水平位移观测方法及工作基点设置

水工建筑物水平位移观测的方法是用光学或机械方法设置一个基准线，每次测出建筑物上各代表点相对基准线的位置，即可求得测点的位移。根据所设基准线的不同，水平位移观测的方法又可分为垂线法、引张线法、视准线法、激光准直法等。此外，还有大地测量方法中的边角网法与交会点法、导线法等。这些方法多用于蓄水枢纽中的大坝、溢洪道和取水枢纽中的拦河建筑物。这些方法的原理和观测步骤与资料分析可参考有关书籍。对于灌区中大量需要加固与改造的单个建筑物，它们的水平位移一般要简单得多。由于这些建筑物基本上都未设任何位移观测设施，且因灌区管理部门的条件有限，以下仅介绍一些简单的观测方法，供日常管理和加固改造中检测时参考。

1.视准线法

对沿轴线方向较长的灌区水工建筑物，如渡槽、节制闸、外露式倒虹吸管和桥梁等重要的建筑物，需要时，应结合竖向位移观测布设必要的观测设施。

图2-1 为某灌区总干渠上跨越洼地的一座渡槽，渡槽的上部结构为双悬臂带拉杆矩形断面槽身，下部为高度较大的双排架支撑。由于其排架基础的不均匀沉陷，接头止水被拉裂破坏，相邻两节槽身因三点支撑受扭转力矩的作用而产生裂缝。为观测槽身的水平位移和排架的不均匀沉陷是否还继续发展，可采用视准线法进行水平位移观测，其平面布置如图2-1 所示。

图2-1　渡槽水平位移观测平面布置图

A、B —工作基点；A'、B'—校核基点；AB—视准线；a、b、c、d、e、f —位称标点

图中AB 为槽身一侧墙的轴线，即观测断面，a、b、c、d、e、f 为其上的观测点。为观测上述各测点的水平位移，必须在观测断面上、且不受建筑物变形影响的两岸岩基或坚实土基上设观测工作基点A、B。同时，为校核工作基点在垂直于观测断面方向上的位移，还应在观测断面工作基点的延长线上、不受建筑物及工作基点变形或位移影响的岩基或坚实土基上设1～2 个校核基点，如图中A'、B'。当建筑物长度超过500m 或轴线为折线时，为提高观测精度，可在观测断面中设1 个或几个大致等间距的非固定工作基点，如图2-2 中的M 点。

图2-2　增设非固定基点的水平位移观测

（a）建筑物长度大于500m；（b）建筑物轴线为折线

视准线法观测建筑物水平位移的步骤是，通过设在工作基点A（或B）的精密经纬仪，观察在对岸工作基点B（或A）上安装的固定觇标中心，该视线即为视准线。由于AB 两点位于不受建筑物变形影响的两岸稳定的岸坡上，即认为视准线AB 是固定不变的，可作为观测建筑物变形的基准线。各观测点即水平位移标点安装好后，测出其中心与视准线的距离△a0、Δb0、Δc0、Δd0、Δe0、Δf0，即为各位移标点安装的初始偏距，并将其记录下来。在以后的观测中，先将经纬仪安置于一个工作基点，如A 点，后视工作基点B 上的固定觇标，构成视准线，固定经纬仪上、下盘，前视A 点侧1/2建筑物长度范围内的标点。观测时用旗语或报话机指挥标点处的持标者移动活动觇标，使觇标中心线与经纬仪望远镜的竖丝重合，持标者根据位移标点在活动觇标分划尺上所对应的刻度，记录读数，读数一般取两次的平均值。然后再按上述方法倒镜观测一次，取两次观测值的平均值作为第一测回的观测结果。随后按同样方法观测第二测回，两次测回的差值不应大于4mm，否则应重新测。按上述方法测定工作基点A 至建筑物中点间的各位移标点后，再将经纬仪移至B 点后，按上述方法与步骤观测B 点至建筑物中点间的各位移标点。(www.xing528.com)

当建筑物长度超过500m 时，因受到经纬仪望远镜放大倍率和折光等因素的影响，往往误差较大。为提高观测精度，在建筑物的适当位置设1 个或几个非固定工作基点，如图2-2（a）中M 点。由于M 点随建筑物的变形而产生位移至M'，所以，在位移观测时，应先通过固定工作基点测出M'点的位置，即得M点的位移量。因M 点的位移量很重要，一般应进行8 个测回，每个测回的成果与平均值的偏差不应大于2mm。此时可将M'点作为工作基点，以AM'和BM'分别作为新的视准线，测定M'附近250m 范围内各标点的位移量。以标点i 为例，各标点的实际位移量按下式求得

式中：Δi 为标点i 的实际位移量；Δi1为M 点位移至M'点引起i点的位移量；Δi2为相对于视准线AM'的i 点的位移量；Δi0为i点相对于视准线AB 的初始偏距。

当建筑物轴线为折线时，如图2-2（b），除轴线及其延长线上的A、B、C 三点为固定工作基点外，尚应增设轴线折点处M 为非固定基点。M 点的位移以AB 为视准线测得，应观测8个测回取平均值。FG 范围内标点的位移以AM'为视准线观测，并用前述方法求各标点的实际位移量。GH 范围内标点的位移以M'C 为视准线观测，也用前述方法求各标点的实际位移量，其中因M 点位移至M'引起i 点的位移量由下式求得

式中：Δi1为M 点位移至M'点引起i 点对视准线MC 的位移量；、 、 分别为各相应点间的距离；α为建筑物轴线的折转角。

2.小角度法

小角度法观测建筑物水平位移的步骤与视准线法基本相同，先将经纬仪安置于工作基点A，将水平度盘对准零，固定上盘，后视工作基点B 构成视准线AB，再固定下盘，放松上盘，前视位移后的标点i1，读出Ai1 方向线与视准线AB 间的夹角αi1，见图2-3。因αi1一般均较小，所以i1 点偏离视准线的距离ii1（mm）和i 点的实际位移值i0i1（mm）可近似按下式计算

图2-3　小角度法水平位移观测示意图

式中：K 为常数，K=0.004848；li 为位移标点i 与工作基点A的距离，m；αi1为Ai1 方向线与视准线AB的夹角（"，即1/3600度）；αi0为位移标点i的实际安装位置i0点和工作基点A 的连线与视准线AB 的夹角（"），即初始偏离角。