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位移測量范文第1篇

【關(guān)鍵詞】FPGA 光柵信號 Verilog 辨向電路 計數(shù)電路

1 概述

光柵位移傳感器是基于光柵莫爾條紋信息變換原理的模C數(shù)傳感器[1]，光柵信號由于不受時間影響、抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點，光柵傳感器位置測量技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備、精密現(xiàn)代化加工設(shè)備等方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前光柵位移測量系統(tǒng)方案主要包括：光柵位移信號處理電路（濾波、降噪等）、控制單元、LCD顯示電路及功能鍵。這些方案實現(xiàn)的方法各不相同，也各有不足[2，3]。例如：劉翠玲，趙權(quán)等人[2]提出運(yùn)用單片機(jī)作為處理芯片，存在控制速度慢，精度低等不足；謝敏[3]提出使用一片F(xiàn)PGA芯片完成細(xì)分、辨向計數(shù)等功能，提高了數(shù)據(jù)處理的實時性，但存在人機(jī)界面不友好等不足。

針對目前光柵測量方案的不足，本文以FPGA為主芯片，采集光柵信號并對光柵進(jìn)行細(xì)分，運(yùn)用Verilog HDL語言對FPGA進(jìn)行硬件編程，使FPGA實現(xiàn)細(xì)分、辨向、計數(shù)等功能，大大減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，并運(yùn)用單片機(jī)讀取計數(shù)器的值并進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，使系統(tǒng)實現(xiàn)點、線、圓的測量等功能，最后用液晶顯示屏顯示結(jié)果或通過USB口將所測的元素上傳到上位機(jī)后在屏幕上描繪出來，形成一個高速、人機(jī)界面友好、低成本、高精度的多功能測量系統(tǒng)，滿足機(jī)床測量的需求。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該測量系統(tǒng)選用低成本的新天光電50線/mm的光柵傳感器，當(dāng)它正常工作的時候，輸出相差為900的TTL方波信號A+、B+和它的反信號A-、B-，以及R+和其反信號R-即參考點信號三組信號。

X軸、Y軸、Z軸分別連接3路光柵傳感器，光柵傳感器輸出的三路信號經(jīng)過FPGA里的四細(xì)分及辨向后，輸出正向或反向脈沖信號并對其進(jìn)行計數(shù)，然后單片機(jī)通過讀取FPGA中數(shù)字量，并通過運(yùn)算，得出光柵移動的位置，最后用LCD顯示結(jié)果或通過USB口與PC機(jī)進(jìn)行雙向通訊。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖，如圖1所示。

3 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件電路主要由光柵傳感器、差分放大器MC3486、74HC14、LCD、單片機(jī)C8051F341和A3P030等組成。運(yùn)用Flash架構(gòu)FPGA的速度快、密度高、可在線修改等的特點，完成對光柵信號的處理，并實現(xiàn)對X軸、Y軸、Z軸光柵信號的細(xì)分、辨向、計數(shù)、位移測量的功能，其計數(shù)頻率高達(dá)到200MHz，分辨率達(dá)26位。

3.1 FPGA模塊設(shè)計

通過電子學(xué)細(xì)分提高光柵的精度，則必須要實現(xiàn)細(xì)分、辨向、計數(shù)的功能。本系統(tǒng)的設(shè)計主要是運(yùn)用FPGA來實現(xiàn)細(xì)分、辨向和計數(shù)的邏輯電路，核心芯片采用的是actel公司的 A3P030，此芯片系統(tǒng)門電路多、運(yùn)行速度極快、功耗低、掉電不易失、價格不錯，克服了用DSP和單片機(jī)導(dǎo)致的運(yùn)算速度慢的缺點。故常作為首選芯片。

3.1.1 四倍頻細(xì)分原理

FPGA里的四細(xì)分電路的設(shè)計思路是：FPGA接收來自經(jīng)過差分放大器、整形器后的2路相差900的A、B相信號，然后如果對A、B相信號的上升沿和下降沿都進(jìn)行計數(shù)，從而實現(xiàn)四細(xì)分計數(shù)，使測量精度提高4倍。本文選用觸發(fā)器D來獲取A、B相信號的邊沿脈沖，是因為D觸發(fā)器的輸出只有在時鐘上升沿的時候才能隨輸入端D變化的特點。

3.1.2 辨向計數(shù)原理

D觸發(fā)器能消除輸入信號的尖脈沖影響，所以為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，選用經(jīng)過第一個D觸發(fā)器產(chǎn)生與時鐘同步的信號A1、B1，再經(jīng)過第二個D觸發(fā)器產(chǎn)生與時鐘同步的信號A2、B2。A2、B2與A1、B1分別延時一個時鐘周期。

A1、B1是前一刻的狀態(tài)，A2、B2是當(dāng)前狀態(tài)，分析A1、B1、A2、B2電平狀態(tài)的關(guān)系可知：一個周期內(nèi)，光柵正向運(yùn)動時，A1B1A2B2電平值有（0010）、（1011）、（1101）、（0100）四個值，每發(fā)生一次這樣的變化，可逆計數(shù)器進(jìn)行加1；當(dāng)光柵反向運(yùn)動時，A1B1A2B2電平值有（0001）、（0111）、（1110）、（1000）四個值，每發(fā)生一次這樣的變化，可逆計數(shù)器進(jìn)行減1（四個狀態(tài)前后相互關(guān)聯(lián)，若狀態(tài)不連續(xù)變化視為無效）。

