山東理工大學(xué)圖書館沉降觀測方案設(shè)計樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)題目:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)北區(qū)綜合樓沉降觀測方案學(xué)院:信息工程學(xué)院專業(yè):測繪工程學(xué)生姓名:陳祖新指導(dǎo)教師:明祖濤摘要隨著中國改革開放的不斷深入和經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展,各種建筑物及重點工程不斷出現(xiàn)。這些建筑物在施工和運營過程中,由于地質(zhì)條件和土壤性質(zhì)的不同、地下水位和大氣溫度的變化、建筑物荷載和外力作用等影響,使其在施工和使用過程中,會產(chǎn)生一定的變形,當這種變形在一定限度內(nèi)時可認為屬正常現(xiàn)象,但超過了一定的范圍就會影響其正常使用并危及建筑物自身及人身的安全。因此需要對施工中的重要建筑物和已發(fā)現(xiàn)變形的建筑物進行變形觀測,掌握其變形量、變形發(fā)展趨勢和規(guī)律,以便一旦發(fā)現(xiàn)對建筑物不利的變形能夠及時采取加固措施,以確保建筑物的施工安全和使用安全。本次設(shè)計采用三等水準測量的方法對我校圖書館的沉降變化進行了實驗研究,闡述了北區(qū)綜合樓沉降觀測的等級和所達到的技術(shù)指標,研究了建筑物沉降觀測點的布設(shè)原則,以及在特定條件下如何進行基準點的選擇與埋設(shè)及基準點、觀測點的外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)計算。同時,提出了具體的一些預(yù)防沉降的措施,用以指導(dǎo)建筑物的設(shè)計、施工和已有建筑物的健康維護。主要成果有:(1)依據(jù)北區(qū)綜合樓所處位置及周圍控制點分布情況,合理地選擇了對圖書館沉降及其變形進行觀測的基準點和工作基點,并與已知控制點進行聯(lián)測,得到了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),建立了沉降觀測網(wǎng),為進一步進行多周期觀測做好了準備條件,具有現(xiàn)實意義。(2)對各沉降觀測點進行了周期性的觀測,并得出了相應(yīng)的數(shù)據(jù),經(jīng)過理論分析,論證了北區(qū)綜合樓在近期的沉降變化情況及其穩(wěn)定性,驗證了有關(guān)建筑地基、結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論和設(shè)計參數(shù)的準確性與可靠性。(3)運用MicrosoftExcel電子表格處理軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工進行沉降觀測數(shù)據(jù)的整理、計算和匯總。(4)研究變形規(guī)律,預(yù)報變形趨勢,為安全性診斷提供依據(jù),最后提出了建筑物不均勻沉降的防治措施。目錄摘要 I目錄 Ⅱ第一章引言 11.1課題的目的和意義 11.2變形觀測研究近期的進展 31.3本課題的研究目標、方法和內(nèi)容 7第二章變形觀測的基本理論 82.1引起變形的原因分析 82.2類型劃分、觀測方法及特點 82.3監(jiān)測網(wǎng)參考基準的選取與統(tǒng)一 102.4建筑物變形觀測的實施過程 122.5觀測成果的整理與分析 132.6反饋調(diào)整,確保安全 14第三章北區(qū)綜合樓降觀測方案設(shè)計 153.1中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)北區(qū)綜合樓概況 153.2變形觀測點的布設(shè) 153.2.1沉降觀測點的布設(shè) 163.2.2基準點的設(shè)置 183.3觀測周期及頻率的確定 193.4觀測方法和精度要求 193.4.1三、四等水準測量相關(guān)規(guī)范和方法 