基本介紹
- 中文名：測斜儀
- 外文名：clinometer；dip circle
- 感測器：：伺服加速度計
- 輪距：：500mm
- 量程：偏離垂直±30°
- 維數：X、Y兩個方向
- 測量內容：測定鑽孔傾角和方位角
測斜儀,原理,特點,技術指標,儀器性能,監測套用步驟,使用注意事項,用後保養,工程實例,
測斜儀
分為攜帶型測斜儀和固定式測斜儀，攜帶型測斜儀分為攜帶型垂直測斜儀和攜帶型水平測斜儀，固定式分為單軸和雙軸測斜儀，目前套用最廣的是攜帶型測斜儀。測斜儀是一種通過測定鑽孔傾斜角從而求得水平向位移的原位監測儀器。
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儀。
原理
測斜管通常安裝在穿過不穩定土層至下部穩定地層的垂直鑽孔內。使用數字垂直活動測斜儀探頭，控制電纜，滑輪裝置和讀數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。其後的觀測會顯示當地面發生運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，在半米間距處暫停並進行測量傾斜工作。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於測輪平面的傾斜度。傾斜度可以轉換成側向位移。對比當前與初始的觀測數據，可以確定側向偏移的變化量，顯示出地層所發生的運動位移。繪製偏移的變化量可以得到一個高解析度的位移斷面圖。此斷面圖有助於確定地面運動位移的大小，深度，方向和速率。
測斜儀工作原理
測斜儀工作原理測斜儀的工作原理右圖所示。當測斜探頭在測斜管內自下而上逐段滑動測量時，探頭內的感測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，進而根據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(i=0)以上i=j點處的位移。
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，應在位移的正方向及測頭調轉180度以後的反方向各測讀一次數據，取正反兩方向測讀數據的代數平均值作為傾角測值。
特點
性能卓越：攜帶型數字垂直活動測斜儀以其耐久性，高精度和反應快速而贏得世界廣泛的讚譽。
可重複探測：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計的測輪。
使用壽命長：探頭結構緊湊，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。
計算機率定：每個測斜儀探頭都經過專門設計的計算機率定工作檯嚴格率定。
可靠的控制電纜：控制電纜非常耐用而且便於搬運，即使在低溫下也可以保持靈活耐用的特點。控制電纜還具有耐化學腐蝕及耐磨損的特性，並提供了極好的空間穩定性。柔韌的橡皮深度標記永久可靠地硬化在電纜護套上。標記不會鬆散，也沒有會損壞電纜護套及導線的毛刺。
深度控制一致：滑輪裝置為推薦輔助設備，它有助於操作者完成統一的深度控制。只能單向活動的電纜夾具確保了探頭的位置一致。
系統的完整性：測斜儀系統包括高質量的測斜管，垂直和水平的活動測斜儀，垂直和水平的固定測斜儀，記錄讀數裝置，圖表分析軟體和專用附屬檔案。
技術指標
解析度：0.02mm/500mm；
重複性： ±0.01%FS；
系統精度：±6mm/50 個讀數，通過軟體的修正程式可以得到更高的精度；
溫度範圍：-20 至 50 ℃；
尺寸：26 × 650 mm。
儀器性能
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根樁的數據；
3、低功耗：連續工作超過24小時；
4、測量參數：傾斜角、方位角；
5、顯示方式：中文液晶顯示 ；
6、報警設定：量程範圍內任意設定；
7、供電方式：內置可充電鋰電池；
8、外形尺寸：150（mm）×65(mm）×43（mm）； V型接觸面；
9、重 量 ：0.5kg。
監測套用步驟
