北碚区龙凤桥街道应急抢险监测方案.docx
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北碚区龙凤桥街道应急抢险监测方案
北碚区龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡应急抢险监测
实
施
方
案
重庆市地质灾害防治工程勘查设计院
2012年7月20日
北碚区龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡应急抢险监测
项目负责：
刘雄
编写：
刘雄
审查：
代波
总工程师：
院长：
重庆市地质灾害防治工程勘查设计
2012年7月20日
１前言
1.1目的任务
北碚区龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡位于重庆市北碚龙凤朝阳巴士、汽车监测站，龙凤大道从其边上穿过。
垮塌边坡上面是北碚火车站的家属楼（7层楼高），若该边坡垮塌继续扩展，将会使边坡上面的房屋倒塌，造成大量的人民生命财产损失。
北碚区国土资源管理分局委托重庆市地质灾害防治工程勘查设计院对该边坡进行应急抢险监测。
监测目的：
通过对北碚龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡进行应急抢险监测，从而获得不稳定边坡整体发展变化趋势，为以后的边坡勘察与治理设计提供科学依据。
同时通过监测不稳定边坡的实际变形及变形趋势，超前预报，保障国家和人民生命财产安全，尽量减少地质灾害造成的人员和财产损失。
任务：
①对不稳定边坡进行地表水平位移与垂直位移监测。
②通过监测数据获得不稳定边坡局部和整体变形及变形趋势，检验边坡稳定性。
③与气侯变化相联系，分析不稳定边坡的变形与气侯变化的相关性规律。
④提供边坡的稳定情况评价报告，以及必要时的预警报告
1.2工程地理位置
北碚龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡位于重庆市北碚区龙凤街道汽车检测站内，龙凤大道从其边上穿过。
1.3监测工程概况
北碚龙凤朝阳巴士、汽车监测站边坡所在区域属河谷边坡地貌，位于嘉陵江右岸，地势整体西高东低。
垮塌边坡纵长35m，宽20～40m，面积1.6×103m2，平面呈圈椅状，土层平均厚度1～3m，垮塌基岩厚度5～8m，总方量3×104m3，坡角40°～60º，坡向约115°，边坡前缘高程约220m，后缘高程月240m，相对高差13～25m。
边坡若发生滑移失稳，将直接威胁到边坡上56户180多居民生命财产安全。
1.4气象水文
调查区属亚热带温润季风气候，具有冬暖春早，无霜期长，湿度大，云雾多，日照少，雨量充沛，湿度大，夏季高温酷热，秋多绵雨，冬无严寒的特点。
区内多年平均气温18.4 ℃，最热7月，多年月平均气温达29.1℃，历年最高月平均气温达31.1℃（1959年7月）；最冷1月，多年月平均气温7.3℃，历年最低月平均气温达5.2℃（1977年1月）；历年极端最低气温-3.1℃（1975年12月15日），历年极端最高气温43℃（1951年8月15日）。
区内河流水系发育，嘉陵江为长江第二大支流，嘉陵江从边坡下部由北向南通过。
地下水主要有松散土层孔隙潜水和基岩裂隙水，松散土层孔隙潜水主要赋存于人工填土中，岸坡前缘粉砂与地表水联系紧密，赋存一定的地下水，水量中等，地下水位与地表水基本一致。
基岩裂隙水主要赋存于砂岩、灰岩裂隙及泥岩风化带网状裂隙中，水量较小。
1.5地质条件
调查区属河谷边坡地貌，地势上整体西高东低，边坡整体呈圈椅型，中间局部有台阶状分布。
地形坡角约30～50°，调查区最高点位于边坡上部，高程为240m，最低点位于坡脚嘉陵江河漫滩部位，高程为220m，相对高差为20m。