203.4.2沉降觀測各等級觀測的技術(shù)指標 233.5三等水準測量中應(yīng)注意的問題 243.6沉降觀測的成果整理 25第四章測量數(shù)據(jù)處理及成果整理分析 284.1已知控制點分布圖及三維坐標數(shù)據(jù) 284.2基準網(wǎng)的測量及平差計算 294.2.1引點聯(lián)測 304.2.2各基準點高程計算 314.3基準點的檢核 344.4沉降觀測點各期觀測數(shù)據(jù)整理分析 35第五章不均勻沉降對建筑物的影響及防治措施 395.1不均勻沉降對建筑物的影響 395.2建筑措施 395.3結(jié)構(gòu)措施 425.4施工措施 45結(jié)論 47參考文獻 48致謝及聲明 49引言1.1課題的目的和意義一、問題的提出變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象,它是指變形體在各種荷載作用下,其形狀、大小及位置在時間和空間域中的變化。變形體的變形在一定范圍內(nèi)是允許的,如果超出允許值,則可能引發(fā)災(zāi)害。自然界的變形危害現(xiàn)象很普遍,如地震、滑坡、巖崩、地表沉陷、火山爆發(fā)、潰壩、橋梁與建筑物的倒塌等。建筑在軟土地基上的建(構(gòu))筑物,人們對其結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件等環(huán)境因素精心設(shè)計、研究,在施工或運營過程中,依然產(chǎn)生傾斜、裂縫,影響安全使用,更有甚者倒塌或自行實施爆破銷毀。例如:蘇州虎丘塔,原名云巖寺塔,建于公元961年(宋朝),距今1040年有余。全塔七層,高47.5m,塔底直徑13.66m,呈八角形,由外壁、回廊與塔心三部分組成。1961年國務(wù)院將其列為全國重點文物保護單位。1980年,虎丘塔因向東北方向嚴重傾斜(塔頂離中心垂線2.31m,傾斜角2°47'02",傾斜值0.0486大于建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范0.006這個允許值的8倍),塔底座處發(fā)生多處裂縫,成為危險建筑而停止開放,稱為中國的”比薩斜塔”。相比之下,加拿大特朗斯康谷倉(平面呈矩形,長度59.4m,寬度23.47m,高度31.00m,容積36368m3。谷倉圓筒倉,每排13個,5排,總計65個圓筒倉組成,19谷倉開始施工)卻沒有這么幸運,它19秋完工,谷倉自重0t,相當于裝滿谷物后總重的42.5%。199月起,往此谷倉裝谷物,仔細裝載,均勻分布。10月,當谷倉裝了31822m3谷物時,發(fā)現(xiàn)谷倉下沉,一小時沉降達30.5cm,結(jié)構(gòu)物向西傾斜,并在24小時整座谷倉迅速傾倒,傾斜度離垂線達27°,谷倉西端下沉了8.8m,東端上抬1.5m。人們不禁要問:如何保證建筑物的質(zhì)量?采用什么樣的手段監(jiān)控建筑物的質(zhì)量?采取什么樣的措施確保建筑物的安全?為此,變形監(jiān)測的首要目的是要掌握變形體的實際性狀,為判斷其安全提供必要的信息。本文經(jīng)過對建筑物沉降變形觀測的方案設(shè)計進行系統(tǒng)的研究,取得了部分可用于工程實踐的成果。本次設(shè)計的目的是:結(jié)合我校圖書館沉降觀測方案設(shè)計,掌握變形監(jiān)測方案的整個設(shè)計及觀測、分析過程,對變形分析在工程建設(shè)及安全保障中的應(yīng)用做進一步的深入了解。二、課題的意義改革開放以來,中國工程建設(shè)方面同其它領(lǐng)域一樣在改革發(fā)展,在搞活經(jīng)濟的帶動下,整體上取得了較好的業(yè)績,人民居住條件進一步改進。隨著中國建筑事業(yè)的發(fā)展,各種高層建筑、超高層建筑等復(fù)雜的建筑物應(yīng)運而生?？墒窃诋斍?地基不均勻沉降、墻體滲水、屋面滲水、管道漏水、下水道堵塞不暢等質(zhì)量通病依然存在,有些已建住宅的上述情況還十分嚴重。