3.5　监测观测及整编

3.5.1　监测观测

1.一般要求

（1）在整个合同工期内，施工方负责对已埋设安装并处于工作状态的观测仪器，按监理人批准的方法及测次定期观测和检验，记录全部原始观测和检验资料，及时将观测资料换算为相应的温度、应力、位移、水位等物理量，并进行资料整理、分析各监测量的变化规律和趋势、判断有无异常的观测值。按监理人的要求和规定的程序，以电子文件和月报、报表等方式报送监测成果资料。

（2）在汛期、测值出现异常或为施工提供必要的数据时，对部分仪器增加测次，并按监理人的要求及时提供整理的监测资料。

（3）在发现监测数据确有异常时，施工方要复测、加密观测，同时立即通知监理人，以便分析原因，并及时采取必要的措施。

（4）施工方保留全部未经任何涂改的原始记录，监理人有权随时查看。在施工期间，按期向监理人提交监测资料和无任何修改痕迹的原始监测数据。

（5）施工方在进行日常监测的同时，记录收集工程相关资料，包括工程施工形象、监测仪器周围的爆破情况、降雨等情况，以及工程中出现的各种异常情况。对收集到的资料进行妥善保管，并在相应的观测记录中作必要备注，以供进行资料分析之用。

（6）用于现场监测的读数仪表按有关要求定期标定，确保仪表在有效期内使用。

各项目一般情况下监测频次汇总见表3.7。

2.观测技术要求

混凝土内部监测仪器（如应变计组、无应力计、测缝计、钢筋计）埋入后，24h内，每隔4h监测1次；之后每天监测3次，直至混凝土达到最大水化热温升为止；以后每天监测1次，持续1旬；以后每旬监测2次，持续1个月。

测压管、地下水位孔、量水堰安装灌浆后，应反复测读初始值，当连续2次读数差不超过1cm时，取平均值为基准值；以后每天观测1次，持续1周。

3.巡视检查

巡视检查分为日常巡视、年度巡视和特别巡视，施工期进行日常巡视检查，一般一周一次，雨季期间加密，特殊情况（如地震、爆破和暴雨等）及时组织特别巡视检查。

3.5.2　基准值选取

监测仪器的基准值选择是监测资料整理计算中的重要环节，基准时间选择过早或过迟则会造成监测数据不正常或丢失监测资料，使监测计算成果不准确。不同监测仪器所考虑的因素和选取的基准时间也各不相同。

1.内部变形监测仪器

埋设灌浆24h后，测得三次读数差小于1%（F.S），取其平均值作为基准值。

2.应力应变监测仪器

应力应变监测仪器的基准值选取一般遵循以下几个原则：①混凝土浇筑后，混凝土与仪器共同作用和正常工作；②电阻比与温度过程线呈相反趋势变化；③观测资料表明应变计测值服从点应变平衡原理；④观测资料从无规律跳动到比较平滑有规律变化。

（1）应变计、无应力计。

在选择基准值时，需考虑以下情况：

1）当测点处温度达到均匀后，一组内各仪器间的温度差不超过1℃。

2）互相垂直的应变量之和与另一互相垂直的应变量之和相差不应超过（10～25）×10-6范围。另外由于应变计本身具有一定的刚度，所以在混凝土凝固前，应变计不能完全反映出混凝土的变形，一般在埋设后12h以上，才能达到平衡状态。因此选择位于同层同块的应变计组的基准值时，一般选24h以上的观测值作为基准值，无应力计和它相应的应变计组取共同的基准时间。

（2）测缝计。

测缝计埋设后，混凝土或水泥砂浆终凝时的测值可作为基准值，一般取24h测值。

（3）钢筋计。

钢筋计的基准值可根据使用处的结构而定，一般取混凝土或砂浆固化后钢筋和钢筋计能够跟随其周围材料变形时的测值作为基准值，一般取24h以上的测值。

3.渗流渗压监测仪器（渗压计）

在埋设前将装有渗压计的砂袋放在充满水的水桶中泡水24h，保持水温、周围环境和渗压计温度相对不变。24h后将渗压计慢慢提起，但注意要使渗压计的透水石端接近水面而不暴露出水面，此时用测读仪表读取线性读数、温度，此时测值即为该渗压计的基准值读数。