將以上輯，運(yùn)用Libero IDE軟件、Verilog語言，實現(xiàn)辨向計數(shù)的功能。

3.1.3 FPGA軟件程序設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計的FPGA模塊主要采用Verilog語言實現(xiàn)光柵信號的細(xì)分、辨向、計數(shù)、響應(yīng)單片機(jī)發(fā)出測量的功能。其程序流程圖，如圖2所示。

3.2 單片機(jī)C8051F341模塊設(shè)計

C8051F341單片機(jī)通過P0、P2口以讀寫控制線RD、WR與FPGA相連。通過訪問外部寄存器的方式讀寫A3P030內(nèi)部的輔助功能寄存器，以及讀取計數(shù)寄存器的值并進(jìn)行運(yùn)算。（單片機(jī)按著坐標(biāo)的順序先發(fā)送X軸方向測得的數(shù)據(jù)，等 X軸的數(shù)據(jù)停止發(fā)送后，再發(fā)送Y軸的數(shù)據(jù)，最后發(fā)送Z軸的數(shù)據(jù)）。

3.3 通訊模塊設(shè)計

本系統(tǒng)通訊模塊設(shè)計采用SP3232E接收器能將單片機(jī)TXD腳傳來的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平。T1IN腳接單片機(jī)的發(fā)送端即P1.1端口，PC機(jī)的RS-232的接收端口RD接T1OUT引腳。同時，R1OUT接單片機(jī)的接收端RXD1引腳即P1.0端口，PC機(jī)的RS-232的發(fā)送端TXD接R1IN引腳。

串口輸出數(shù)據(jù)的協(xié)議設(shè)計如下：

GX±*********Y±*********Z±*********

（其中：G―傳輸這組數(shù)據(jù)的標(biāo)志字，X、Y、Z―三個坐標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)志字，±―數(shù)據(jù)的符號位，*―傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)（9個數(shù)據(jù)中包含一個小數(shù)點））。

4 測量原理

系統(tǒng)要測量的平面幾何要素包括點、直線、圓的功能。本文綜合運(yùn)算能力及存儲空間等因素考慮，曲線擬合算法采用經(jīng)典的最小二乘法[4]。

4.1 線測量

線測量的功能是通過采集2-50個樣點來測量一個線元素。當(dāng)采集的樣點多于2個時，系統(tǒng)會根據(jù)采集的樣點求出一條最合適的直線。

假設(shè)所求的直線模型為：y=b0+b1x，利用n對觀測值，求出回歸系數(shù)b0，b1。采用最小二乘法，記

我們尋找使Q（b0，b1）達(dá)到最小值b0和b1。

假設(shè)光柵傳感器在直線上采樣30個點（用戶可以設(shè)置采樣的點數(shù)），運(yùn)用MATLAB將這些點擬合成一條直線：y=2.7843+1.238x。擬合直線圖，如圖3所示。

4.2 圓測量

測量圓可通過在圓周上采集3-50個樣點來測得。當(dāng)采集的樣點數(shù)多于3個時，系統(tǒng)會根據(jù)采集的樣點數(shù)據(jù)求出一個最合適的圓。假設(shè)光柵傳感器在圓上采集的一些點。運(yùn)用MATLAB擬合出這個圓的模型，如圖4所示。

4.3 實現(xiàn)方法

系統(tǒng)測量點、線、圓的功能主要運(yùn)用keil軟件編程，按測量鍵選擇進(jìn)入相應(yīng)測量界面，單片機(jī)檢測按鍵功能，然后調(diào)用相應(yīng)的子程序。

5 結(jié)束語

針對本文設(shè)計采用FPGA對光柵進(jìn)行細(xì)分，使其精度提高了4倍進(jìn)行驗證。利用仿真軟件Libero IDE進(jìn)行邏輯綜合、布局布線、時序仿真測試，系統(tǒng)時鐘約束設(shè)置為50MHZ，數(shù)據(jù)的時間說明情況如圖10所示。以X[1]值為例，它的需求時間為20.764ns，到達(dá)時間為15.716ns，時間充裕量為5.048ns。說明該系統(tǒng)設(shè)計滿足需求。

選取標(biāo)準(zhǔn)值為35.375mm的圓規(guī)，運(yùn)用本文設(shè)計的光柵位移測量系統(tǒng)對該圓規(guī)的直徑進(jìn)行測量，得到所測的圓直徑結(jié)果為35.378mm，偏差為+0.003mm。說明此系統(tǒng)的設(shè)計滿足精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]王慶有.光電技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]劉翠玲，趙權(quán)，劉天亮.基于AT89C52的多路智能測控儀[J].儀表技術(shù)與傳感器，2006（01）：15-17.

[3]謝敏.基于FPGA的多路光攀據(jù)采集系統(tǒng)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2013：9-22.