這些問題的存在就對建筑物的質(zhì)量及安全保證提出了更高及更加嚴格的要求,如何及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行有效防治成為建筑施工與竣工后管理中的一個亟待認真采取措施解決好的關(guān)鍵問題,而建筑物變形監(jiān)測則是解決這一問題的重要方案,其中高層建筑物的沉降觀測顯得尤為重要。所謂變形監(jiān)測,就是利用測量與專用儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進行監(jiān)視觀測的工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下,變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征。變形監(jiān)測工作是人們經(jīng)過變形現(xiàn)象獲得科學(xué)認識、檢驗理論和假設(shè)的必要手段。變形體的范圍能夠大到整個地球,小到一個工程建(構(gòu))筑物的塊體,它包括自然和人工的構(gòu)筑物。隨著改革的不斷深入和經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展,各種建筑物及重點工程不斷出現(xiàn)。這些建筑物在施工和運營過程中,由于地質(zhì)條件和土壤性質(zhì)的不同、地下水位和大氣溫度的變化、建筑物荷載和外力作用等影響,都會產(chǎn)生一定的變形,當這種變形在一定限度內(nèi)時可認為屬正?，F(xiàn)象,但超過了一定的范圍就會影響正常使用并危及建筑物及人身的安全,因此需要對施工中的重要建筑物和已發(fā)現(xiàn)變形的建筑物進行變形觀測,掌握其變形量、變形發(fā)展趨勢和規(guī)律,以便一旦發(fā)現(xiàn)對建筑物不利的變形能夠及時采取措施,確保施工安全和建筑物的安全。同時,經(jīng)過對變形觀測資料的分析,能夠驗證有關(guān)的設(shè)計理論和假說,或用以修正理論上的某些假設(shè)和采用的參數(shù),為建筑物的安全和損害防護提供指導(dǎo)(見圖1-1),當前建筑物的變形預(yù)測正向著邊緣學(xué)科發(fā)展(測量、結(jié)構(gòu)、施工、計算機等)。可見,建筑物變形觀測具有安全預(yù)報、科學(xué)評價及檢驗施工質(zhì)量等三方面的作用,是工程施工和運營管理的安全的保證。為保證工程建筑物在施工、使用和運行中的安全,以及為建筑設(shè)計積累資料,必須在建筑進行中及竣工后進行變形監(jiān)測。建筑工程的變形監(jiān)測包括沉降觀測、傾斜觀測、位移觀測等。由于我校圖書館落成時間較晚,需要結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)狀,對其定期進行包括沉降與傾斜觀測,以確保其變形在安全范圍之內(nèi),確保安全。理論上做一定的參數(shù)假設(shè)理論上做一定的參數(shù)假設(shè)建(構(gòu))筑物變形設(shè)計各種內(nèi)外因作用變形觀測變形預(yù)測公式分析變形與其成因之間的關(guān)系異常修正理論技術(shù)警報圖1-1變形觀測與分析預(yù)報流程圖變形監(jiān)測工作的意義重點表現(xiàn)在兩方面,首先是實用上的意義,主要是掌握各種建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性,為安全性診斷提供必要的信息,以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施;其次是科學(xué)上的意義,包括更好地理解變形的機理,驗證有關(guān)工程設(shè)計的理論和地殼運動的假說,進行反饋設(shè)計以及建立有效地變形預(yù)報模型。1.2變形觀測研究近期的進展一、變形觀測工作的研究現(xiàn)狀人類社會的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展,加快了工程建設(shè)的進程,而且對現(xiàn)代工程建筑物的規(guī)模、造型、難度提出了更高的要求。與此同時,變形監(jiān)測工作的意義更加重要。