建筑物監(jiān)測課程

1、第第15章章 建建(構構)筑物變形觀測與動態(tài)位移監(jiān)測筑物變形觀測與動態(tài)位移監(jiān)測 建筑物隨時間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂建筑物隨時間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂縫等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為縫等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為變形變形。 變形的原因變形的原因: :建筑物在工程建設和使用過程中，由于基礎建筑物在工程建設和使用過程中，由于基礎的地質構造不均勻，土壤的物理性質不同，土基的塑性變形，的地質構造不均勻，土壤的物理性質不同，土基的塑性變形，地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物荷身的荷重及動地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物荷身的荷重及動荷載荷載( (如風力、震動等如風力、震動等) )的

2、作用等的作用等 變形按時間長短分為：變形按時間長短分為：長周期變形長周期變形( (建筑物自重引起的沉建筑物自重引起的沉降和變形降和變形) )、短周期變形、短周期變形( (溫度變化所引起的變形溫度變化所引起的變形) )和瞬時變形和瞬時變形( (風振引屈的變形風振引屈的變形) )。 變形按其類型可分為：變形按其類型可分為：靜態(tài)變形和動態(tài)變形。靜態(tài)變形和動態(tài)變形。15.1 變形觀測概述變形觀測概述建筑物變形監(jiān)測的主要目的包括以下幾個方面：建筑物變形監(jiān)測的主要目的包括以下幾個方面： 、分析估計建筑物的安全程度，以便及時采取措施，、分析估計建筑物的安全程度，以便及時采取措施，設法保證建筑物的安全運行設法

3、保證建筑物的安全運行. . 、利用長期的觀測資料驗證設計參數、利用長期的觀測資料驗證設計參數. . 、反饋工程的施工質量、反饋工程的施工質量. . 、研究建筑物變形的基本規(guī)律、研究建筑物變形的基本規(guī)律變形觀測方法變形觀測方法第一類：常規(guī)大地測量方法第一類：常規(guī)大地測量方法，包括幾何水準測量測量、三角高程，包括幾何水準測量測量、三角高程測量、三角測量、三角( (邊邊) )測量、導線測量、交會法等。測量、導線測量、交會法等。第二類：攝影測量方法第二類：攝影測量方法，包括近景攝影測量。，包括近景攝影測量。 第三類：專門測量方法第三類：專門測量方法或稱物理儀器法包括各種準直測量或稱物理儀器法包括各種準

4、直測量( (激激光準直系統(tǒng)具有代表性光準直系統(tǒng)具有代表性) )、傾斜儀觀測、流體靜力水淮測量系紋、傾斜儀觀測、流體靜力水淮測量系紋及應變計測量等及應變計測量等第四類：空間測量技術第四類：空間測量技術包括甚長基線干涉測量、衛(wèi)星激光測距、包括甚長基線干涉測量、衛(wèi)星激光測距、全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)(GPS)等?？臻g測量技術先進，可以提供大量的變等?？臻g測量技術先進，可以提供大量的變形信息，是研究地殼形變及地友下沉等全球性變形的主要手段。形信息，是研究地殼形變及地友下沉等全球性變形的主要手段。第五類：自動化觀測的方法第五類：自動化觀測的方法。坐標儀、液態(tài)儀等。坐標儀、液態(tài)儀等。 建筑物變形

5、觀測的實質是：建筑物變形觀測的實質是：定期地對建筑物的有定期地對建筑物的有關幾何量進行測量，并從中整理、分析出變形規(guī)律。關幾何量進行測量，并從中整理、分析出變形規(guī)律。 其基本原理是：其基本原理是：在建筑物上選擇一定數量的有代在建筑物上選擇一定數量的有代表性的點，通過對這些點的重復觀測來求出幾何量的表性的點，通過對這些點的重復觀測來求出幾何量的變化變化。 變形觀測的測量點可分為：變形觀測的測量點可分為：基難點、工作點和觀基難點、工作點和觀測點三類。測點三類。變形監(jiān)測點的分類變形監(jiān)測點的分類: : (1) (1) 基準點基準點 基準點為變形觀測系統(tǒng)的基本控制點，是測定工作點和變形基準點為變形觀測系

