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古塔变形测量方法探讨梁海奎** 收稿日期: 2010) 10) 11作者简介: 梁海奎( 1975) ) , 女, 工程师, 主要从事控制测量和精密工程测量工作。(大理天作测绘规划院有限公司, 云南大理 671000)摘 要: 针对重要古建筑的安全性监测, 因为其精度要求高, 监测环境复杂的情况, 可根据建筑物结构特点, 运用可相互检核的监测方法, 综合分析各种方法的监测结果, 得出可靠的结论。关键词: 古塔变形监测; 垂直投影法; 前方交会法; 沉降观测; 综合分析1 前 言需要进行安全性监测的古建筑一般都是文物, 因文物保护、旅游开发等需要将其建设成文物保护区或风景区。这类区域的特点是植被密度大, 各种附属构筑物的遮挡导致测量时通视条件不好, 用单一的测量方法难以满足监测要求。若采用几种方法监测, 并相互检验, 可得出可靠的监测结果。在这里以一组古塔的变形监测为例, 探讨了一种实用的监测方案。2 依据监测对象和客观环境制定合理方案这组古塔为密檐式空心砖塔, 建成的历史悠久, 已逾千年, 属于国家重点文物, 其中主塔高度近70m。该区域也是4A 级旅游风景区, 蓝天白云下古塔巍然屹立, 雄伟壮丽。选择监测方法时就必须考虑尽量保护文物和景区现状设施的情况下方案的优化。在对古塔安全性监测方面要满足以下三个方面: 1 塔体倾斜变化; o塔身各段的变化; ?塔基的稳定性。针对上述几方面就采取对应的监测方法, 塔体倾斜变化采用垂直投影法(又称垂线法, 对相对位移量进行监测) ; 塔身各段的变化监测采用了前方交会法。对塔基稳定性监测采用了精密水准测量方法进行沉降观测。这三种方法的每周期测量结果可进行综合分析, 对古塔的安全性监测得出较为可靠的结论。3 监测方案的具体实施测量精度的确定依据5建筑变形测量规程6[ 1] 中/ 为实用目的, 观测值中误差不应超过变形允许值的1 /20~ 1 /10, 或者1mm~ 2mm0的规定。平面位移监测的观测值中误差设定为md [ ? 115mm, 依据变形允许值分量应按变形允许值的1 / 2采用[ 2] , 平面位移分量差的观测值中误差mv d [ ? 110 mm; 沉降监测的观测值中误差设定为允许变形值的1 /20, 即测站高差中误差mh [ ? 013mm。( 1)垂直投影法在每个古塔塔基不同方向面上固定安置两把游标卡尺, 两尺所在位置以两安置面水平方向夹角90b为最佳, 因测区客观条件限制不能成90b时, 每塔两尺安置面之间的夹角应控制在60b~ 120b之间。在古塔边建造监测墩, 墩上安装强制对中盘, 使观测时安置仪器的对中误差降低到最小。监测墩的位置选择时, 在满足精度要求条件下使一个墩尽量观测到多个塔的塔尖和游标卡尺安置处。观测边长[ 80m, 采用观测中误差标称精度[ ? 2d,望远镜放大倍率不低于25倍的全站仪进行观测, 其最弱观测精度为80 000 /Qd@ 2 = 0178mm, 满足设定的精度要求。选择古塔顶部适宜观测且稳定的固定目标(条件允许宜安置不锈钢针状观测目标)。观测时,仪器安置于观测墩强制对中盘上, 调平仪器后, 先用望远镜盘左位置照准观测目标, 固定仪器水平制动轴, 纵转望远镜照准塔基上游标卡尺, 由观测者指挥记录者滑动游标以卡口对准望远镜中丝读一数并记录。然后再纵转望远镜成盘右位置, 重复上述操作读一数并记录,此为一个测回。依据精度确定观测的测回数, 这个监测工程因精度要求较高, 设计为零周期(首次观测)时观测24测回, 以后每周期观测12测回。每周期取游标卡尺的读数中数为观测目标的垂直投影线(铅垂线)位置。首次观测的读数中数即可设为零点, 以后各周期观测所得读数中数与零点对比就知道古塔在与卡尺安置平行方向的倾斜变化值。( 2)前方交会法古塔一般都是塔体为偶数多边形的对称体, 选择城 市 勘 测2011年6月塔体某横截面的对角线交点(截面中心点, 也是塔体竖轴点)为交会法监测的坐标点。选定每塔交会的测站点位置, 并设立定向点、联系点、检核点。垂直投影法中条件适合的监测墩可同时作为交会测站点。交会的测站点和垂直投影法的监测墩一起建立统一的监测网坐标系, 每次观测前对各点进行检核, 确定其稳定性后再进行下一步测量工作。依据观测数值经分角计算后用余切公式[ 3] 计算出交会点(即塔体竖轴点P)坐标。X p =XQ 1 ctgNQ2+ XQ 2 ctgN Q1- YQ 1 + YQ2ctgN Q1+ ctgNQ 2Yp =YQ1 ctgN Q2+ YQ2 ctgNQ1+ XQ 1 - XQ 2ctgN Q1+ ctgN Q2图1 前方交会法示意图其点位中误差可按下式估算:M =mBQ# b# sin2 B1 + sin2 B2sin2C式中: mB 为仪器的观测中误差(标