《工程測量》第15章建筑物變形觀測

1、第十五章 建筑物變形觀測15-1 概述15-2 基準(zhǔn)點(diǎn)與變形點(diǎn)15-3 垂直位移監(jiān)測方法15-4 水平位移監(jiān)測方法15-5 傾斜監(jiān)測方法15-6 撓度監(jiān)測方法15-3 變形觀測成果處理15-1 概述一、各種大型建筑物在其建設(shè)與使用階段均可能發(fā)生局 部或整體位移，也就是所說的“變形”或“形變”。變 形觀測的任務(wù)是測量并預(yù)報(bào)形變，為制定補(bǔ)救措施 提供重要的參考數(shù)據(jù)。二、建筑物變形原因 1、建筑物基礎(chǔ)的地質(zhì)條件 2、地球物理運(yùn)動(dòng)如地震 3、靜/動(dòng)荷載 4、自然條件的影響 5、人為機(jī)械震動(dòng) 6、材料選擇不當(dāng)、施工方法不當(dāng)及施工中偷工 減料變形高樓群變形電視塔隔河巖水庫蓄水現(xiàn)狀圖隔河巖水庫蓄水現(xiàn)狀圖隔河

2、巖大壩隔河巖大壩GPS監(jiān)測網(wǎng)圖監(jiān)測網(wǎng)圖隔河巖水庫泄洪圖隔河巖水庫泄洪圖變形大壩變形滑坡變形地震三、變形的分類和觀測方法 1、分類：分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩類。靜態(tài)變形是時(shí)間的函數(shù)；動(dòng)態(tài)變形是外力的函數(shù)，對于時(shí)間，其觀測結(jié)果表示在某一時(shí)刻的瞬時(shí)變形。 2、方法：靜態(tài)變形用周期性的重復(fù)觀測，動(dòng)態(tài)變形則需用自動(dòng)記錄儀器記錄其瞬時(shí)變形四、形變的表現(xiàn)形式1、垂直位移(沉降/抬升，Subsiding/Uplift)2、水平位移(Horizontal displacement)3、傾斜(Tilting)4、撓曲及扭轉(zhuǎn)(Bending & Distorting)五、變形觀測的精度要求1、如果目的是監(jiān)視建筑物的

3、安全，可根據(jù)1971年國際 測量師協(xié)會(huì)(FIG)的建議來制定觀測精度：觀測中 誤差應(yīng)小于允許變形值的1/101/202、如果目的是研究區(qū)域形變規(guī)律如地殼形變監(jiān)測，精 度應(yīng)盡可能高些六、變形觀測的頻率要求 觀測頻率的確定隨荷載的變化和變形速率而異15-2 基準(zhǔn)點(diǎn)與變形點(diǎn)的構(gòu)造與布設(shè) 建筑物的變形是通過量測觀測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)間的相對位置變化而求得的一、基準(zhǔn)點(diǎn)及其布設(shè) 1、基準(zhǔn)點(diǎn)：要求穩(wěn)固可靠，一般應(yīng)選在變形區(qū)域之外，且地質(zhì)條件穩(wěn)定，無震動(dòng)源的地方。 2、工作基點(diǎn)：對于一些大型工程，要求基準(zhǔn)點(diǎn)距變形區(qū)遠(yuǎn)，為方便觀測，在觀測點(diǎn)相對穩(wěn)定處設(shè)立一些工作基點(diǎn)，由它直接對觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測。 3、布設(shè)要求 (1)、對

