原位監(jiān)測儀器。

測斜儀的基本配置包括測斜儀套管、測斜儀探頭、控制電纜及測斜讀數(shù)儀。

測斜管通常安裝在穿過不穩(wěn)定土層至下部穩(wěn)定地層的垂直鉆孔內(nèi)。使用數(shù)字垂直活動測斜儀探頭,控制電纜,滑輪裝置和讀數(shù)儀來觀測測斜管的變形。第一次觀測可以建立起測斜管位移的初始斷面。其后的觀測會顯示當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生運(yùn)動時斷面位移的變化。觀測時,探頭從測斜管底部向頂部移動,在半米間距處暫停并進(jìn)行測量傾斜工作。探頭的傾斜度由兩支受力平衡的伺服加速度計測量所得。一支加速度計測量測斜管凹槽縱向位置,即測斜儀探頭上測輪所在平面的傾斜度。另一支加速度計測量垂直于測輪平面的傾斜度。傾斜度可以轉(zhuǎn)換成側(cè)向位移。對比當(dāng)前與初始的觀測數(shù)據(jù),可以確定側(cè)向偏移的變化量,顯示出地層所發(fā)生的運(yùn)動位移。繪制偏移的變化量可以得到一個高分辨率的位移斷面圖。此斷面圖有助于確定地面運(yùn)動位移的大小,深度,方向和速率。

當(dāng)測斜探頭在測斜管內(nèi)自下而上逐段滑動測量時,探頭內(nèi)的傳感器敏感地反映出測斜管在每一深度段L處的傾斜角度變化,進(jìn)而根據(jù)傾斜角求出不同高程處的水平位移增量,即,由測斜管底部測點(diǎn)開始逐段累加,可得任一高程處的水平位移,即,式中：di為第i測量段的水平位移增量；θi為第i測量段管軸線與鉛垂線的夾角；Sj為測斜管底端固定點(diǎn)(i=0)以上i=j點(diǎn)處的位移。

在測斜儀觀測時,為了消除和減少儀器的零漂及裝配誤差等,應(yīng)在位移的正方向及測頭調(diào)轉(zhuǎn)180度以后的反方向各測讀一次數(shù)據(jù),取正反兩方向測讀數(shù)據(jù)的代數(shù)平均值作為傾角測值。

性能卓越：便攜式數(shù)字垂直活動測斜儀以其耐久性,高精度和反應(yīng)快速而贏得世界廣泛的贊譽(yù)。

可重復(fù)探測：為確保在各種測斜管上同樣可以探測,測斜儀探頭配備了堅固的輪架,密封的輪軸和特殊設(shè)計的測輪。

使用壽命長：探頭結(jié)構(gòu)緊湊,允許通過小半徑曲線,安裝使用期限超過了其他所有廠商的測斜儀。

計算機(jī)率定：每個測斜儀探頭都經(jīng)過專門設(shè)計的計算機(jī)率定工作臺嚴(yán)格率定。

可靠的控制電纜：控制電纜非常耐用而且便于搬運(yùn),即使在低溫下也可以保持靈活耐用的特點(diǎn)。控制電纜還具有耐化學(xué)腐蝕及耐磨損的特性,并提供了極好的空間穩(wěn)定性。柔韌的橡皮深度標(biāo)記永久可靠地硬化在電纜護(hù)套上。標(biāo)記不會松散,也沒有會損壞電纜護(hù)套及導(dǎo)線的毛刺。

深度控制一致：滑輪裝置為推薦輔助設(shè)備,它有助于操作者完成統(tǒng)一的深度控制。只能單向活動的電纜夾具確保了探頭的位置一致。

系統(tǒng)的完整性：測斜儀系統(tǒng)包括高質(zhì)量的測斜管,垂直和水平的活動測斜儀,垂直和水平的固定測斜儀,記錄讀數(shù)裝置,圖表分析軟件和專用附件。