边坡坡体出露地层为第四系（Q4）、侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）。
（1）第四系人工填土（Q4ml）
分布于道路及居民区，为修建道路以及居民房屋回填形成，回填时间较长，厚度0.5～3.0m。
（2）残坡积层（Q4el+dl）
主要分布于边坡中上部，厚度1.0～7.0m。
为紫灰色、黄褐色粉质粘土夹碎石，碎石一般粒径0.2～10.0cm。
稍湿，可塑。
2监测执行的技术规范与依据
①《工程测量规范》（GB50026－93）
②《国家水准测量规范》（GB12897-91）
③《国家三角测量和精密导线测量规范》
④《大地变形测量规范》
⑤《建筑变形测量规程》（JGJ／T8-97）
3监测内容、监测方法和工作量布设
3.1监测内容
①边坡变形敏感处的位移监测（水平位移、垂直位移）；
②拉裂缝监测。
③巡查监测。
3.2监测方法
①各观测点的水平位移用全站仪光电极坐标法测量；
②垂直位移采用精密三角高程测量；
③拉裂缝监测点采用游标卡尺或小钢尺进行测量；
④巡查监测：
地表及排水沟裂缝出现的位置、规模、延伸方向、发生时间；塌方位置、范围、体积、发生时间；建筑物破坏及树木歪斜情况，水质物化突变等。
地面鼓胀及沉降位置、形态、面积、幅度、发生时间。
3.3监测期限
监测期限为3个月：
2012年7月21日至2012年10月20日
3.4监测周期
在建网完成后，位移观测采用每2天监测一次，遇特殊情况应增加监测次数，如大雨期间和大雨过后每天进行一次观测、自然条件急剧变化或平常发现边坡体有异常变化情况下应每日在现场观测。
变形拉裂缝观测：
监测周期与位移观测的周期相同。
巡查监测：
监测周期与位移观测相同。
遇特殊情况应增加巡查次数，如大雨期间和大雨过后至少进行一次巡查、自然条件急剧变化或平常发现边坡体有异常变化情况下应每日巡视一次。
出现险情时应派专人24小时巡查监测。
④基准网复测
由于监测期限只有3个月，所以基准网不复测。
3.5监测的等级
按《规程》变形测量等级划分的三级精度执行，即沉降观测时观测点测站高差中误差≤2.0mm，平面位移观测时观测点坐标中误差≤4.2mm。
用于监测变形观测点所需的基准点按二级精度执行，即沉降观测时观测点测站高差中误差≤0.5mm，平面位移观测时观测点坐标中误差≤3mm。
3.6布设监测工作量
类别
详细类别
单位
数量
备注
监测设施埋设
监测基准点埋设
个
3
地表位移位移监测点埋设
个
7
裂缝监测点
个
4
根据实际情况增减
基
准
网
工
作
量
水平位移基准网建立与复测
点·次
垂直位移基准网建立复测
km
水平
位移
监测
监测期限3个月
点·次
7点×46次
小计
点·次
322
垂直
位移
监测
监测期限3个月
点·次
6点×46次
小计
点·次
322
巡查监测及拉裂缝监测
监测年限3个月
组日
46次×0.5组日/次
小计
23
特殊情况下增加观测组日
暴雨天气和连续降雨情况下
组日
10
此外还应加强宏观监测，包括人工巡查、裂缝监测工作，确保库边坡及附近国家和人民生命财产的安全，及时正确地分析和预报变形趋势，裂缝监测点工作量根据现场实际情况进行布设
4、监测工作实施
4.1监测系统基准网及监测网的建立
基准网
采用独立坐标系统，在朝阳巴士汽修厂楼顶埋设三个基准点，各基准点前并冠以JZ1、JZ2、JZ3标示。
观测网
位移监测：
监测点布设在垮塌边坡的应力敏感和变形体变形敏感处，根据监测设计要求，在边坡体变形区域内布设7个变形监测点，变形体前缘布设2个监测点：
JC5、JC6；房子上布设3个监测点：
JC3、JC4，JC7变形体后缘布设2个监测点：
JC1、JC2。
裂缝监测：
新增建筑物拉裂缝监测点4个，其编号为LX1、LX2、LX3、LX4。
具体点位布设情况见监测平面布置图
4.2基准网、监测网选点埋设