6、統(tǒng)的基本控制點，是測定工作點和變形點的依據?；鶞庶c通常埋設在穩(wěn)固的基巖上或變形區(qū)域以外，盡點的依據?；鶞庶c通常埋設在穩(wěn)固的基巖上或變形區(qū)域以外，盡可能長期保存，穩(wěn)定不動。每個工程一般應建立可能長期保存，穩(wěn)定不動。每個工程一般應建立3 3個基準點個基準點. . ( (水平位移監(jiān)測基準點標志水平位移監(jiān)測基準點標志) )垂直位移監(jiān)測垂直位移監(jiān)測基準點標志基準點標志2 2 、工作點、工作點 工作點又稱工作基點，它是基準點與變形觀測點之間起聯(lián)工作點又稱工作基點，它是基準點與變形觀測點之間起聯(lián)系作用的點。工作埋設在被研究對象附近，要求在觀測期間系作用的點。工作埋設在被研究對象附近，要求在觀測期間保持點位穩(wěn)

7、定。保持點位穩(wěn)定。3 3、觀測點、觀測點 變形觀測點是直接埋設在變形體上的能反映建筑物變形特變形觀測點是直接埋設在變形體上的能反映建筑物變形特征的測量點，又稱觀測點，一般地設在建筑物內部。并根據征的測量點，又稱觀測點，一般地設在建筑物內部。并根據測定它們的變化來判斷這些建筑物的沉陷與位移。測定它們的變化來判斷這些建筑物的沉陷與位移。觀測點的埋設：觀測點的埋設：觀測點的安放位置觀測點的安放位置建筑物監(jiān)測內容：建筑物監(jiān)測內容： 1 1、工業(yè)及民用建筑物、工業(yè)及民用建筑物 對于工業(yè)與民用建筑物對于工業(yè)與民用建筑物。主要進行沉陷、傾斜和裂縫的觀測，即靜態(tài)變。主要進行沉陷、傾斜和裂縫的觀測，即靜態(tài)變形觀

8、測；形觀測； 對于高層建筑物對于高層建筑物。還耍進行震動觀測，即動態(tài)變形觀測；。還耍進行震動觀測，即動態(tài)變形觀測； 對于大量抽取地下水對于大量抽取地下水及進行地下采礦的地區(qū)。則應進行地表沉降觀測。及進行地下采礦的地區(qū)。則應進行地表沉降觀測。 主要監(jiān)測項目如下：主要監(jiān)測項目如下： （1 1）基礎沉降：單點沉降量、平均沉降量、相對沉降量、傾斜、彎曲、沉）基礎沉降：單點沉降量、平均沉降量、相對沉降量、傾斜、彎曲、沉降速率。降速率。 （2 2）水平位移：單點水平位移、位移速率、撓度。）水平位移：單點水平位移、位移速率、撓度。 （2 2）滑坡監(jiān)測。）滑坡監(jiān)測。 （3 3）裂縫監(jiān)測。）裂縫監(jiān)測。 （4 4

9、）內部監(jiān)測：應力應變監(jiān)測、溫度監(jiān)測、地下水位監(jiān)測。）內部監(jiān)測：應力應變監(jiān)測、溫度監(jiān)測、地下水位監(jiān)測。 2、水工建筑物、水工建筑物 對于大型水工建筑物，例如混凝土壩，由于水的側壓力、對于大型水工建筑物，例如混凝土壩，由于水的側壓力、外界溫度變化、壩體自重等因素的影響，壩體將產生沉降、外界溫度變化、壩體自重等因素的影響，壩體將產生沉降、水平位移、傾斜、撓曲等變化，因而需要進行相應內容的變水平位移、傾斜、撓曲等變化，因而需要進行相應內容的變形觀測。對于某些重要建筑物，除了進行必要的變形監(jiān)測外，形觀測。對于某些重要建筑物，除了進行必要的變形監(jiān)測外，還需要對其內部的應變、應力、溫度、摻壓等項目進行觀測，