[4]Xu Guowang，Liao Mingchao.A variety of methods of fit circle[J].Journal of Wuhan Polytechnic University，2002（04）：104-105

作者簡介

湯攀（1990-），女，重慶市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)為貴州大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究生在讀。主要研究方向為嵌入式應(yīng)用技術(shù)。

位移測量范文第2篇

關(guān)鍵詞：基坑監(jiān)測工程位移測量技術(shù)重要性

中圖分類號：TV551.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

隨著高層建筑的不斷增多，施工難度及要求越來越高，周邊建筑物及深基坑施工安全也顯得越來越重要。因此，在基坑施工過程中，要對基坑支護(hù)樁的水平位移進(jìn)行全面的監(jiān)測，變形監(jiān)測的目的是要掌握變形體的實際性狀，科學(xué)、準(zhǔn)確、及時的分析和預(yù)報變形體的變形狀況，對工程建筑物的施工和運(yùn)營管理極為重要

1.基坑變形監(jiān)測的重要性和必要性

理論、經(jīng)驗和監(jiān)測相結(jié)合是指導(dǎo)基坑工程的設(shè)計和施工的正確途經(jīng)，對于復(fù)雜的大中型工程或環(huán)境要求嚴(yán)格的項目，往往難從以前的經(jīng)驗中得到借鑒，也難以從理論上找到定量分析、預(yù)測的方法，這就必定要依賴于施工過程中的現(xiàn)場監(jiān)測。開展基坑變形監(jiān)測的重要性主要體現(xiàn)在幾個方面。

1.1掌握基坑變形程度 根據(jù)監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)，可以及時了解基坑及周邊建筑物和設(shè)施在施工過程中所受的影響及影響程度，發(fā)生的變形及變形程度，為施工單位提供變形系統(tǒng)資料，方便施工單位安排施工方案和進(jìn)度。

1.2提供實時動態(tài)信息 基坑開挖過程中，由于各種因素的影響，基坑和周邊建筑物和設(shè)施一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并且其變化和變形無規(guī)律可循，這就必須靠施工現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)來了解基坑的實時變化，為施工單位提供動態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便施工單位安排施工方案和進(jìn)度。

1.3發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情，根據(jù)很多已發(fā)生的基坑安全事故的工程分析、統(tǒng)計可知，幾乎所有事故的發(fā)生都是由于施工單位對基坑施工過程中的監(jiān)測工作的不重視，從而造成較嚴(yán)重的工程事故，甚至造成人員傷亡事故。分析研究監(jiān)測數(shù)據(jù)，可及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)報險情及險情的發(fā)展程度，為設(shè)計方改進(jìn)設(shè)計方案和施工方采取安全補(bǔ)救措施提供可靠依據(jù)。

2.監(jiān)測內(nèi)容

2.1 周圍環(huán)境監(jiān)測

周圍環(huán)境監(jiān)測主要包括：鄰近構(gòu)筑物、地下管網(wǎng)、道路等設(shè)施變形的監(jiān)測，鄰近建筑物的傾斜、裂縫和沉降發(fā)生時間、過程的監(jiān)測，表層和深層土體水平位移、沉降的監(jiān)測，坑底隆起監(jiān)測，樁側(cè)土壓力測試，土層孔隙水壓力測試，地下水位監(jiān)測。具體監(jiān)測項目的選定需要綜合考慮工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、周圍建筑物及地下管線、施工連受和基坑工程安全等級情況。

2.2 支護(hù)體系監(jiān)測

支護(hù)體系監(jiān)測主要包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測，支護(hù)結(jié)構(gòu)傾斜監(jiān)測，支護(hù)體系應(yīng)力監(jiān)測，支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移監(jiān)測，支護(hù)體系受力監(jiān)測，支護(hù)體系完整性及強(qiáng)度監(jiān)測。

3.監(jiān)測儀器

通常情況下，基坑的監(jiān)測是需要借助一些設(shè)備的，一般使用的儀器主要包含以下幾種：

3.1 測斜儀：該儀器主要用在支護(hù)結(jié)構(gòu)、土體水平位移的觀測中。

3.2 水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀：該設(shè)備主要用在測量地下管線、支護(hù)結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境等方面的沉降和變位。

3.3 深層沉降標(biāo)：用于量測支護(hù)結(jié)構(gòu)后土移的變化，以判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 土壓力計：用于量測支護(hù)結(jié)構(gòu)后土體的壓力狀態(tài)是主動、被動還是靜止的，或測量支護(hù)結(jié)構(gòu)后土體的壓力的大小、變化情況等，來檢驗設(shè)計中的判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移情況和計算精確度。

3.5 孔隙水壓力計：為了能夠較為準(zhǔn)確的判斷坑外土體的移動，可用該儀器來觀測支護(hù)結(jié)構(gòu)后孔隙水壓力的變化情況。

3.6 水位計：為了檢驗降水效果就可以采用該儀器來量測支護(hù)結(jié)構(gòu)后地下水位的變化情況。

3.7 鋼筋應(yīng)力計：為了判斷支撐結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，使用該設(shè)備來量測支撐結(jié)構(gòu)的彎矩、軸力等。

3.8 溫度計：溫度對基坑有較大影響，為了能計算由溫度變化引起的應(yīng)力，則需要將溫度計和鋼筋應(yīng)力計一起埋設(shè)在鋼筋混凝土支撐中。

3.9 混凝土應(yīng)變計：要計算相應(yīng)支撐斷面內(nèi)的軸力，則需要采用混凝土應(yīng)變計以測定支撐混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。

3.10 低應(yīng)變動測儀和超聲波無損檢測儀：用來檢測支護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性和強(qiáng)度。