4.2.1基准网
水平位移基点选点原则:
点位基础应坚实稳定，地质条件较好，易于长期保存；
距边坡体远近适中，倾角不宜太大；
通视条件良好，便于现场操作；
便于扩展工作基点。
高程基准点选点原则：
点位基础应坚实稳定，地质条件较好，易于长期保存；
水准基点的标石，应埋在基岩层或原状土层中，在建筑区内，点位与邻近建筑物的距离应大于建筑物基础最大宽度的2倍，其标石埋深大于邻近建筑物基础的深度；
基准点观测墩埋设的具体要求为：
当观测站位于原生岩石上时，应清除岩石表面的强风化层，其基础的嵌岩深度应大于20cm。
当观测站位于土质地上时，其基础的埋设深度应在最大冻土线以下50cm；对于房顶上的基准点,应埋设在房屋的承重墙上,将房顶凿毛,然后才用混凝土浇铸，其高度便于观测为宜。
所有的基准点必须在档顶设置强制归心装置。
观测墩基础底部配直径14@200双向钢筋网，网片长宽尺寸为100cm，墩身竖向主筋采用4根直径16钢筋，箍筋采用直径8@200半截面钢筋，钢筋间的连接应牢固可靠；
观测墩顶部应配备强制对中装置，倾斜度不能大于3度。
观测墩底部设立水准标志，水准标志采用直径16不锈钢钢筋埋入，顶部磨成半球形，底部采用燕尾形结构；
观测墩采用C25混凝土浇铸，基础部分采用原槽浇灌，以利于其稳定性。
地面以上部分采用定型钢模板支模，人工浇灌硂，并振捣密实。
标墩施工过程中必须注意混凝土的养护，防止出现裂纹和裂缝；
观测墩四面应分别用红色油漆喷涂点号、保护警语。
在观测墩站台上，用字模刻印平面及高程点点号，并用红油漆填写清除；
观测墩埋设后，应达到混凝土的结构强度并稳定后才能进行观测。
（本次工程的基准点埋设与监测点埋设均采用图4-1标准）
4.2.2观测网
监测点的选择原则:
根据边坡体的几何特征、变形特征等确定监测点；
若测区观测条件困难，应尽量将观测点布设在能反映边坡体稳定性状态变形敏感区域。
点位牢固、易于保存，安装方便；
全站仪监测点应按《建筑变形测量规程》要求，具备较好的通行、通视条件。
如采用交会测量，应根据测角、测边或测边角交会的不同要求，满足相应的最低交会角要求；
高程监测点应设于沉降最明显的地方。
监测点埋设原则:
监测点一般布设变形区域上能代表边坡体位移变化的部位，监测标志采用硂强制对中观测墩标，用于全站仪观测之用。
标型参照《建筑变形测量规程》JGJ/T8－97的相关规定进行预制或现浇，标型大小及高度可根据现场实际情况进行设计，以满足现场实际监测需要为目的。
监测标志示意图:
本次监测项目中的监测基准点和监测点均严格按照如图所示进行埋设，并采用强制对中标志，减少了人为对中过程中产生的偶然误差，保证了数据的准确性和可靠性，提高了监测精度。
图4-1观测基准点埋设示意图（单位cm）
图4-2变形监测点埋设示意图（单位cm）
4.3点之记绘制
监测基准点，变形观测点,埋设好之后，填写点之记。
点之记格式和所填内容见表：
点之记（表4-1）
点名
点号
类别
相邻点（点名、点号、距离、通视否）
标石说明
所属边坡体
名称
编号
所在地
交通情况
交通路线图
概略位置
L=
B=
H=
X=
Y=
点
位
略
图
备注
实施单位
4.4监测标志的保护措施
（1）通过油漆柱身写出警示标语，在监测标志附近制作警示牌；
（2）有偿委托柱位所在地户主或产权单位进行日常保管；
（3）监测点可在边坡体上设立隔离带或采取其它加固措施；
（4）发现控制网点不稳定或异常时，应对监测网进行复测；
（5）将监测标志的保护列入群测防日常巡视的工作内容，并向周围群众宣传国家测绘法，提高居民自觉保护监测标志的意识；
（6）控制点位被破坏时，应及时进行增补，并联测原有控制网，确保基准点的可靠性；监测点位被破坏时，除立即进行补充外，还应在增设监测点埋设初期加密进行观测，以确保掌握边坡体的变形特点，保证监测工程的顺利安全运行。
4.5监测基准网施测