不同測斜儀的工作流程都大同小異。現以南京葛南事業有限公司生產的GN-1A型固定式測斜儀來介紹其工作流程。
準備工作
布置觀測點與成孔：對於一個場地或者結構物,觀測點應該因地制宜，合理布置。一般要求相鄰觀測點的水平距離為一個成孔深，也可根據岩土工程等級適當加密或減少觀測點。施工時儘量要求鑽孔是鉛錘的，偏差角應小於2°。終孔直徑應大於測斜管外徑30mm，鑽孔深度應超過最深位移帶5m。所有鑽孔在埋設測斜管前應該進行驗收，合格後才能埋設。
測斜管的安裝：測斜管的安裝質量是測試效果的關鍵，應該遵循如下步驟：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鑽孔中，測斜管與測斜管之間用接管連線，並用螺絲固定。測斜管在安裝中應注意導槽的方向，導槽方向必須與設計要求定準的方向一致。將組裝好的測斜管按次序逐節放入鑽孔中，直至孔口；3）當確認測斜管安裝完好後即可進行回填(一般用膨潤土球或原土沙）。回填時每填至3～5m時要進行一次注水，使膨潤土球或原土沙遇水後，與孔壁結合的牢固，直至孔口；4）測斜管地表管口段澆注混凝土，做成混凝土墩台以保護管口和管口轉角的穩定性。墩台上應設定位移和沉降觀測標點；5）露在地表上的測斜管應注意做好保護，蓋上管蓋，防止物體落入；6）安裝完成後的測斜管應先用模擬測斜儀試放，試放時測斜管互成90°的兩個導向槽都應從上到下試放到，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行檢驗校正，並做好測試前的準備工作，再進行組裝。
測試過程
首先將測斜儀置入測斜管內，要使導向輪完全進入導向槽內。方向應為導向輪的正向與被測位移坐標(+X)的正向一致時測值為正，相反為負。然後根據電纜上標明的記號，每基本長度測讀一次測斜管軸線相對基準軸線的傾角。測試方式應遵循下面兩個要點:當測斜管下部可靠固定在基岩中(埋入深度應大於5000mm)，可認定基岩沒有位移。此時測量可至下而上測讀一次，直至管口；當測斜管底部懸掛(底部未與基岩固定)，此時測量應由上至下進行測量。
監測數據採集與整理分析
目前監測數據的採集與整理分析過程一般採用自動化集成處理系統。這種自動數據採集和處理系統，可成倍地提高工作效率和質量。它是根據測斜儀的參數和有關計算公式編制電腦程式，其成果以表格和圖形形式輸出。
測斜儀數據採集和處理系統程式流程
測斜儀數據採集和處理系統程式流程減少誤差措施
為提高測量精度，在測量時，當四個導向輪在某一個測量段沒有完全進入導向槽時，算術和值S會出現較大的變化。因此在測量時一定要使四個導向輪完全進入導向槽中，在測管的接頭處可反覆多測幾次。如果某一、兩處的和值與正常值明顯偏差過大可剔除不用。這都是由於一頭導向輪不在導向槽中引起的，這種情況多發生在管接頭處。
為了消除系統誤差，每個方向(±X，±Y)的位移(傾角)應逐段正、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，單位為mv。
由於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，應為測斜儀的理論鉛直狀態下的讀數值，此F應為定值。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、後兩組導輪的幾何形心的連線在正、反兩次測量時不完全平行；2）導向輪與導向槽的配合不好；3）導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不好。
使用注意事項
測斜儀使用中有五個誤區：
（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測成果曲線，然而在長期的監測實踐中發現，測讀時很容易出錯。