無論是哪種類型的監(jiān)測儀器，在埋設(shè)前，都應(yīng)從外觀檢驗、防水性檢驗、壓力率定和溫度率定等幾方面進(jìn)行檢驗和率定。應(yīng)變計、應(yīng)力計、孔隙水壓力計、土壓力盒等各類傳感器在埋設(shè)安裝之前都應(yīng)進(jìn)行重復(fù)標(biāo)定；水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測斜儀等除須滿足設(shè)計要求外，應(yīng)每年由國家法定計量單位進(jìn)行檢驗、校正，并出具合格證。

由于監(jiān)測儀器設(shè)備的工作環(huán)境大多在室外甚至地下，而且埋設(shè)好的元件不能置換，因此，選用時還應(yīng)考慮其可靠性、堅固性、經(jīng)濟(jì)性以及測量原理和方法、精度和量程等方面的因素。

4.監(jiān)測點布置

4.1基準(zhǔn)點布設(shè)及技術(shù)要求

4.1.1本次變形監(jiān)測基準(zhǔn)點:在施工區(qū)50m～100m外不受施工影響的穩(wěn)定區(qū)域，采用深埋鋼管水準(zhǔn)基點標(biāo)石方法，布設(shè)4個基準(zhǔn)點；采用混凝土澆筑的方法布設(shè)4個～6個強(qiáng)制觀測墩。

4.1.2基準(zhǔn)點應(yīng)設(shè)置在變形區(qū)域以外、位置穩(wěn)定、易于長期保存的地方，并應(yīng)定期復(fù)測。變形測量基準(zhǔn)點的標(biāo)石、標(biāo)志埋設(shè)后，應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后方可開始觀測。穩(wěn)定期應(yīng)根據(jù)觀測要求與地質(zhì)條件確定，不宜少于15d。

4.1.3監(jiān)測期間先將基準(zhǔn)點進(jìn)行聯(lián)測，然后再進(jìn)行觀測。

4.2變形監(jiān)測點布設(shè)及工作量

本工程基坑的安全等級為一級，本監(jiān)測工程按照一級基坑進(jìn)行監(jiān)測?？紤]到監(jiān)測目的和支護(hù)設(shè)計要求，確定監(jiān)測的主要對象有:

4.2.1地表沉降觀測點。根據(jù)設(shè)計要求沿基坑周邊每間隔約40m布置一條地表沉降監(jiān)測線，每條監(jiān)測線依據(jù)設(shè)計要求分別布置2個～5個地表沉降監(jiān)測點，共布置79個點。

4.2.2邊坡坡頂位移和沉降監(jiān)測點的埋設(shè)?；舆吰马敳康乃轿灰婆c垂直位移觀測點應(yīng)沿基坑周邊布置，在每邊的中部和端部均應(yīng)布置監(jiān)測點，其監(jiān)測點的間距不宜大于20m。為了便于對基坑進(jìn)行監(jiān)測，在離開邊坡頂部20cm的地方采用洛陽鏟人工鉆進(jìn)1．5m深的鉆孔，灌注混凝土，并設(shè)置觀測標(biāo)志。

4.2.3基坑邊坡深層水平位移監(jiān)測。分別在基坑邊坡頂部埋設(shè)測斜管，要求避開土釘設(shè)置，平面不大于50m的位置埋設(shè)測斜管。

4.2.4土釘內(nèi)力監(jiān)測。按照設(shè)計要求在土釘中設(shè)置102根應(yīng)力計，測定土釘?shù)氖芰顩r，土釘測力計布設(shè)在土釘主筋上。

4.2.5周邊構(gòu)筑物監(jiān)測。根據(jù)本工程場地條件，在基坑的影響范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計要求布設(shè)觀測點。

5.結(jié)語

總之，隨著建筑物高度的不斷增加，基坑深度也越來越深，施工難度更加復(fù)雜化，同時深基坑工程變形監(jiān)測作為信息化施工的重要手段之一，也開始成為深基坑工程施工過程中必不可少的組成部分。因此，深基坑的變形監(jiān)測將更為重要，要不斷改善監(jiān)測方法、監(jiān)測的內(nèi)容和提高精度，確?；邮┕さ陌踩头€(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

1.《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007

2.《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB 50497-2009

位移測量范文第3篇

[關(guān)鍵詞]變形監(jiān)測 水平位移監(jiān)測 基坑

引言

目前建筑物水平位移監(jiān)測應(yīng)用較多的方法有：視準(zhǔn)線法和交會法。利用經(jīng)緯儀或準(zhǔn)直儀等光學(xué)儀器，在兩個基準(zhǔn)之間建立一個基準(zhǔn)面，以該基準(zhǔn)面為依據(jù),測定出各個觀測點的水平位移量,稱為視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)線法可分為角度變化法(即測小角法)和移位法(活動標(biāo)牌法)兩種。如圖1，測小角法就是利用精密經(jīng)緯儀精確測定基線 與置鏡點 到觀測點 的連線 兩視線之間的微小角度變化 ，通過公式 來計算位移變化?；顒訕?biāo)牌法就是將活動標(biāo)牌分別安置在各觀測點上觀測時使標(biāo)牌中心在視線內(nèi)，觀測點對于基準(zhǔn)面的偏離值可以在活動標(biāo)牌的讀數(shù)尺上直接測定。

交會法是利用兩個基準(zhǔn)點和變形觀測點，構(gòu)成一個三角形，測定這個三角形的一些邊角元素，從而求得變形觀測點的位置，進(jìn)而計算出位移變化量的方法。前方交會法可用作拱壩、曲線橋梁、高層建筑等的位移監(jiān)測。