4.5.1水平位移基准网施测
观测使用Ⅱ级全站仪（测角精度2″，测距精度2mm+2ppm.D）。
测前对仪器必须经专业场地检验，要求有关数据资料齐全，符合要求方可提交使用。
观测需待所有埋设点稳定后方可施测,否则将直接影响以后的变形点观测质量。
平面观测按二级精度要求进行施测。
布设成三角锁控制网进行观测。
本次控制施测采用边角同测，其具体技术要求按下表：
测角网技术要求（表4-2）
等级
最弱边边长中误差（mm）
平均边长
（m）
测角中误差
（mm）
最弱边边长相对中误差（mm）
二级
±3.0
300
±1.5
1:
100000
测边控制网技术要求（表4-3）
等级
测距中误差（mm）
平均边长（m）
测距相对中误差
二级
±3.0
300
1:
100000
4.5.2高程控制测量（三角高程测量）
本工程边坡监测施测场地狭窄、相对高差大、通行通视条件较差、转站频繁，采用几何水准测量难度太大，故本工程水准测量采用四等三角高程进行施测，其技术指标见表。
垂直角及高差测量技术要求（表4-4）
测回数
指标差较差（〞）
垂直角较差（〞）
对向观测高差较差（mm）
符合或环形闭合差（mm）
3
7
7
D为测距边长度（Km）。
4.6变形观测点施测
4.6.1全站仪位移观测（水平位移、垂直位移）
全站仪观测作业要求
角度测量
a、角度测量应在目标成象清晰稳定的有利观测时间进行，最好在可控环境中进行，视线距周围障碍物应超过0.5m；
b、观测过程中应注意始终保持照准部水准气泡居中，气泡居中若超过一格，应在测回间重新整置仪器；
c、仪器的转动应平稳，匀称，照准目标时，应按规定方向旋转；
d、为消除或减弱全站仪的度盘分划长短周期误差、测微器分划误差及行差的影响，或为消除或减弱度盘分划误差的影响，在观测时，应使水平角观测各测回均匀的分配在度盘和测微器的不同位置上；
距离测量
a、测距前，应预先将仪器、气压表、温度计打开，使其与外界条件相适应，经过一段时间后再观测；温度计宜采用通风干湿温度计，气压表宜选用高原型空盒气压表；
b、在测回始末，分别在测线两端上测定温度和气压数据，温度读至0.2°C；气压读至0.5mmHg。
读取气象元素时，气压表应置平，防止指针搁滞，温度计须悬挂在离地面约1.5m左右或全站仪近似同高，不受阳光直射、受辐射影响小和通风良好的地方，所测气象元素的互差，温度不应超过1°C，气压不应超过3mmHg。
c、测距仪应在呈象清晰、气象条件稳定时进行，雷雨前后、大雾、大风、下雨、下雪和大气透明度很差时，不应进行观测，晴天作业时应对全站仪和反射镜进行遮阳，不宜顺光、逆光观测，严禁将仪器照准头对准太阳；
d、测线离地面或障碍物宜在1.3m以上，测站不应设在电磁场影响范围内；
e、测距时严禁有另外的反射镜位于测线或测线延线上，对讲机暂时停止通话；
f、观测读数时，信号指示器指针应在回光信号范围内；
j、测距过程中，当视线被遮挡出现粗差时，应重新启动测量；
h、每次作业后，作业人员应对仪器及附件进行清点，维护和擦拭，但注意手指不能触及镜头和反射棱镜。
全站仪监测数据采集与处理
全站仪监测数据采集
a、观测成果的重测与取舍
水平角观测成果超限的处理：
Ⅰ、2倍照准差变动范围（简称2C互差）或测回间互差超限时，应重测超限方向，并联零测方向；
Ⅱ、当归零差或零方向的2C互差超限时，应重测该测回；
、在方向观测法一测回中，当重测方向数超过所测方向总数的1／3时，应重测该测回；重测的测回数超过总测回数的1／3时，应重测该测站；
、基本测回成果和重测成果均应记入观测记录中，重测与基本测回结果不取中数，每一测回只取一个符合限差的结果。
距离测量成果超限的处理：
、当一测回读数较差超限时，应重测整测回；
、当测回间较差超限时，可重测2个测回，然后去掉一大一小取平均，如重测后测回较差仍超限，应重测该测距边的所有测回；