（2）每1m測讀一次時的數據處理：當測斜孔深度較大，同時傾斜角隨深度的變化較小時，為了加快測量進度，往往採用每1m測讀一次的方式進行。然而在數據處理過程中，工程人員往往仍沿用每0.5m測讀一次時的數據處理方法。這將導致所作的位移～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，即計算點相對於孔底的位移;相對位移，是指計算點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，即按每次測讀數據單獨作出的位移曲線;相對位移曲線，即將每次測讀數據所得位移值減去測斜管初始位移值後所作出的曲線。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。測斜管在埋設完畢之後一般不可能完全呈鉛垂狀態，即初始時刻已經存在傾斜，但是該傾斜顯然並不能稱之為“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生的位移，並不是相對的，應改稱之為“位移”。
（4）正反兩測回讀數差值問題：零漂對位移結果並無影響，通過標準兩測回和數據處理過程，零漂能被有效消除，最後得出的位移值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。因此，如果校核累計值為常數，那么表示U0和U180之間的差值只是由儀器零漂引起，這對測量結果來說是無影響的。而如果校核累計值不穩定，往往反映了測斜管記憶體在異物等其它因素，這些因素無法通過兩測回的方法得以消除，從而導致所測位移值與實際不符。故從位移測讀方面來看，校核累計值應是越穩定越好，尤其是當其為常數時最佳。
（5）判別測斜管底部發生位移的方法：測斜數據處理中，假設底部為位移零點。由於測斜管底部通常嵌入穩定的基岩內，因此該假設一般來說是合理的。然而在深厚軟土層中，測斜管底部亦可能發生位移。通常情況下，通過測讀數據無法判別底部是否發生移動，然而在某些特殊情況下，這是可以實現的。
用後保養
測斜儀的使用注意事項：
- 在工作溫度內使用，防止震動、嚴禁撞擊孔底、防止探頭突然加速、嚴禁提著電纜搖擺探頭；
- 在捆綁電纜線的時候嚴禁使用鐵絲和金屬類，最好使用絞盤或者繩類收線；
- 及時擦淨探頭、清潔並乾燥接頭、潤滑測輪和o型圈，注意防潮、清潔插座及面板；
- 用完後嚴禁長期性讓每個連線處不分開，這樣會引起水分長期殘留在探頭內腐蝕接頭；
- 測試完成後，擦乾探頭和電纜，蓋好保護蓋，將探頭放入保護箱內；
- 回到室內，擦乾讀數儀並給電池充電；
- 最好讓所有的接頭在室內風乾。
工程實例
經過幾十年的理論研究和套用實踐，測斜儀越來越向輕便、簡易、自動化方向發展，由此產生的效果也越來越明顯。為保證岩土工程設計、施工及其運行安全，各種各樣的測斜儀發揮了重要的作用。相信隨著岩土工程信息化建設，各種監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m2。本次試驗區監測與檢測，面積約900m2。根據深圳市勘察測繪院提供的工程地質勘察報告表明，場地內無揭露淤泥質土之類的軟弱下臥土層。試驗區內採用強夯、碾壓加固的處理方法。測斜儀監測的主要目的是監測強夯過程中引起的土體側向位移。
設計布置
按照設計及規範要求，共布設3個監測點(靠近海邊)，位置按設計方要求布設。測斜監測分別在地面下約1.5、2.5、4.5、5.5m處進行。測斜管埋設好後，強夯施工前每天觀測1次，強夯施工時加密觀測，以後每天觀測一次，總共監測時間為一個月。
監測數據採集與處理
監測使用的儀器是南京葛南事業有限公司生產的GN-1A型固定式測斜儀，通過自動數據採集和處理系統，可以得到測斜儀監測成果表。
監測意義
在場地強夯過程中，場地土體發生了結構和性質上的轉變：一方面，場地中心區域的土體得到加密，甚至部分土體發生隆起(分析原因可能是夯點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，肉眼可以發現凌空面在強夯過程中發生明顯變化，局部地區甚至發生少量土體坍塌。在靠近海邊的區域等距離布置了3個監測孔。經過對布置的3個孔進行監測，可以得到場地強夯過程中引起的土體側向位移情況，為場地強夯施工提供了及時的監測信息，從而及時修改強夯點距和夯擊能量。通過對面積約900m2的試驗區監測，得到最佳強夯點距為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計值，又防止靠近海邊的土體發生傾斜或坍塌。