3.5.3　监测资料整编

1.一般要求

（1）对监测资料必须及时整理和整编，并将分析成果提交监理人。

（2）监测资料整编，是将安全监测仪器埋设的竣工图、各种原始数据和有关文字、图表（包括影像、图片）等资料，进行收集、统计、考证、审查，综合整理监测成果，按规定的数据库格式输入计算机，用磁盘或光盘备份保存，并汇编刊印成册。

（3）监测资料整编工作包括日常资料整理、整编和定期资料综合分析。整理、整编的成果应做到项目齐全，考证清楚，数据可靠，图表完整，规格统一，说明完备。

（4）每次仪器监测和巡视检查后，随即进行日常资料整理。主要是查证原始监测数据的可靠性和准确性，将其换算成所需的监测物理量，按规定的数据库格式及时存入计算机，并判断测值有无异常。如有异常或疑点，及时复测、确认。

（5）在日常资料整理基础上，对资料定期整编。定期整编是指按规定时段对监测资料进行整编和分析，汇编刊印成册，并附简要的分析意见和编印说明。

2.整编方法

（1）数据检验。对现场观测的数据或自动化仪器所采集的数据，检查作业方法是否合乎规定，各项被检验数值是否在限差以内，是否存在粗差或系统误差。若判定观测数据超出限差时，立即重测。

任何测量过程都不可能得到与实际情况完全相符的测值，由于种种原因，测量中不可避免地引入这种或那种偏差。测值与真值的差异称为测值的观测误差。误差源主要有：

1）仪器和量具的误差（含随时间产生的误差）。

2）人的误差（含测错、读错、记录错）。

3）自然条件引起的误差。

4）测量方法的误差。

其误差的数值和符号不变的称为恒值系统误差。反之，称为变值系统误差。变值系统误差又可分为累进性的、周期性的和按复杂规律变化的几种类型。系统误差的原因包括检测装置本身性能不完善、测量方法不完善、测量者对仪器使用不当、环境条件的变化等原因。注意：同条件多次重复测量消除不了系统误差。

有条件时，通过调查或试验对量测中存在的方法误差、装置误差、环境误差、人员主观误差和处理量测数据时产生的舍入误差、近似计算误差以及计算时由于数学物理常数有误差而带来的测值误差进行分析研究，以判断其数值大小，找出改进措施，从而提高观测精度，改善测值质量。

（2）物理量计算。经检验合格的观测数据，应按照一定的方法换算为监测物理量，如水平位移、垂直位移、扬压力、渗流量、应变、应力等。物理量的正负号应遵守规范的规定。规范没有统一规定的，应在观测开始时即明确加以定义且始终不变。相同类型的物理量（位移、应力、应变、渗压、渗流等）的正负号、单位应统一，尤其是不同监测手段获得的位移应尽可能采用相同的坐标系、正负号和单位。

数据计算确保方法合理、计算准确。采用的公式要正确反映物理关系，使用的计算机程序要经过考核检验，采用的参数要符合实际情况。计算时，采用国际单位制。有效数字的位数应与仪器读数精度相匹配，且始终一致，不随意增减。严格坚持校审制度，计算成果一般应经过全面校核、合理性审查等几个步骤，以保证成果准确无误。

观测基准值将影响每次观测成果值，必须慎重准确地确定。内部观测仪器的初值根据混凝土的特性、仪器的性能及周围的温度等，从初期各次合格的观测值中选定。变形观测的位移、接缝变化等皆为相对值，基准值是计算监测物理量的相对零点。一般宜选择水库蓄水前数值或低水位期数值。各种基准值至少连续观测2次，合格后取均值使用。一个项目的若干同组测点的基准值宜用同一测次的，以便相互比较。

3.5.4　整编公式

1.多点位移计绝对位移计算

（1）物理量换算。多点位移计的量测物理量为位移，位移计有频率模数Fi（频率的平方除以1000）和温度Ti两个测值，可接入振弦式读数仪或安全监测自动化系统进行测量。

频率模数：

位移公式：

式中　Fi——当前时刻测得的频率模数值；

fi——当前时刻测得的频率值；

J——缝开合度，mm，正值为张开；

L——位移量，mm，正值为拉伸；

k——仪器率定系数，由仪器生产厂家提供；

KT——温度修正系数，10-6/℃，由仪器生产厂家提供；

F0——基准时刻测得的频率模数值；

Ti——当前时刻测得的温度值；

T0——基准时刻测得的温度值。

（2）绝对位移换算。以四点式多点位移计的计算为例，锚头埋设由浅入深分别为A、B、C、D，经过整编后，各传感器位移分别为DA、DB、DC和DD，但以上位移为相对位移，需要转换成以D锚头埋设位置为相对不动点的绝对位移，那么D传感器的读数DD即为孔口处的绝对位移量D'D，相对D锚头埋设位置的A、B、C锚头处的绝对位移分别为