4、于水平位移觀測，基準(zhǔn)點(diǎn)間應(yīng)構(gòu)成平面控制網(wǎng)。通常要求埋設(shè)觀測墩，實(shí)行強(qiáng)制對中 (2)、對于水準(zhǔn)位移觀測，基準(zhǔn)點(diǎn)間應(yīng)構(gòu)成水準(zhǔn)網(wǎng)(高程基準(zhǔn)點(diǎn)不少于三個(gè)) 1、 觀測點(diǎn)必須與建筑物固聯(lián)在一起，并設(shè)立固定的觀測標(biāo)志； 2、觀測點(diǎn)的數(shù)量與位置選擇要求能正確、全面反映建筑物的變形情況并兼顧觀測方便； 3、垂直位移觀測點(diǎn)的布設(shè)：一般布設(shè)于建筑物的四角及荷載變化處、樓層變化處、地址條件變化處； 4、水平位移觀測點(diǎn)的布設(shè)：因觀測方法和變形方向而異，變形點(diǎn)的位置必須具有代表性。要求觀測點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn) (或工作基點(diǎn))通視，盡量設(shè)置強(qiáng)制對中器。二、觀測點(diǎn)(變形點(diǎn))及其布設(shè)水平控制網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)1基準(zhǔn)點(diǎn)2GPS1GPS1GPS2G

5、PS2GPS3GPS3GPS4GPS4GPS監(jiān)測網(wǎng)強(qiáng)制對中器建筑物上的變形點(diǎn)或稱觀測點(diǎn)建筑物上的變形點(diǎn)安裝BM1P 15P1P2P3P4P5P6P7P8P9P 10P 11P 12P 13P 14D2D4C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10BM3BM2某建筑群沉降監(jiān)測水準(zhǔn)網(wǎng)及監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖 15-3 垂直位移觀測方法一、基本方法 垂直位移觀測的高程依據(jù)是水準(zhǔn)基點(diǎn)，即在水準(zhǔn) 基點(diǎn)高程不變的前提下，定期地測出變形點(diǎn)相對于水 準(zhǔn)基點(diǎn)的高差，并求出其高程，將不同周期的高程加 以比較，即可得出變形點(diǎn)高程變化的大小及規(guī)律二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)由水準(zhǔn)基點(diǎn)構(gòu)成水準(zhǔn)網(wǎng)，可布設(shè)成閉 合環(huán)、結(jié)點(diǎn)或附合水準(zhǔn)路線,

6、其精度等級和技術(shù)要求見 表a三、如果設(shè)置有工作基點(diǎn)，則每年應(yīng)進(jìn)行一至兩次與水準(zhǔn) 基點(diǎn)的聯(lián)測，以檢查工作基點(diǎn)是否發(fā)生變動(dòng)。聯(lián)測工 作應(yīng)盡可能選擇固定的月份，即保證外界條件基本相 同，以減少外界條件變化對成果的影響。四、垂直位移觀測最常用的是水準(zhǔn)測量，其觀測精度等級 和技術(shù)要求見表bDS0.5或DS1型儀器，宜按國家三等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測2.01.400.702.0四等DS0.5或DS1型儀器，宜按國家二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測0.80.600.301.0三等DS0.5型儀器，宜按國家一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測0.50.300.130.5二等DS0.5型儀器，視線長度15m，前后視距差0.3m

7、，視距累計(jì)差1.5m，宜按國家一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測0.20.150.070.3一等使用儀器觀測方法及要求檢測已測高差較差(mm)往返較差、附合或環(huán)線閉合差(mm)每站高差中誤差(mm)相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差(mm)等級表a 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技術(shù)要求nnnnnnnn注：n為測段的測站數(shù) 等級高程中誤差(mm)相鄰點(diǎn)高差中誤差(mm)觀測方法往返較差、附合或環(huán)線閉合差(mm)一等0.30.15除按國家一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測外，尚需設(shè)雙轉(zhuǎn)點(diǎn)，視線15m，前后視距差0.3m，視距累計(jì)差1.5m二等0.50.30按國家一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測三等1.00.50按國家二等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施