、当往返测或不同时段较差超限时，应分析原因，重测单方向的距离，如重测后仍超限，应重测往返两方向或不同时段的距离。
b、所有观测数据应采用电记方式进行记录，温度气压应按规定进行记录；
c、加、乘常数的改正，应根据仪器检测结果进行，采用极坐标法施测时，应进行距离和高差的差分改正；
d、所有边坡体监测过程中应有观测略图，观测应尽量按照预先设计的观测方案进行观测。
由于气温和气压对距离影响较大，大气折光和球气差对垂直角影响较大，因此主要对距离和高差进行差分。
a、距离的差分改正
设监测站至基准点1、2的已知斜距分别为S01、S02，在边坡体监测过程中，某时刻实测的斜距分别为S11、S12，则按下式可求出气象改正比例系数△s:
△s=[（S11-S01）/S11+（S12-S02）/S02]/2
实测测站至某监测点的斜距为S1P,则经气象差分改正后的斜距为：
SP=S1P（1-△s）
b、高差的差分改正
在极坐标的单向测量中，由于大气折光和球气差的影响，要对所测的高差进行差分处理。
基准点与监测站之间的高差h是已知的，实测的监测站与基准点1、2的高差分别为h11、h12:
h1n=Sn×sinαn+in-1n
式中：
αn为垂直角，in为仪器高，1n为毡标高。
由于本工程监测采用强制对中装置，因此in-1n为一常数。
根据下式可以求出高差改正系数K：
K=[（h11-h01）/（S1×sinα1）2+（h12-h02）/（S2×sinα2）2]/2
利用两个基准点按上式求得的高差改正系数K，由于测量时间较短，可以认为K值对基准点与监测点的影响是相同的，故按下式可求出监测站与监测点间经高差改正后的高差hP:
hP=SP×sinαP+K（SP×sinαP）2+iP-1P
求得监测站与各监测点间的斜距SP和高差hP后，其平距：
DP2=SP2-hp2
c、监测点三维坐标的计算
综合以上各项差分改正，按极坐标计算公式可准确求出每周期各监测点的三维坐标
X=X0+DP×cos（HZP）
Y=Y0+DP×sin（HZP）
H=H0+hP
式中：
HZP为监测站至监测点的方位角，X0、Y0、H0为监测站的三维坐标值。
由此可见，在监测基准网的基础上，采用差分式测量方案，可以消除和减弱各种误差（外部条件和仪器内部的变化）对测量成果的影响，大幅度的提高测量精度；同时可以简化气压计、温度计等附加测量设备，减轻作业人员的劳动强度。
4.6.2拉裂缝观测
地表变形拉裂缝的量测
采用游标卡尺直接量测，精度0.2mm；较宽时可采用经检验后的钢尺量测，精度0.2mm。
每次量测时宽度要求记录，绘出裂缝的位置、形态和尺寸并注明日期。
技术要求
观测过程中应用固定游标卡尺或钢尺进行量测，以减小量测工具系统误差带来的影响，提高监测的精度。
每次采集数据时应采用多次量测的方法，最后取其平均值作为本次测量的最后结果进行记录计算。
4.6.3巡查监测
在做好专业测量仪器监测的同时，建立日常的定期巡查制度，系统地收集边坡体以及治理工程的变形资料是十分重要的。
因此，在监测过程中，除利用仪器监测外，还必须由有经验的监测人员定期进行巡查监测，巡查过程中至少有一名地质工作人员参与。
（1）检查项目：
a、变形区域附近地表及构筑物裂缝出现的位置、规模、延伸方向、发生时间；变形本身有无开裂现象。
b、地面鼓胀及沉降位置、形态、面积、幅度、发生时间；
c、塌方位置、范围、体积、发生时间；
d、建筑物破坏及树木歪斜情况，水质物化突变等。
（2）检查的分类和次数：
a、日常巡视检查：
巡视人员应按巡视检查项目对边坡体及其周围环境作例行检查，以便及时发现异常现象。
b、特殊情况下巡视检查：
在发生有感地震、大洪水、大暴雨及其它特殊情况下，应立即进行巡视检查。
每次检查均应作好详细的现场记录，必要时应照相或素描。
若发现异常迹象，经复查后，应立即报告主管部门。
5、监测数据的整理及分析
5.1监测数据的整理