1． 小角法

如圖2所示，在基坑一定距離以外建立基準(zhǔn)點，水平位移監(jiān)測點的布設(shè)應(yīng)盡量與基準(zhǔn)點在一條直線上。具體操作時,沿監(jiān)測點與基準(zhǔn)點連線方向在一定遠(yuǎn)處(100～200m)選定一零方向，測定一定時間內(nèi)，觀測點與基準(zhǔn)點連線與零方向間角度變化值，根據(jù) ( 為觀測點 至基準(zhǔn)點的距離)計算基坑水平位移。此方法簡單易行，便于實地操作，但需場地較為開闊，基準(zhǔn)點應(yīng)建立在離基坑一定距離以外，不受基坑開挖影響。

小角法測位移時基準(zhǔn)點和水平位移監(jiān)測點分布圖：

在困難條件下基坑水平位移監(jiān)測，以一條邊為例，如圖5，選定 、 兩點為零方向，一般 、 可選為一定距離處清晰且固定的物體。在基坑監(jiān)測中，需要測定的是與基坑邊相垂直的位移。所以，零方向點與基準(zhǔn)點應(yīng)盡量處于平行于基坑邊的直線上，從而 點位移可通過測定角度 的變化測出。

監(jiān)測時，先測定角度 的大小 ,方向各觀測點與基準(zhǔn)點 的連線與 的夾角，以及 方向各觀測點與 的連線與 的夾角。二次監(jiān)測時,由于 點位移到 ，測定角度 的大小為 ,與第一次 相比將會有一定變化，設(shè)其變化為 ，如圖6所示。

此時垂直于基坑邊且離 點 處，作一標(biāo)志 ,則 點即為 點首次觀測時的位置。以 為基準(zhǔn)點，分別測定 方向上各觀測點與 的連線與 的夾角,與第一次測的角比較，利用小角法公式就可計算出觀測點偏移量，同理可測定 方向上各點的位移量。為了推求公式中的 ，可在首次監(jiān)測完成后，在垂直基坑邊而離 點2cm處,定一點 ，測定角 的大小，設(shè)其與 的差為 ,則根據(jù) ，可求得 。以后各期監(jiān)測步驟都與二期相同,可以作為常量而采用首次求得的 值。因為測定的 點位移方向是一直垂直于基坑的，所以 值大小不會改變。

2．前方交會

前方交會多用于較大范圍內(nèi)的地表移動和大壩的變形觀測。所采用的標(biāo)志仍為前述的觀測墩和覘標(biāo)。

設(shè)已給定的建筑物變形測量坐標(biāo)系統(tǒng)。 ， 為交會基線點，其坐標(biāo)為 、 基線長 ，方向 觀測角 ， ，如圖7所示。

這樣傳統(tǒng)的計算方法可用下列簡化方法代替：

當(dāng)為前方交會角時， (3-33)

當(dāng)為單三角形時，r角為經(jīng)圖形條件平差的數(shù)值

(3-34)

(3-35)

則 點的水平位移可按下式求得：

（1） 沿建筑物縱軸的方向位移量

(3-36)

（2） 沿建筑物橫軸的方向位移量

(3-37)

式中

由于變形觀測本身是一相對比較量，所以既不需要建立國家統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，又沒有必要對基線測定提出過高的精度要求。

3． 自由設(shè)站法測定水平位移

該方法的思路：

如圖8所示，已知 , 點的坐標(biāo)，通過觀測邊長 、角度 、 來求出 點的坐標(biāo)。然后觀測 長度和角 讀數(shù)來求出1點的坐標(biāo)，同理2、3點的坐標(biāo)可求的。

4． 觀測點設(shè)站法

該方法的思路：

如圖9所示， 、點是工作基點， 點是觀測點， 、 分別是每期觀測角度， 、 分別是觀測點 分別到 、 工作基點的距離。

位移測量范文第4篇

關(guān)鍵詞：基坑水平位移監(jiān)測；自動化監(jiān)測；常規(guī)監(jiān)測；監(jiān)測方法

中圖分類號：TV551.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 引言

近些年，隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，高層建筑、橋梁基礎(chǔ)、過江隧道、過街通道、地下立交、地鐵車站和區(qū)間隧道等工程大量涌現(xiàn)，特別是高層建筑為了滿足抗震和抗風(fēng)等結(jié)構(gòu)要求，基坑開挖深度越來越大。這些基坑工程在開挖深度、平面尺寸、荷載條件、土體性質(zhì)、施工環(huán)境、使用領(lǐng)域等方面各具特點，基坑變形監(jiān)測成為工程建設(shè)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

基坑水平位移傳統(tǒng)的監(jiān)測方法是采用高精度電子全站儀進(jìn)行基準(zhǔn)線法或極坐標(biāo)法等，此方法雖然技術(shù)可靠、精度高，但它是一種非連續(xù)的、勞動強(qiáng)度非常大的人工觀測方法。本文介紹了一種基坑水平位移變形自動化監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法特點是全自動無人值守，全天候不間斷，實時高精度監(jiān)測及預(yù)警實時自動連續(xù)的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)。此項技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于天津南開區(qū)東馬路仁恒深基坑開挖過程中帽梁水平位移的監(jiān)測。