10、還需要對其內部的應變、應力、溫度、摻壓等項目進行觀測，以便綜合了解建筑物的工作性態(tài)。以便綜合了解建筑物的工作性態(tài)。 主要監(jiān)測項目如下：主要監(jiān)測項目如下： （1 1）現(xiàn)場巡視）現(xiàn)場巡視 （2 2）外部監(jiān)測：沉降、水平位移、傾斜、撓度、裂縫、滑坡等。）外部監(jiān)測：沉降、水平位移、傾斜、撓度、裂縫、滑坡等。 （3 3）內部監(jiān)測：溫度、應力應變、滲壓、滲流量、水力學觀測、水）內部監(jiān)測：溫度、應力應變、滲壓、滲流量、水力學觀測、水文觀測、泥沙。文觀測、泥沙。 （4 4）環(huán)境監(jiān)測：水位、氣溫、降雨量、風、地震、地下滲流場。）環(huán)境監(jiān)測：水位、氣溫、降雨量、風、地震、地下滲流場。3 3、大型橋梁工程、大型橋梁工

11、程 （1 1）橋梁墩臺變形觀測）橋梁墩臺變形觀測 橋梁墩臺的變形觀測主要包括兩方面：橋梁墩臺的變形觀測主要包括兩方面： 各墩臺的垂直位移觀測：主要包括墩臺特征位置的垂直位移和沿橋軸各墩臺的垂直位移觀測：主要包括墩臺特征位置的垂直位移和沿橋軸線方向線方向( (或垂直于橋軸線方向或垂直于橋軸線方向) )的傾斜觀測；的傾斜觀測； 各墩臺的水平位移觀測：其中各墩臺在上、下游的水平位移觀測稱為各墩臺的水平位移觀測：其中各墩臺在上、下游的水平位移觀測稱為橫向位移觀測，各墩臺沿橋軸線方向的水平位移觀測稱為縱向位移觀測。橫向位移觀測，各墩臺沿橋軸線方向的水平位移觀測稱為縱向位移觀測。兩者中，以橫向位移觀測更為

12、重要。兩者中，以橫向位移觀測更為重要。 （2 2）塔柱變形觀測）塔柱變形觀測 塔柱變形觀測主要包括：塔柱頂部水平位移監(jiān)測、塔柱整體傾斜觀測、塔柱變形觀測主要包括：塔柱頂部水平位移監(jiān)測、塔柱整體傾斜觀測、塔柱周日變形觀測、塔柱體撓度觀測、塔柱體伸縮量觀測。塔柱周日變形觀測、塔柱體撓度觀測、塔柱體伸縮量觀測。（3 3）橋面撓度觀測）橋面撓度觀測 橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況。橋面在外界荷載的作用下橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況。橋面在外界荷載的作用下將發(fā)生變形，使橋梁的實際線形與設計線形產生差異，從而影響橋梁的將發(fā)生變形，使橋梁的實際線形與設計線形產生差異，從而影響橋梁的內部應力狀態(tài)

13、。內部應力狀態(tài)。（4 4）橋面水平位移觀測）橋面水平位移觀測 橋面水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移。橋橋面水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移。橋梁水平位移主要由基礎的位移、傾斜以及外界荷載梁水平位移主要由基礎的位移、傾斜以及外界荷載( (風日照、風日照、車輛等車輛等) )等引起，對于大路徑的斜拉橋和懸索橋，風荷載可使等引起，對于大路徑的斜拉橋和懸索橋，風荷載可使橋面產生大幅度的擺動，這對橋梁的安全運營十分不利。橋面產生大幅度的擺動，這對橋梁的安全運營十分不利。橋梁工程的主要監(jiān)測項目如下：橋梁工程的主要監(jiān)測項目如下：（1 1）塔柱變形：基礎沉降、傾斜、周日變形、壓縮、膨脹。）塔