2.振弦式渗压计

振弦式渗压计有频率模数Fi（频率的平方除以1000）和温度Ti两个测值，可接入振弦式读数仪或安全监测自动化系统进行测量。

渗透压力计算公式：

线性公式：

多项式公式：

式中　Fi——当前时刻测得的频率模数值；

P——水压力，kPa；

G——线性计算系数，由仪器生产厂家提供；

K——温度修正系数，由仪器生产厂家提供；

F0——基准时刻测得的频率模数值；

Ti——当前时刻测得的温度值；

T0——基准时刻测得的温度值；

A、B、C——多项式计算系数，由仪器生产厂家提供。

还可以结合渗压计埋设高程将渗透水压力换算成水位，公式如下：

式中　H0——渗压计埋设高程；

P——渗透水压力；

ρ——水的密度。

3.电阻温度计

温度计计算公式：

式中　t——温度；

Rt——当前电阻测值；

——计算冰点电阻值，由仪器生产厂家提供，一般为46.6Ω；

α——电阻温度系数，由仪器生产厂家提供，一般为5℃/Ω。

4.差阻式应变计（无应力计、钢板计）

应变计、无应力计、钢板计的传感器相同，因此，其整编公式基本一致。差阻式应变计、无应力计、钢板计有电阻比Z和温度电阻R两个测值，可接入电桥或安全监测自动化系统进行测量。

（1）温度计算公式。

式中　t——测点温度；

Rt——当前电阻测值；

——计算0℃电阻值，由仪器生产厂家提供；

α'——零上温度系数，由仪器生产厂家提供；

α″——零下温度系数，由仪器生产厂家提供。

（2）应变计算公式。

式中　εm——混凝土应变，正值为拉应变；

f——最小读数，由仪器生产厂家提供；

b——温度修正系数，由仪器生产厂家提供；

ac——混凝土或钢板膨胀系数，由仪器生产厂家提供；

a——温度系数，由仪器生产厂家提供；

Zi——当前电阻比测值；

Z0——基准电阻比测值；

Ri——当前温度电阻测值；

R0——基准温度电阻测值。

（3）有效应变的计算。

对于应变计，根据式（3.38），算得的实测应变εm，并不完全是由应力引起的，它包括两部分：①外力和内部约束引起的应变，称为应力应变ε1；②由自由体积变形引起的应变，称为非应力应变[ε0由无应力计测值根据式（3.38）计算]。而在工程上需要分析的是ε1。因此，计算应变时，应将ε减去非应力应变ε0，则计算公式为

式中　ε——应变计所测的应变；

ε1——由应力产生的应变，称作有效应变；

ε0——自由体积变形应变，为无应力计的测值。

5.其他差阻式仪器

其他大部分差阻式仪器的计算原理基本类似，如钢筋计、锚杆应力计、土压力计、压应力计、测缝计和位移传感器等，都有电阻比Z和温度电阻R两个测值，可接入电桥或安全监测自动化系统进行测量。各类仪器换算成相应物理量后，进一步的整编计算与相应的振弦式传感器资料整编相同。

各种传感器的温度计算与差阻式应变计相同。

相应物理量计算公式：

式中　σ——应力，正值受拉；

L——位移量，正值受拉或呈张开状态；

f——最小读数，由仪器生产厂家提供；

b——温度修正系数，由仪器生产厂家提供；

Zi——当前电阻比测值；

Z0——基准电阻比测值；

Ri——当前温度电阻测值；

R0——基准温度电阻测值。

3.5.5　监测资料正负号规定

根据规范规程及设计文件规定，本工程各监测仪器的正负号规定如下：

（1）坝体位移：向下游、左岸位移为正，向上游、右岸为负。

（2）边坡位移：向河床位移为正，向山体为负。

（3）多点位移计：变形指向临空面为正，反之为负。

（4）接缝和裂缝开合度：张开为正，闭合为负。

（5）应力、应变值：以拉应力（应变）为正，压应力（应变）为负。

（6）渗流渗压值：以有压为正。

3.5.6　仪器单位符号规定

目前安装仪器主要有位移传感器、应力传感器、温度传感器、渗流渗压传感器、应力应变传感器等，监测仪器单位符号规定见表3.8。