8、測四等2.01.00按國家三等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測n0.150.300.601.40nnn表b 變形點(diǎn)垂直位移觀測的精度要求注：n為測段的測站數(shù) 四、垂直位移變形觀測注意點(diǎn) 當(dāng)用水準(zhǔn)測量方法時(shí)， 要求做到三固定，即設(shè)置固定的測站與轉(zhuǎn)點(diǎn)，使每次觀測在固定的位置上進(jìn)行；人員固定，以減少人差的影響；使用固定的儀器和水準(zhǔn)尺，以減少儀器誤差的影響。15-4 水平位移觀測方法 水平位移觀測基礎(chǔ)是水平位移監(jiān)測網(wǎng)（平面控制網(wǎng)）。 為使各控制點(diǎn)的精度一致，都采用一次布網(wǎng)，并采用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，例如大壩、橋梁等往往以它的軸線方向作為x軸，而y坐標(biāo)的變化，即是它的側(cè)向位移。 監(jiān)測網(wǎng)的精度，應(yīng)能滿足變形點(diǎn)觀測精度的要

9、求。故在設(shè)計(jì)監(jiān)測網(wǎng)時(shí)，要預(yù)估該網(wǎng)的精度，并選擇適宜的觀測等級與方法。精度及技術(shù)要求見下表：等級相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差(mm)平均邊長(m)測角中誤差()最弱邊相對中誤差作業(yè)要求一等1.53000.71/250 000按國家一等三角要求施測1501.01/120 000按國家二等三角要求施測二等3.03001.01/120 000按國家二等三角要求施測1501.81/70 000按國家三等三角要求施測三等6.03501.81/70 000按國家三等三角要求施測2002.51/40 000按國家四等三角要求施測四等12.04002.51/40 000按國家四等三角要求施測水平水平位移監(jiān)測網(wǎng)的主要技

10、術(shù)要求要求二、觀測點(diǎn)水平位移測量方法 一、水平位移監(jiān)測網(wǎng)的形式 依建筑物的結(jié)構(gòu)形式、儀器設(shè)備及場地條件而定，可分別采用測角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)、邊角網(wǎng)及視準(zhǔn)線法等。1、極坐標(biāo)法 當(dāng)使用測距儀時(shí)，最適宜使用極坐標(biāo)法。觀測點(diǎn)點(diǎn)位中誤差：222)(DmmmDp 2、測角前方交會(huì) (1)、計(jì)算方法見7-6中 (2)、觀測點(diǎn)點(diǎn)位中誤差： (3)、60 120 )(sinsinsin222 Dmmp3、測角后方交會(huì)(1)、基準(zhǔn)點(diǎn)：A、B與C(2)、觀測量：角度與(3)、P點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算見7-6 (4)、點(diǎn)位中誤差：22222)sin(sinsin bacaBCcABpDDDDDDDmm 當(dāng)相鄰的變形點(diǎn)間可以通視，且在

11、觀測點(diǎn)上可以安置儀器進(jìn)行測角、測距時(shí)，可采用這種方法。通過各次觀測所得的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，便可得出點(diǎn)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、導(dǎo)線法5、視準(zhǔn)線法 (1)、該法適用于線性建筑物，如直線大壩和直線橋。由經(jīng)緯儀提供視準(zhǔn)線，觀測點(diǎn)1、2、3布設(shè)于基準(zhǔn)線AB上(見上頁左圖)。 (2)、每次觀測出觀測點(diǎn)相對于視準(zhǔn)線的橫向偏移量，一般用活動(dòng)覘牌測量其偏移量(見上頁右圖)。 (3)、與此類似的還有激光準(zhǔn)直法。6、引張線法 工作原理與視準(zhǔn)線法相似，但要求無風(fēng)。它是在量基準(zhǔn)點(diǎn)AB間引張一根直徑為1mm的鋼絲以代替視準(zhǔn)線。各觀測點(diǎn)上安置與引

12、張線垂直的分劃尺，以讀出其與引張數(shù)相截的讀數(shù)，各次觀測的讀數(shù)差即為水平位移。大壩廊道的水平位移觀測多采用此方法。 15-5 傾斜觀測一、傾斜度hKi K=水平位移量h=建筑物高度Kh 建筑物高度h用鋼尺吊量或三角高程求取二、前方交會(huì)法測定頂點(diǎn)水平位移 采用前方交會(huì)法時(shí)，則高處觀測點(diǎn)與其理論位置的坐標(biāo)差x、y，即為在x, y方向上的位移值，其最大位移方向上的位移值為：22yxK煙囪傾斜觀測實(shí)例A、B為兩觀測站，離煙囪的距離應(yīng)不小于煙囪高度的兩倍，并使Ap、Bp方向大致垂直經(jīng)緯儀先在A點(diǎn)觀測煙囪底部和頂部相切兩方向的值，取平均值得a、a即為通過煙囪底部和頂部中心的方向值。同樣再在B點(diǎn)觀測，得b、b