14、柱變形：基礎沉降、傾斜、周日變形、壓縮、膨脹。（2 2）結構應力應變監(jiān)測。）結構應力應變監(jiān)測。（3 3）結構溫度監(jiān)測。）結構溫度監(jiān)測。（4 4）橋面線形監(jiān)測。）橋面線形監(jiān)測。（5 5）結構震動監(jiān)測。）結構震動監(jiān)測。（6 6）索力監(jiān)測。）索力監(jiān)測。（7 7）環(huán)境監(jiān)測）環(huán)境監(jiān)測( (風、氣溫、地震、車流量、流速等）。風、氣溫、地震、車流量、流速等）。（8 8）河床變化監(jiān)測。）河床變化監(jiān)測。變形監(jiān)測的精度變形監(jiān)測的精度,不同目的的變形監(jiān)測精度要求不同不同目的的變形監(jiān)測精度要求不同5、變形觀測的周期、變形觀測的周期 變形觀測的時間間隔稱為變形觀測的時間間隔稱為觀測周期觀測周期，即在一定的時間內完，即在

15、一定的時間內完成一個周期的測量工作。成一個周期的測量工作。 觀測周期與工程的大小、測點所在位置的重要性、觀測目觀測周期與工程的大小、測點所在位置的重要性、觀測目的以及觀測一次所需時間的長短有關。的以及觀測一次所需時間的長短有關。 確定變形觀測的周期原則確定變形觀測的周期原則: :應以能系統(tǒng)反映所測變形的變應以能系統(tǒng)反映所測變形的變化過程且不遺漏其變化時刻為原則化過程且不遺漏其變化時刻為原則。 一般可按荷載的變化或變形的速度來確定。在工程建筑一般可按荷載的變化或變形的速度來確定。在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測周期應多一些，隨著建筑物建成初期，變形速度較快，觀測周期應多一些，隨著建筑物趨

16、向穩(wěn)定，可以減少觀測次數，但仍應堅持長期觀測，以物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測次數，但仍應堅持長期觀測，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對于周期件的變形，在一個變形周期內便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對于周期件的變形，在一個變形周期內至少應觀測兩次。至少應觀測兩次。 （以大壩為例的觀測周期如下，其它工程以規(guī)范為準）（以大壩為例的觀測周期如下，其它工程以規(guī)范為準）15.2 變形監(jiān)測系統(tǒng)設計變形監(jiān)測系統(tǒng)設計一、變形監(jiān)測系統(tǒng)設計的原則與內容一、變形監(jiān)測系統(tǒng)設計的原則與內容 1 1 設計原則設計原則 1 1）針對性；）針對性；2 2）完整性；）完整性；3 3）先進性；）先進性；4 4）可靠性；）可靠性；5 5）經濟性）經濟性 2

17、2、設計的主要內容、設計的主要內容15.3 15.3 水平位移監(jiān)測水平位移監(jiān)測 1.1.建筑物的水平位移是指建筑物的水平位移是指: :建筑物的整體建筑物的整體平面移動，其原因主要是基礎受到水平應力的平面移動，其原因主要是基礎受到水平應力的影響影響, ,如地基處于滑坡地帶或受地震的影響。如地基處于滑坡地帶或受地震的影響。測定平面位置隨時間變化的移動量，以監(jiān)視建測定平面位置隨時間變化的移動量，以監(jiān)視建筑物的安全或采取加固措施。筑物的安全或采取加固措施。 * * * *其表現(xiàn)形式為在不同時期平面坐標或其表現(xiàn)形式為在不同時期平面坐標或距離的變化。建筑物水平位移觀測是測定建筑距離的變化。建筑物水平位移觀