眾所周知,工程建構(gòu)筑物在施工和運營期間,由于受多種主觀和客觀因素的影響,會產(chǎn)生變形,變形如果超出了規(guī)定的限度,就會影響建筑物的正常使用,嚴重時還會危及建筑物的安全,給社會和人民生活帶來巨大的損失。盡管工程建筑物在設(shè)計時采用了一定的安全系數(shù),使其能安全承受所考慮的多種外荷載影響,可是由于設(shè)計中不可能對工程的工作條件及承受能力做出完全準確的估計,施工質(zhì)量也不可能完美無缺,工程在運行中還有可能發(fā)生某些不利的變化因素,因此,國內(nèi)外仍有一些工程出現(xiàn)事故。以大壩為例,發(fā)過67m高的馬爾巴賽(Malpasset)拱壩1959年垮壩;意大利262m高的瓦依昂(Vajont)拱壩1963年因庫岸大滑坡導(dǎo)致涌浪翻壩且水庫淤滿失效;美國93m高的提堂(Teton)土壩1976年潰決;中國板橋和石漫灘兩座土壩1975年洪水漫壩失事等?？梢?保證工程建筑物安全是一個十分重要且很現(xiàn)實的問題。建筑工程安全監(jiān)測起步較晚,它是隨著建筑工程的失事為人們提供教訓(xùn)后,不斷地尋求監(jiān)測和監(jiān)測手段而逐步發(fā)展起來的。由于建筑物破壞性變形危害巨大,變形觀測的作用逐步為人們了解和重視,因此在建筑立法方面也賦予其一定的地位,建設(shè)部已制定頒布了中華人們共和國行業(yè)標準《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ/T8-97),并自1998年6月1日起施行。當前國內(nèi)許多大中城市己經(jīng)提出要求和做出決定:新建的高層、超高層,重要的建筑物必須進行變形觀測,否則不予驗收。同時要求,把變形觀測資料作為工程驗收依據(jù)和技術(shù)檔案之一,呈報和歸檔。為確保施工安全和建筑物的安全使用,必須對其變形進行長期觀測。當前,災(zāi)害的監(jiān)測與防治已越來越受到全社會的普遍關(guān)注,各級政府及主管部門對此問題十分重視,諸多國際學(xué)術(shù)組織,如國際大地測量協(xié)會(IAG)、國際測量師聯(lián)合會(FIG)、國際巖石力學(xué)協(xié)會(ISRM)、國際大壩委員會(ICOLD)、國際礦山測量協(xié)會(ISM)等,經(jīng)常定期的召開專業(yè)會議進行學(xué)術(shù)交流和研究對策。經(jīng)過廣大測量科技工作者和工程技術(shù)人員近30年的共同努力,在變形監(jiān)測領(lǐng)域取得了豐碩的理論研究成果,并發(fā)揮了實用效益。以中國為例:(1)利用地球物理大地測量反演理論,于1993年準確地預(yù)測了1996年發(fā)生的麗江大地震。(2)1985年6月12日長江三峽新灘大滑坡的成功預(yù)報,確保災(zāi)害損失減少到了最低限度。它不但使滑坡區(qū)內(nèi)457戶1371人在滑坡前夕全部安全撤離,無一人傷亡,而且使正在險區(qū)長江上、下游航行的11艘客貨輪及時避險,免遭災(zāi)難。為中國減少直接經(jīng)濟損失8700萬元,被譽為中國滑坡預(yù)報研究史上的奇跡。(3)隔河巖大壩外觀變形GPS自動化監(jiān)測系統(tǒng)在1998年長江流域抗洪錯風(fēng)中所發(fā)揮的巨大作用,確保了安全渡汛,避免了荊江大堤災(zāi)難性的分洪?？茖W(xué)、準確、及時的分析和預(yù)報工程及工程建筑物的變形狀況,對工程建筑物的施工和運營管理極為重要,這一工作屬于變形監(jiān)測的范疇。由于變形監(jiān)測涉及到測量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計算機學(xué)等諸多學(xué)科的知識,因此,它是一項跨學(xué)科的研究,并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展,也已成為測量工作者與其它學(xué)科組與其它學(xué)科專家合作研究的領(lǐng)域。變形監(jiān)測所研究的理論和方法主要涉及到這樣三個方面的內(nèi)容:變形信息的獲取、變形信息的分析與解釋以及變形預(yù)報。