在变形监测中，观测中的错误是不允许存在的，系统误差可以通过一定的观测程序得到消除或减弱。
在变形监测中，由于变形量本身很小，临近于测量误差的边缘，为了区分变形与误差，提取变形特征，必须设法消除较大误差（超限误差），提高测量精度，从而尽可能地较少观测误差对变形分析的影响，因此对监测资料的检核是必不可少的重要工作内容。
（1）监测资料检核的方法
野外检核：
任一观测元素（如高差、距离、方向值等）在野外观测中均具有本身的观测检核方法，如限差所规定的往返较差、闭合差、两次读数等，此部分内容以各种规程、规范中要求的技术为依据。
室内检核：
主要包括三个方面的内容。
1）校核各项原始记录，检查各次变形值的计算是否有误；
2）原始资料的统计分析：
包括监测资料奇异值的检验与插补、岁数据的筛选等内容，它涉及到用数学方法来计算与检验；
3）原始资料的逻辑分析：
根据监测点的内在物理意义来分析原始实测值的可靠性，主要用于工程建筑变形的原始实测值，一般应进行以下两种分析：
一致性分析：
从时间的关联性来分析连续积累的资料，从变化趋势上推测它是否具有一致性。
其主要手段是绘制时间—效应量的过程线图和原因—效应量的相关图；
相关性的分析：
从空间的关联性出发来检查一些内在物理关系的效应量之间的相关性。
（2）观测结果的平差计算
本工程采用固定基准进行经典平差，可采用条件平差法或间接平差法，平差后的精度评定应满足各项精度指标要求。
（3）平差成果的整编
为便于对变形监测成果的分析，需要将变形值绘制成各种图表，本工程设计采用变形监测位移增量成果表和变形过程线来分析。
边坡体变形监测所要求的是相对变形，因此在对观测数据进行整理时，以各观测点的零周期值为初始值，计算出以后的每次观测值对初始值之差，求得观测点从开始监测周期内的累计变形量和观测点每相邻周期间的变形量，形成位移增量成果表，并依此绘制出变形过程线图。
变形过程线图以时间为横坐标，以累积变形值为纵坐标绘制，它可以明显地反映出变形的趋势、规律和幅度，对于判断边坡体的稳定性是非常有用的。
5.2变形值的统计规律及成因分析
根据实测变形值整编的表格和图形，可以显示变形的趋势、规律和幅度，在经过长期的观测，掌握了变形规律后，可以绘制观测点的变形范围图。
变形范围图，绘制时可先绘变形过程曲线，然后用两倍的变形值中的误差绘制变形值的变化范围，变形范围图可以用来初步检查观测是否有粗差，同时也可以初步判断边坡体是否有异常变形。
但对异常情况，如违规加载、坡底违规临空开挖等引起的变形值超过变化范围时，再用变化范围图来判断边坡体是否正常就缺乏理论根据，这时，就需要进行变形分析。
（1）变形的几何分析
变形的几何分析是对边坡体的形状和大小的变化作几何描述，其任务在于描述边坡体变形的空间状态和时间特征，其主要内容包括参考点的稳定性分析、观测值的平差处理和质量评定，以及变形模型参数估计等内容。
（2）变形的物理解释
变形的几何分析仅对边坡体的形状和大小的变化作几何描述，还不能对变形的原因作出解释。
确定边坡和变形原因之间的关系，是变形物理解释的任务。
变形的物理解释应确定边坡体与变形因子之间的函数关系，并对引起变形的原因作出分析和解释，以预报变形发展趋势。
变形物理解释的基本方法有统计分析法、确定函数法和混合模型法三种。
本工程采用统计分析法中的回归分析法进行物理解释。
由于变形的物理解释涉及到多学科的知识，已远不是测量人员所能够独立完成的，因此，但在监测过程中出现异常变形时，还需配备结构、工程地质、岩土工程等方面的技术人员。
5.3险情应急抢险标准
根据《建筑变形测量规程》，以阶段和累计变形值作为监测报警的依据。
将阶段监测数据进行平差计算后，与前一周期平差后监测结果进行比较，得出平差之差（阶段变形量）。
然后将平差之差与最大测量误差
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