18、測是測定建筑物在平面位置上隨時間變化的移動量物在平面位置上隨時間變化的移動量* * * * 水平位移觀測的方法常規(guī)的有水平位移觀測的方法常規(guī)的有: 地面控制測量方法，如導線測量、前方交會法等；也有地面控制測量方法，如導線測量、前方交會法等；也有各專用方法，如基準線法，正、倒垂線法等。對于各種不同各專用方法，如基準線法，正、倒垂線法等。對于各種不同的方法，其測點與工作基點及其標志布設都有專門的要求。的方法，其測點與工作基點及其標志布設都有專門的要求。通常以測量規(guī)范為準通常以測量規(guī)范為準.測角前方交會在變形點上不便于架設儀器時，多采用這種方法。如圖154所示，A、B為平面基準點，p為變形點，由于A

19、、B的坐標為已知，在觀測了水平角、后，即可依下式求算p點的坐標。 測角中誤差；D兩已知點間的距離； 206 265。采用這種方法時，交會角宜在60至120之間，以保證交會精度。cotcotcotcotcotcotcotcotBABApBABApxxyyyyyxxx)(sinsinsin222 Dmmpm 后方交會 如果變形點上可以架設儀器，且與三個平面基準點通視時，可采用這種方法。如圖155所示，A、B、C為平面基準點，p為變形點，當觀測了水平角、后，即可依公式153計算p點坐標。 BpBBpBpBBpBpxKyyyyKKbaxxxx21cot)()(BABAyyxxacot)()(BABAx

20、xyybcot)()(BCBCyyxxccot)()(BCBCxxyyddbcak22222)sin(sinsin bacaBCcABpDDDDDDDmm采用這種方法時，需注意p點不能與A、B、C在同一圓周上，否則無定解。極坐標法 在光電測距儀出現(xiàn)以后，這種方法用得比較廣泛，只要在變形點上可以安置反光鏡，且與基準點通視即可。如圖156所示，A、B為基準點，其坐標已知，p為變形點，當測出及d以后，即可據以求出p點的坐標，由于計算方法簡單，不再進行說明。點位中誤差的估算公式為： 22)(DmmmDp導線法 當相鄰的變形點間可以通視，且在變形點上可以安置儀器進行測角、測距時，可采用這種方法。通過各次

21、觀測所得的坐標值進行比較，便可得出點位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線型建筑物的水平位移觀測，如對弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測。 4引張線法引張線法 引張線法是利用一根在兩端拉緊的鋼絲引張線法是利用一根在兩端拉緊的鋼絲( (或高強度的尼龍絲或高強度的尼龍絲) )所建立的所建立的基準面來測定偏移值的方法。由于鋼絲被固定在兩端的工作基點上，觀測基準面來測定偏移值的方法。由于鋼絲被固定在兩端的工作基點上，觀測點在不同時間相對于鋼絲的偏移值之差即是該觀測點在垂直于軸線方向上點在不同時間相對于鋼絲的偏移值之差即是該觀測點在垂直于軸線方向上的水平位移量。的水平位移量。15.4 15.4 垂直位移監(jiān)

22、測垂直位移監(jiān)測 建筑物的沉降是指建筑物的沉降是指: :建筑物及其基礎在垂直方向建筑物及其基礎在垂直方向上的變形上的變形( (也稱垂直位移也稱垂直位移) )。 * * * *沉降觀測就是測定建筑物上所設觀測點沉降觀測就是測定建筑物上所設觀測點( (沉降沉降點點) )與基準點與基準點( (水準點水準點) )之間隨時間變化的之間隨時間變化的高差變化量高差變化量。* * * * 通常采用通常采用 進行垂直位移觀測時，首先校測工作基點的高程，然后再由工作基點進行垂直位移觀測時，首先校測工作基點的高程，然后再由工作基點測定各位移標點的高程。測定各位移標點的高程。 將首次測得的位移標點高程與本次測得的高程相