其研究成果對預(yù)防自然災(zāi)害及了解變形機理是極為重要的。對于工程建筑物,變形監(jiān)測除了作為判斷其安全的耳目之外,還是檢驗設(shè)計和施工的重要手段。經(jīng)過廣泛的調(diào)查,獲悉當前己開展的變形觀測項目,有以下幾個方面:1)建筑物基礎(chǔ)沉降觀測—對建筑物基礎(chǔ)的升降情況進行觀測;2)建筑物水平位移觀測—對建筑物水平位移情況進行觀測;3)建筑物傾斜觀測—對建筑物的傾斜情況進行觀;4)建筑物裂縫觀測—對建筑物的裂縫情況進行觀測;5)建筑物撓度觀測—建筑物(或構(gòu)件)橫向或縱向由于受自身的荷載或外力作用等產(chǎn)生撓曲,對其觀測即為撓度觀測;6)建筑物風(fēng)振變形觀測—高聳建筑物在強風(fēng)作用下會產(chǎn)生水平位移,嚴重時將造成頂部搖晃、樓體彎曲、墻體裂縫、引起共振。風(fēng)振觀測就是同步測定建筑物在風(fēng)壓作用下頂部的水平位移和振輻,以取得風(fēng)壓分布體型系數(shù)及風(fēng)振系數(shù),為設(shè)計人員建立合理的風(fēng)荷設(shè)計方案提供依據(jù);7)建筑物日照變形觀測—高層建筑物和高聳構(gòu)筑物及構(gòu)件,由于受陽光的照射和輻射,陽面與陰面、上部與下部受熱不均勻,溫差較大就會產(chǎn)生向著背陽面彎曲。日照變形觀測,就是測出布設(shè)在高聳建(構(gòu))筑物受熱面不同高度上觀測點的水平位移量;8)基坑回彈觀測—基坑開挖后,由于土體移出,減少了這部分自重荷載,從而使原區(qū)域土層結(jié)構(gòu)失去了平衡,內(nèi)應(yīng)力重新分布,出現(xiàn)基底隆起,這種現(xiàn)象稱為基坑回彈。觀測回彈值的大小和變化即為基坑回彈觀測;9)深基坑邊坡及支護系統(tǒng)變形觀測—隨著基坑的開挖,邊坡會逐漸失去穩(wěn)定,為確保安全要加以支護,同時要對邊坡及支護系統(tǒng)變形進行觀測;10)施工場地、相鄰建筑物及設(shè)施變形觀測—由于新建建筑物基坑開挖、基坑施工中井點降水、大量堆載和卸載或基礎(chǔ)大面積的打樁等原因,必將引起施工現(xiàn)場及相鄰周圍地表的變形,甚至危及相鄰建筑物與設(shè)施的安全。因此,對施工場地、相鄰建筑物及設(shè)施變形也要進行觀測。上述的變形觀測主要是監(jiān)視建筑物的形態(tài)及其空間位置的變化,稱它們?yōu)橥獠孔冃斡^測。與此相應(yīng),對建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力一般、溫度滲壓、土壓力、孔隙壓力以及伸縮縫開合等項目的觀測,一般稱為內(nèi)部觀測。內(nèi)部觀測一般不由測量人員進行,但在進行變形觀測數(shù)據(jù)處理時,特別是對變形原因作物理解釋時,則必須將內(nèi),外部觀測的資料結(jié)合起來進行分析。二、測量技術(shù)儀器的發(fā)展狀況變形信息獲取方法的選擇取決于變形體的特征、變形監(jiān)測的目的、變形大小和變形速度等因素。在全球性變形監(jiān)測方面,空間大地測量是最基本且最適用的技術(shù),它主要包括全球定位系統(tǒng)(GPS)、甚長基線射電干涉測量(VLBI)、衛(wèi)星激光測距(SLR)以及衛(wèi)星重力探測技術(shù)(衛(wèi)星測高、衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量)等技術(shù)手段。在區(qū)域性研究方面,GPS已成為主要的技術(shù)手段。近發(fā)展起來的空間對地觀測遙感新技術(shù)—合成孔徑雷達干涉測量(InSAR,InterferometricSyntheticApertureRadar),在監(jiān)測地震變形、火山地表移動、冰川飄移、地面沉降、山體滑坡等方面,其試驗成果的精度已可達cm或mm級,表現(xiàn)出了很強的技術(shù)優(yōu)勢,但精密水準測量依然是高精度高程信息獲取的主要方法。