13、若aa，bb，則表示煙囪的上下中心不在同一鉛垂線上，即煙囪有傾斜。計(jì)算出a= a-a，b= b-b，并從A、B分別沿Ap、Bp方向量出到煙囪外廓的距離DA、DB 可按下式計(jì)算出垂直于Ap、Bp方向的 偏移量eA、eB 式中R為煙囪底部的半徑，可量出底部的周長后求得。煙囪總的偏移量e和偏移量的方向分別為： PP是以AP為x軸的方位角 )()(RDbeRDaeBBAA22BAeeeppBAPPeearctan三、垂準(zhǔn)線法測定頂點(diǎn)水平位移1、垂球線法利用垂球時(shí)，是在高處的某點(diǎn)，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長度應(yīng)使垂球尖端剛剛不與底部接觸，用尺子量出垂球尖至高處該點(diǎn)在底部的理論投影位置

14、的距離，即為高處該點(diǎn)的水平位移值。2、鉛垂儀法構(gòu)造如圖所示，當(dāng)儀器整平后，即形成一條鉛垂視線。如果在目鏡處加裝一個(gè)激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測時(shí)，在低部安置儀器，而在頂部量取相應(yīng)點(diǎn)的偏移距離四、間接法 用基礎(chǔ)相對沉陷求傾斜量，如圖，用水準(zhǔn)測量測出建筑物基礎(chǔ)上兩個(gè)觀測點(diǎn)間的相對沉降時(shí)，于是： a、 a分別是是A點(diǎn)、B點(diǎn)的沉降量，L為A、B間的水平距離 LiABiABAABB15-6 撓度觀測一、撓度指建(構(gòu))筑物或其構(gòu)件在水平方向或豎直方向 上的彎曲值。例如橋的梁部在中間會(huì)產(chǎn)生向下彎曲，高 聳建筑物會(huì)產(chǎn)生側(cè)向彎曲。二、如圖是對梁進(jìn)行撓度觀測的例子。在梁的兩端及中部設(shè) 置

15、三個(gè)變形觀測點(diǎn)A、B及C，定期對這三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行沉降 觀測，即可依下式計(jì)算各期相對于首期的撓度值)()(ACBAAABessLLLssFLA、LB觀測點(diǎn)間的距離sA、 sB、sC 觀測點(diǎn)的沉降量觀測點(diǎn)的沉降量可用水準(zhǔn)測量、三角高程或近景攝影測量的方法得到15-7 變形觀測的成果處理 一、變形觀測的外業(yè)工作結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對觀測手簿進(jìn)行 整理和檢查。二、由于觀測變形點(diǎn)的依據(jù)是監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)，首要的是監(jiān)測網(wǎng) 點(diǎn)必須穩(wěn)定可靠。為能判定其是否穩(wěn)定，也要定期進(jìn) 行復(fù)測。三、變形量的計(jì)算，是以首期觀測的成果作為基礎(chǔ)，即變 形量是相對于首期的結(jié)果而言的，所以要特別注意首 期觀測的質(zhì)量。四、從多次觀測的成果中，發(fā)現(xiàn)變形的規(guī)律和大小，進(jìn)而 分析變形的性質(zhì)和原因，以便采取措施。為使成果直 觀清晰，一般采用列表(如下表)或作圖法(如下圖)。沉降觀測成果表實(shí)例 點(diǎn)號首期成果 1995.3.4第二期成果 1995.5.8第三期成果 1995.7.2備注H0(m)H(m)S(mm)S(mm)H(m)S(mm)S(mm)117.59517.5905517.58827217.55517.5496617.54639第二期觀測為暴雨后317.57117.5656617.56328417.60417.60