23、比較，其差值即為兩將首次測得的位移標點高程與本次測得的高程相比較，其差值即為兩次觀測時間間隔內位移標點的垂直位移量。按規(guī)定垂直位移向下為正，向次觀測時間間隔內位移標點的垂直位移量。按規(guī)定垂直位移向下為正，向上為負。上為負。觀測計算觀測計算: :垂直位移常用的觀測方法有：垂直位移常用的觀測方法有： (1)(1)幾何水準測量法。幾何水準測量法。利用水準儀和水準尺從水準基點開利用水準儀和水準尺從水準基點開始測量各點位高程的方法，通過各點位高程變化求得其垂直始測量各點位高程的方法，通過各點位高程變化求得其垂直位移。位移。 (2)(2)三角高程測量法三角高程測量法。利用三角高程測量原理測定監(jiān)測點。利用三

24、角高程測量原理測定監(jiān)測點的高程，從而判定該點的變形情況，該法適用于高差較大的的高程，從而判定該點的變形情況，該法適用于高差較大的場合。場合。 (3)(3)液體靜力水準法液體靜力水準法。利用連通管原理測量各點位容器內。利用連通管原理測量各點位容器內液面高差以測定各點垂直位移的觀測方法，適用于混凝土大液面高差以測定各點垂直位移的觀測方法，適用于混凝土大壩基礎廊道和土石壩表面垂直位移觀測。壩基礎廊道和土石壩表面垂直位移觀測。 (4)GPS(4)GPS觀測法。觀測法。利用利用GPSGPS可以測量出各監(jiān)測點的三維坐標，可以測量出各監(jiān)測點的三維坐標，從而也可測量監(jiān)測點的垂直位移。從而也可測量監(jiān)測點的垂直位

25、移。1 1、幾何水準測量法、幾何水準測量法 水準測量作業(yè)應按照國家規(guī)范的具體要求嚴格執(zhí)行。儀器校驗；水準測量作業(yè)應按照國家規(guī)范的具體要求嚴格執(zhí)行。儀器校驗；應按照規(guī)范要求的觀測程序和限差要求進行觀測和檢驗。應按照規(guī)范要求的觀測程序和限差要求進行觀測和檢驗。 在水難測量作業(yè)過程中，還應注意以下幾個問題：在水難測量作業(yè)過程中，還應注意以下幾個問題：（1）三等以上水準測量應往返觀測，其觀測順序為：）三等以上水準測量應往返觀測，其觀測順序為： 往測；奇數站，后一前一前一后；偶數站，前一后一后往測；奇數站，后一前一前一后；偶數站，前一后一后前。前。 返測：奇數站，前一后一后一前；偶數站，后一前一前一后。

26、返測：奇數站，前一后一后一前；偶數站，后一前一前一后。 （2）三等水準若為附合線路可以采用單程測量，支線必須進行往返）三等水準若為附合線路可以采用單程測量，支線必須進行往返 觀測。觀測。 （3）自動安平水準儀作業(yè)時，水準器應嚴格校正，并經常檢查其性）自動安平水準儀作業(yè)時，水準器應嚴格校正，并經常檢查其性 能。能。 （4）由往測轉向返測時，兩水準尺必須位置互換并重新整平儀器。）由往測轉向返測時，兩水準尺必須位置互換并重新整平儀器。 （5）每測段的往返測的測站數均應為偶數。）每測段的往返測的測站數均應為偶數。 （6）應選氣象條件良好的狀態(tài)下進行水準測量。）應選氣象條件良好的狀態(tài)下進行水準測量。 水準測量精度水準測量精度2、三角高程測量、三角高程測量15.5 15.5 撓度與裂縫觀測撓度與裂縫觀測1 1、撓度觀測、撓度觀測 撓度觀測是：撓度觀測是：測定建筑物受力后撓曲程度測定建筑物受力后撓曲程度。 觀測方法是測定建筑物在鉛垂面內各不同高程點觀測方法是測定建筑物在鉛垂面內各不同高程點相對于底部的水平位移值。相對于底部的水平位移值