2 監(jiān)測原理

2.1 水平位移自動化監(jiān)測方法

采用菲涅爾波帶板激光準(zhǔn)直測量法。圖1所示為水平位移實時自動監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的概念圖，該系統(tǒng)主要由氦氖激光器、菲涅爾波帶板、CCD傳感器、GPRS模塊、計算機(jī)等部分組成。系統(tǒng)的工作原理為：在水平位移點上設(shè)置菲涅爾波帶板，在不受水平位移影響的地方安置激光器和CCD傳感器，激光器發(fā)出的激光束應(yīng)大致垂直于水平位移的方向，激光束經(jīng)菲涅爾波帶板衍射后成像在CCD傳感器的視場中，在CCD的視場中放置一承像面，當(dāng)發(fā)生水平位移時，波帶板的位置也隨之變化，這時由CCD傳感器獲取的承像面上的激光衍射光斑的坐標(biāo)值會出現(xiàn)偏差，此偏差值由與CCD相連的計算機(jī)采集后，再根據(jù)激光器、波帶板、CCD三者的位置關(guān)系，以及波帶板的焦距等參數(shù)， 推算出波帶板處的水平位移量，最后用GPRS模塊將水平位移量通過GSM無線通信網(wǎng)傳輸?shù)筋A(yù)警中心。

平位移實時自動監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng) 圖1

2.2水平位移常規(guī)監(jiān)測方法

圍護(hù)樁帽梁頂水平位移監(jiān)測采用電子全站儀（如圖2所示）基準(zhǔn)線法和極坐標(biāo)法同時進(jìn)行觀測?；鶞?zhǔn)線法指的是沿基坑邊建立基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線的兩端點按照兩級控制的原理設(shè)置。首級控制點為基準(zhǔn)原點，一般布設(shè)在工地現(xiàn)場以外不受基坑位移影響的地方；第二級控制點為工作基點即基準(zhǔn)線的兩端點，一般布設(shè)在工地現(xiàn)場內(nèi)且受位移影響相對很小的地方，實際布設(shè)時，對于矩形基坑，工作基點常布設(shè)在矩形凹角上。測量時，首先用基準(zhǔn)原點檢測工作基點，如果工作基點有位移，則對其坐標(biāo)進(jìn)行修正，然后用工作基點監(jiān)測布設(shè)在帽梁上的水平位移點。首次測量時，采用坐標(biāo)法測定工作基點和測點的初始坐標(biāo)。每次觀測時，在基準(zhǔn)線的一端安置電子全站儀，照準(zhǔn)基準(zhǔn)線的另一端，然后將基準(zhǔn)線投射到水平位移點的旁邊，通過量取水平位移點離開基準(zhǔn)線的水平偏距，并從兩次觀測所得水平偏距之差，即可得知兩次期間水平位移點的位移量。極坐標(biāo)法是利用起算點坐標(biāo)和實測的邊長夾角，解算出每個待測點的絕對坐標(biāo)，進(jìn)而求出每個測點的變化矢量。

圖2

3 工程實例

3.1 工程概況

本工程位于天津市南開區(qū)東馬路與水閣大街交口，本工程東邊距離仁慈堂約14米,北邊距離水閣大街約35米，西邊距離東馬路約8米，南邊為仁恒二期工程。該工程由仁恒發(fā)展（天津）有限公司開發(fā)。本工程整個地塊呈L型，基坑開挖深度約21米，局部電梯井和集水井開挖深度達(dá)約24米，基坑周邊長度約為520米，基坑開挖面積約13000m2。本工程支護(hù)總體采用鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)，設(shè)置四道水平支撐體系，大部分位置采用Φ1300@1500鋼筋混凝土灌注樁，靠近保護(hù)建筑仁慈堂一側(cè)采用Φ1500@1700鋼筋混凝土灌注樁。根據(jù)工程要求需設(shè)置36米以上的超深止水帷幕，在基坑西、北、東三側(cè)靠近，周邊有道路和重點保護(hù)建筑，采用較為可靠的TRD工法（等厚水泥土地下連續(xù)墻工法），南側(cè)靠近二期場地范圍，采用三軸止水帷幕。止水帷幕深度36.5米?；娱_挖深度深，基坑工程安全等級為一級，監(jiān)測工作十分重要。

3.2 監(jiān)測點布設(shè)

監(jiān)測點的布置應(yīng)能反映監(jiān)測對象的實際狀態(tài)及變化趨勢；監(jiān)測標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固、明顯、結(jié)構(gòu)合理，監(jiān)測點的位置應(yīng)避開障礙物，便于觀測；同時布設(shè)監(jiān)測點考慮到自動化監(jiān)測的成本。遵循以上要求，該工程共布設(shè)8個監(jiān)測點，如圖3所示。

監(jiān)測點布設(shè)平面位置示意圖圖3

3.3監(jiān)測技術(shù)措施

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)程》（JGJ／T8－97）的規(guī)定以及該工程的實際情況，對其采用一級精度監(jiān)測，對于水平位移監(jiān)測點，其誤差不超過±1mm。為了確保監(jiān)測成果的質(zhì)量，除按上述的技術(shù)要點進(jìn)行監(jiān)測外，還必須采取如下的技術(shù)措施：

(1)兩檢校:

1）對所用的儀器在監(jiān)測過程中作定期檢定和校正；

2）對每個基準(zhǔn)點和工作基點作定期的檢測和修正。

(2)四固定:

1）所用儀器設(shè)備要固定；

2）監(jiān)測人員要固定；

3）監(jiān)測的條件、環(huán)境基本相同；

4）監(jiān)測的方法、路線、鏡位及程序要固定。

3.4監(jiān)測成果表

自動化和常規(guī)監(jiān)測成果表 表1

3.5監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2012年11月30日自動化和常規(guī)水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1）來看，二者之差最大為1mm（2測點）；2012年12月30日自動化和常規(guī)水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1）來看，二者之差最大為2mm（1測點）；2013年1月30日自動化和常規(guī)水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1）來看，二者之差最大為-2mm（4測點）；這說明此監(jiān)測方法測量精度是滿足要求的。

4結(jié)論

（1）本文介紹的基坑帽梁水平位移變形的全新自動監(jiān)測方法，是確保其施工質(zhì)量和施工安全、實現(xiàn)其真正的信息化施工的重要手段。

（2）該監(jiān)測方法特點是全自動無人值守，全天候不間斷，實時高精度監(jiān)測及預(yù)警實時自動連續(xù)的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)。

（3）從此次試驗所得數(shù)據(jù)來看，該監(jiān)測方法與常規(guī)的電子全站儀測量基坑帽梁水平位移方法相比，說明此監(jiān)測方法測量精度是滿足要求的。可以推廣應(yīng)用于深基坑開挖等其他類似工程施工的安全監(jiān)測中，從而可以大大降低勞動強(qiáng)度，提高監(jiān)測效率。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50497-2009 建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

位移測量范文第5篇

關(guān)鍵字：地鐵；明挖基坑；圍護(hù)樁；深部水平位移；監(jiān)控量測

中圖分類號：U231+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 基坑深部水平位移測試原理

基坑深部水平位移測試采用測斜儀, 它可精確地測量沿垂直方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測量儀器。測斜儀分為活動式和固定式兩種, 在基坑開挖支護(hù)監(jiān)測中常用活動式測斜儀?；顒邮綔y斜儀按測頭傳感元件不同, 又可細(xì)分為滑動電阻式、電阻片式、鋼弦式及伺服加速度計式四種。

基坑變形觀測通常采用滑動式測斜儀，主要由測斜管、探頭、電纜和主機(jī)四部分組成。工程應(yīng)用時，首先在土體( 樁體) 中預(yù)埋測斜管，土體( 樁體) 發(fā)生變形后，整個測斜管也產(chǎn)生相應(yīng)變形，測斜探頭滑輪順槽逐點測試，從而可精確測出水平位移量。根據(jù)位移量的大小，做出預(yù)報，指導(dǎo)施工。

2 海事大學(xué)地鐵站明挖基坑測斜監(jiān)測技術(shù)

2.1工程概況

海事大學(xué)站設(shè)在黃浦路與凌南路交口南側(cè)道路下，沿黃浦路敷設(shè)，車站主體基本為南北走向。車站中心里程為DK19+765.165。

海事大學(xué)站設(shè)計范圍包括自車站起點里程DK19+644.965至車站終點里程DK19+819.965總長175.0m之間的站廳、站臺、出入口通道及風(fēng)道的建筑設(shè)計部分。

本站為地下雙層島式站，覆土厚度約3.2m。地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，車站總長175m，標(biāo)準(zhǔn)段寬18.5m，海事大學(xué)站站臺寬度為10m，計算站臺長度118m。

車站主體的二層框架結(jié)構(gòu)的基坑采用φ1000@1400mm鉆孔灌注樁（外設(shè)止水帷幕）加內(nèi)支撐作為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)冠梁，坑內(nèi)降水。沿基坑豎向設(shè)4道鋼支撐，第一道支撐設(shè)在冠梁上，其它三道鋼支撐通過鋼圍檁分別設(shè)在結(jié)構(gòu)-4.0m、-9.0m及14.5m。基坑平面內(nèi)一般采用對撐，在端部與角部采用斜撐。

2.2 測點布置

沿海事大學(xué)地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)每隔15m設(shè)一個測斜管，深度與鉆孔灌注樁的鋼筋籠相當(dāng)，平行于黃浦路方向雙側(cè)各布置12個，垂直方向雙側(cè)各布置3個，累計布置26個測斜管。

2.4 監(jiān)測方法

（1）、測斜管的安裝。測斜管采用綁扎方法固定在鋼筋籠上，一起吊入孔中。在進(jìn)行測斜管管段連接時，必須將上下管段的滑槽對準(zhǔn)，使測斜管的探頭在管內(nèi)平滑移動。為了防止砼漿進(jìn)入管內(nèi)，還應(yīng)對接頭密封處理。

（2）、測試過程。深部水平位移監(jiān)測采用TFL-CCX-D1移動式測斜儀，移動式測斜儀量程±30°，辨率為2″，線性±0.025%，精度5″。不銹鋼連接桿與滑輪組件連接后，安裝在帶導(dǎo)槽的測斜管中與測斜管一起移動，以監(jiān)測基坑的水平位移。配合自動化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過對量測儀器軸線與鉛垂線之間的夾角變化量進(jìn)行分析，進(jìn)而計算出基坑不同高處的水平位移。

（3）、監(jiān)測頻率。深部水平位移監(jiān)測在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間每周監(jiān)測2次，坑內(nèi)降水每3天監(jiān)測1次，基坑開挖每天1次，澆筑底板后每3天1次，拆除支撐期間每天1次。