分辨率：0.02mm/500mm；

重復(fù)性：±0.01%FS；

系統(tǒng)精度：±6mm/50個讀數(shù),通過軟件的修正程序可以得到更高的精度；

溫度范圍：-20至50℃；

尺寸：26×650mm。

1、高精度：傾斜角精度0.01°,方位角精度1°；

2、海量存儲：可存9999根樁的數(shù)據(jù)；

3、低功耗：連續(xù)工作超過24小時；

4、測量參數(shù)：傾斜角、方位角；

5、顯示方式：中文液晶顯示；

6、報警設(shè)置：量程范圍內(nèi)任意設(shè)定；

7、供電方式：內(nèi)置可充電鋰電池；

8、外形尺寸：150（mm）×65(mm）×43（mm）；V型接觸面；

9、重量：0.5kg。

不同測斜儀的工作流程都大同小異�，F(xiàn)以南京葛南事業(yè)有限公司生產(chǎn)的GN-1A型固定式測斜儀來介紹其工作流程。

準(zhǔn)備工作

布置觀測點(diǎn)與成孔：對于一個場地或者結(jié)構(gòu)物,觀測點(diǎn)應(yīng)該因地制宜,合理布置。一般要求相鄰觀測點(diǎn)的水平距離為一個成孔深,也可根據(jù)巖土工程等級適當(dāng)加密或減少觀測點(diǎn)。施工時盡量要求鉆孔是鉛錘的,偏差角應(yīng)小于2°。終孔直徑應(yīng)大于測斜管外徑30mm,鉆孔深度應(yīng)超過最深位移帶5m。所有鉆孔在埋設(shè)測斜管前應(yīng)該進(jìn)行驗收,合格后才能埋設(shè)。

測斜管的安裝：測斜管的安裝質(zhì)量是測試效果的關(guān)鍵,應(yīng)該遵循如下步驟：

1、將測斜管裝上管底蓋,用螺絲或膠固定；
2、將測斜管按順序逐根放入鉆孔中,測斜管與測斜管之間用接管連接,并用螺絲固定。測斜管在安裝中應(yīng)注意導(dǎo)槽的方向,導(dǎo)槽方向必須與設(shè)計要求定準(zhǔn)的方向一致。將組裝好的測斜管按次序逐節(jié)放入鉆孔中,直至孔口；
3、當(dāng)確認(rèn)測斜管安裝完好后即可進(jìn)行回填(一般用膨潤土球或原土沙）。回填時每填至3～5m時要進(jìn)行一次注水,使膨潤土球或原土沙遇水后,與孔壁結(jié)合的牢固,直至孔口；
4、測斜管地表管口段澆注混凝土,做成混凝土墩臺以保護(hù)管口和管口轉(zhuǎn)角的穩(wěn)定性。墩臺上應(yīng)設(shè)置位移和沉降觀測標(biāo)點(diǎn)；
5、露在地表上的測斜管應(yīng)注意做好保護(hù),蓋上管蓋,防止物體落入；
6、安裝完成后的測斜管應(yīng)先用模擬測斜儀試放,試放時測斜管互成90°的兩個導(dǎo)向槽都應(yīng)從上到下試放到,保證模擬測斜儀順測斜管能順暢通過。

測斜儀的組裝：在測試之前必須對測斜儀進(jìn)行檢驗校正,并做好測試前的準(zhǔn)備工作,再進(jìn)行組裝。

首先將測斜儀置入測斜管內(nèi),要使導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽內(nèi)。方向應(yīng)為導(dǎo)向輪的正向與被測位移坐標(biāo)(+X)的正向一致時測值為正,相反為負(fù)。然后根據(jù)電纜上標(biāo)明的記號,每基本長度測讀一次測斜管軸線相對基準(zhǔn)軸線的傾角。測試方式應(yīng)遵循下面兩個要點(diǎn):當(dāng)測斜管下部可靠固定在基巖中(埋入深度應(yīng)大于5000mm),可認(rèn)定基巖沒有位移。此時測量可至下而上測讀一次,直至管口；當(dāng)測斜管底部懸掛(底部未與基巖固定),此時測量應(yīng)由上至下進(jìn)行測量。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與整理分析過程一般采用自動化集成處理系統(tǒng)。這種自動數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),可成倍地提高工作效率和質(zhì)量。它是根據(jù)測斜儀的參數(shù)和有關(guān)計算公式編制計算機(jī)程序,其成果以表格和圖形形式輸出。