3 監(jiān)測分析

3.1 基坑降水對樁體水平位移的影響

為了避免地鐵海事大學(xué)站基坑開挖過程中產(chǎn)生流沙、管涌，防止基坑壁土體的坍塌，保證基坑坡面及坡底的穩(wěn)定，在基坑開挖前采用了無隔水帷幕輕型井點降水法，降水過程中，對樁體水平位移進(jìn)行了監(jiān)測，由CXE03樁體深部水平位移曲線可以看出，基坑降水對樁體深部位移影響不同，淺部（12m)影響較小，最大深部水平位移為0.5mm，約為淺部的三分之一。

基坑降水能夠引起土體的瞬時沉降、固結(jié)及土體流變產(chǎn)生的二次固結(jié)，根據(jù)土體有效應(yīng)力原理，土體的總體應(yīng)力為土體骨架應(yīng)力和孔隙水壓力，當(dāng)降水后，原由孔隙水承擔(dān)的壓力轉(zhuǎn)移到土體骨架的有效應(yīng)力，使樁周土有效應(yīng)力增大，并因固結(jié)產(chǎn)生顯著下沉，對樁體產(chǎn)生了側(cè)向負(fù)摩擦阻力和荷載，導(dǎo)致了樁體不同程度的變形?；咏邓芷谳^短，降水后，樁體上部土體失水固結(jié)較下部充分，故樁體下部水平位移較小。

CXE03樁體深部水平位移曲線表明基坑降水盡管導(dǎo)致樁周土的固結(jié)沉降并對樁體產(chǎn)生變形，約為基坑開挖誘發(fā)樁體變形10%。因此，當(dāng)基坑開挖時，應(yīng)采取一定的降水措施。

3.2、基坑開挖對樁體水平位移的影響

當(dāng)基坑開挖到4m時，樁體4.0m位置的的水平位移由1.16mm增加到4.23mm，增加幅度為2.33倍。樁體0.5m位置的的水平位移由6.9mm增加到7.8mm，為施工當(dāng)前位置的1.05倍。樁體1.0m位置的的水平位移由5.6mm增加到7.4mm，為施工當(dāng)前位置的2.12倍。樁體1.5m位置的的水平位移由5.5mm增加到7.2mm，為施工當(dāng)前位置的1.79倍。樁體2.0m位置的的水平位移由6.9mm增加到8.49mm，為施工當(dāng)前位置的1.51倍。樁體3.0m位置的的水平位移由2.20mm增加到5.47mm，為施工當(dāng)前位置的2.93倍。隨著基坑開挖深度的增加，樁體深部水平位移逐漸在增大，最大水平位移為12.19-14.53mm，并施工開挖階段水平位移站全部水平為移動的60%-80%。基坑開挖對上部樁體的水平位移影響較為明顯，較為開挖的樁體影響較小，對開挖面以下影響范圍大約在1-2m，基坑開挖導(dǎo)致開挖面突然卸載，樁及樁周土瞬間處于不平衡狀態(tài)，導(dǎo)致樁體及樁周土的變形增加。在基坑開挖時應(yīng)及時對開挖基坑壁進(jìn)行支護(hù)，并進(jìn)行及時樁體水平位移監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)基坑信息化施工。

3.3、鋼支撐支護(hù)對樁體水平位移的影響

大連地鐵海事大學(xué)車站基坑開挖過程中，進(jìn)行了3次鋼支撐支護(hù)，分別在樁體的4.0m，9.0m及14m位置。為了便于分析，繪出4.0m支撐附近位置樁體3.0m至5.0m位置水平位移曲線見圖7所示。4.0m位置的樁體架設(shè)支撐時水平位移為1.67mm，為3.0m位置樁體架水平位移的72%，為5.0m位置樁體架水平位移的327.45%，主體施工結(jié)束以后4.0m位置的樁體水平位移為9.2mm，為3.0m位置樁體架水平位移的61.3%，為5.0m位置樁體架水平位移的69.9%。由此可見鋼支撐對控制樁體水平位移具有顯著的作用。

4結(jié)束語

通過對大連地鐵海事大學(xué)地鐵站基坑施工的監(jiān)測分析，該基坑的降水、圍護(hù)及支護(hù)方案滿足基坑穩(wěn)定性的要求，證明了基坑設(shè)計和基坑施工的合理性。

大連地鐵海事大學(xué)地鐵站基坑施工過程中的樁體深部位移監(jiān)測表明，基坑降水、基坑開挖、主體施工（含拆除支撐）等工序?qū)油馏w及圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移都有重要的影響，其中基坑開挖的影響最為明顯，約占整體水平位移的60-80%，在基坑信息化施工過程中，圍護(hù)樁的深部水平位移監(jiān)測是一個關(guān)鍵性指標(biāo)。在基坑開挖時應(yīng)及時對開挖基坑壁進(jìn)行支護(hù)。

鋼支撐對控制樁體水平位移具有顯著的作用，對局部軟弱地層等不良地質(zhì)條件應(yīng)及時架設(shè)鋼支撐，能夠有效地控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑壁變形，避免災(zāi)難性基坑事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]Finno RJ, Bryson LS. Response of building adjacent to stiff excavation support system in soft clay [J]. Journal of Performance of Constructed Facilities, ASCE, 2002, 16(1):10-20.