減少誤差措施

為提高測量精度,在測量時,當(dāng)四個導(dǎo)向輪在某一個測量段沒有完全進(jìn)入導(dǎo)向槽時,算術(shù)和值S會出現(xiàn)較大的變化。因此在測量時一定要使四個導(dǎo)向輪完全進(jìn)入導(dǎo)向槽中,在測管的接頭處可反復(fù)多測幾次。如果某一、兩處的和值與正常值明顯偏差過大可剔除不用。這都是由于一頭導(dǎo)向輪不在導(dǎo)向槽中引起的,這種情況多發(fā)生在管接頭處。

為了消除系統(tǒng)誤差,每個方向(±X,±Y)的位移(傾角)應(yīng)逐段正、反方向各測讀一次,取其差值的一半計算各段位移量。即：F=[（+X,+Y）-（-X,-Y）]/2,式中：F為傾斜儀的實時電測量值,單位為mv；±X,±Y為每個方向的測試讀數(shù),單位為mv。

由于整個測斜管所有同段上正、反方向兩次測值和的一半的計算值,應(yīng)為測斜儀的理論鉛直狀態(tài)下的讀數(shù)值,此F應(yīng)為定值。如果測值F有離散性,可能是下面四種情況引起的:

1、測斜儀前、后兩組導(dǎo)輪的幾何形心的連線在正、反兩次測量時不完全平行；
2、導(dǎo)向輪與導(dǎo)向槽的配合不好；
3、導(dǎo)向輪與輪架之間的間隙太大；
4、測斜管與膨潤土球或原土沙固結(jié)不好。

測斜儀使用中有五個誤區(qū)：

1、位移～深度曲線作法：位移～深度曲線即位移隨深度的變化曲線,是測斜儀最重要的監(jiān)測成果曲線,然而在長期的監(jiān)測實踐中發(fā)現(xiàn),測讀時很容易出錯。

2、每1m測讀一次時的數(shù)據(jù)處理：當(dāng)測斜孔深度較大,同時傾斜角隨深度的變化較小時,為了加快測量進(jìn)度,往往采用每1m測讀一次的方式進(jìn)行。然而在數(shù)據(jù)處理過程中,工程人員往往仍沿用每0.5m測讀一次時的數(shù)據(jù)處理方法。這將導(dǎo)致所作的位移～深度曲線與實際不符。

3、“累計位移”與“相對位移”的區(qū)別：位移有累計位移與相對位移之分。所謂累計位移,即計算點(diǎn)相對于孔底的位移;相對位移,是指計算點(diǎn)相對其本身初始值的位移變化值。同時又有工程人員將位移曲線分為絕對位移曲線和相對位移曲線。所謂絕對位移曲線,即按每次測讀數(shù)據(jù)單獨(dú)作出的位移曲線;相對位移曲線,即將每次測讀數(shù)據(jù)所得位移值減去測斜管初始位移值后所作出的曲線。顯然,絕對位移與累計位移是同一個概念。

然而,累計位移(或絕對位移)與相對位移在概念上是錯誤的。測斜管在埋設(shè)完畢之后一般不可能完全呈鉛垂?fàn)顟B(tài),即初始時刻已經(jīng)存在傾斜,但是該傾斜顯然并不能稱之為“位移”,而累計位移即是將初始傾斜值作為其位移的一部分,因此,累計位移在概念上是錯誤的。而相對位移為土體確實發(fā)生的位移,并不是相對的,應(yīng)改稱之為“位移”。

4、正反兩測回讀數(shù)差值問題：零漂對位移結(jié)果并無影響,通過標(biāo)準(zhǔn)兩測回和數(shù)據(jù)處理過程,零漂能被有效消除,最后得出的位移值U是正確的。此外可以看出,校核累計值正好為零漂值的兩倍,是一個常數(shù)。因此,如果校核累計值為常數(shù),那么表示U0和U180之間的差值只是由儀器零漂引起,這對測量結(jié)果來說是無影響的。而如果校核累計值不穩(wěn)定,往往反映了測斜管內(nèi)存在異物等其它因素,這些因素?zé)o法通過兩測回的方法得以消除,從而導(dǎo)致所測位移值與實際不符。故從位移測讀方面來看,校核累計值應(yīng)是越穩(wěn)定越好,尤其是當(dāng)其為常數(shù)時最佳。

5、判別測斜管底部發(fā)生位移的方法：測斜數(shù)據(jù)處理中,假設(shè)底部為位移零點(diǎn)。由于測斜管底部通常嵌入穩(wěn)定的基巖內(nèi),因此該假設(shè)一般來說是合理的。然而在深厚軟土層中,測斜管底部亦可能發(fā)生位移。通常情況下,通過測讀數(shù)據(jù)無法判別底部是否發(fā)生移動,然而在某些特殊情況下,這是可以實現(xiàn)的。

測斜儀的使用注意事項：

在工作溫度內(nèi)使用,防止震動、嚴(yán)禁撞擊孔底、防止探頭突然加速、嚴(yán)禁提著電纜搖擺探頭；

在捆綁電纜線的時候嚴(yán)禁使用鐵絲和金屬類,最好使用絞盤或者繩類收線；

及時擦凈探頭、清潔并干燥接頭、潤滑測輪和o型圈,注意防潮、清潔插座及面板；

用完后嚴(yán)禁長期性讓每個連接處不分開,這樣會引起水分長期殘留在探頭內(nèi)腐蝕接頭；

測試完成后,擦干探頭和電纜,蓋好保護(hù)蓋,將探頭放入保護(hù)箱內(nèi)；

回到室內(nèi),擦干讀數(shù)儀并給電池充電；

最好讓所有的接頭在室內(nèi)風(fēng)干。

經(jīng)過幾十年的理論研究和應(yīng)用實踐,測斜儀越來越向輕便、簡易、自動化方向發(fā)展,由此產(chǎn)生的效果也越來越明顯。為保證巖土工程設(shè)計、施工及其運(yùn)行安全,各種各樣的測斜儀發(fā)揮了重要的作用。相信隨著巖土工程信息化建設(shè),各種監(jiān)測方法將會得到廣泛重視。

工程概況

LNG電廠,廣東省惠州市大亞灣殼牌石油項目旁。該廠東臨大海,北為丘陵地貌。地基處理面積約36.06萬m。本次試驗區(qū)監(jiān)測與檢測,面積約900m。根據(jù)深圳市勘察測繪院提供的工程地質(zhì)勘察報告表明,場地內(nèi)無揭露淤泥質(zhì)土之類的軟弱下臥土層。試驗區(qū)內(nèi)采用強(qiáng)夯、碾壓加固的處理方法。測斜儀監(jiān)測的主要目的是監(jiān)測強(qiáng)夯過程中引起的土體側(cè)向位移。

設(shè)計布置

按照設(shè)計及規(guī)范要求,共布設(shè)3個監(jiān)測點(diǎn)(靠近海邊),位置按設(shè)計方要求布設(shè)。測斜監(jiān)測分別在地面下約1.5、2.5、4.5、5.5m處進(jìn)行。測斜管埋設(shè)好后,強(qiáng)夯施工前每天觀測1次,強(qiáng)夯施工時加密觀測,以后每天觀測一次,總共監(jiān)測時間為一個月。

監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與處理

監(jiān)測使用的儀器是南京葛南事業(yè)有限公司生產(chǎn)的GN-1A型固定式測斜儀,通過自動數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng),可以得到測斜儀監(jiān)測成果表。

在場地強(qiáng)夯過程中,場地土體發(fā)生了結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的轉(zhuǎn)變：一方面,場地中心區(qū)域的土體得到加密,甚至部分土體發(fā)生隆起(分析原因可能是夯點(diǎn)間距過小或夯擊能量過大)；另一方面,場地中心的土體會擠壓周邊的土體,特別是靠近海邊的土體具有凌空面,凌空面的高度4～6m,肉眼可以發(fā)現(xiàn)凌空面在強(qiáng)夯過程中發(fā)生明顯變化,局部地區(qū)甚至發(fā)生少量土體坍塌。在靠近海邊的區(qū)域等距離布置了3個監(jiān)測孔。經(jīng)過對布置的3個孔進(jìn)行監(jiān)測,可以得到場地強(qiáng)夯過程中引起的土體側(cè)向位移情況,為場地強(qiáng)夯施工提供了及時的監(jiān)測信息,從而及時修改強(qiáng)夯點(diǎn)距和夯擊能量。通過對面積約900m的試驗區(qū)監(jiān)測,得到最佳強(qiáng)夯點(diǎn)距為6～7m,夯擊能量為2000kN·m。這樣既可以滿足場地地基承載力的設(shè)計值,又防止靠近海邊的土體發(fā)生傾斜或坍塌。