在高層建筑物施工過程中和使用初期,由于荷載的不斷變化以及外力的影響,會引起建筑物下沉,當建筑物各部分不均勻沉降時,就會導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜、位移、裂縫等變形,從而影響到建筑物的正常使用并伴隨著安全隱患,因此,在施工和營運期間加強變形觀測過程控制并采取適當?shù)陌踩胧┦直匾Ｗ冃伪O(jiān)測中一項重要的內(nèi)容就是沉降觀測。近年來,隨著科研水平的不斷提高,及相關(guān)測繪技術(shù)的不斷發(fā)展,建筑物沉降觀測所使用的儀器、方法及測量規(guī)范和程序都有的很大程度的發(fā)展、提高和改進。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,幾十年來人們探求的精密水準測量自動化,在90年代初有了突破。自1990年徠卡公司第一臺數(shù)字電子水準儀問世,徠卡公司和蔡司公司相繼成功地將數(shù)字電子水準儀推向市場,實現(xiàn)了水準標尺的精密照準,標尺分劃讀數(shù)和視距的讀取、數(shù)據(jù)儲存和處理等數(shù)據(jù)采集的自動化,從而減輕了水準測量的勞動強度,提高了測量和成果質(zhì)量。當前的主流產(chǎn)品有徠卡的NA、NA3003,蔡司DiNi20、DiNi10,拓普康的DL-101、DL-102等數(shù)字電子水準儀,它們的光學(xué)系統(tǒng)都采用了光學(xué)自平水準儀的基本形式,具有典型的交叉吊帶補償器,也能夠象光學(xué)水準儀一樣使用。標尺采用條碼分劃,代替人們眼睛的是光電二極管陣列。在水準測量中,條碼的像經(jīng)過一個分光器,將光線分成兩束,一束轉(zhuǎn)射到傳感光電二極管陣列上,另一束轉(zhuǎn)射到觀測鏡上。信號的分析和處理采用了相關(guān)方法,將存貯在儀器內(nèi)的基準碼與傳感器陣列的圖象信號進行比較,儀器與標尺之間的高差即是標尺條碼象的位移量和因儀器一標尺間距離而產(chǎn)生的條碼象的大小的相關(guān)函數(shù)。將儀器的調(diào)焦透鏡位置參數(shù)作為相關(guān)搜索的初始值,求出最佳相關(guān),即可求出高差。電子水準儀自動記錄,重量輕,大大降低了觀測員的勞動強度,節(jié)省了人力,提高了觀測速度。當前國內(nèi)尚未有國產(chǎn)電子水準儀。在光電測量儀器蓬勃發(fā)展的今天,除了大量出現(xiàn)的種類繁多的測距儀,全站儀等以外,還出現(xiàn)了諸如激光經(jīng)緯儀、激光準直儀、激光水準儀等光電測量儀器。1.3本課題的研究目標、方法和內(nèi)容綜上所述,對工程建筑物,變形觀測具有安全預(yù)報、科學(xué)評價及檢驗施工質(zhì)量等三方面的作用,為確保建(構(gòu))筑物的安全使用,必須進行長期的變形觀測,以確定其變形狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上,研究了預(yù)防建筑物變形的措施。然而,建筑物的變形觀測的技術(shù)、觀測方案的選取、觀測系統(tǒng)的設(shè)計以及建筑物變形數(shù)據(jù)整理和分析預(yù)報的方法等都還存在著不完善、不科學(xué)的方面,有待不斷的探索與改進。同時,由于變形觀測屬于精密測量,在技術(shù)方法、精度要求等方面與地形測量、施工測量等有諸多不同之處,而且具有相對獨立的技術(shù)體系,已發(fā)展成為一門專業(yè)性很強的邊緣學(xué)科,涉及的理論、內(nèi)容和方法很多。本課題的內(nèi)容為建筑物沉降觀測方案設(shè)計,研究對象為山東理工大學(xué)圖書館的沉降情況。目標是經(jīng)過設(shè)計一套沉降觀測方案,對我校的圖書館的沉降情況進行周期性的精密水準觀測,得到各個沉降觀測點的高程變化,從而掌握整個圖書館因地基荷載或外界環(huán)境等原因而發(fā)生的沉降變化,并根據(jù)各周期的變化,進行分析,得出其在未來的一段時間內(nèi)的變化趨勢。本論文將結(jié)合山東理工大學(xué)圖書館的沉降觀測項目,主要開展以下幾個方面的研究:(1)沉降變形觀測方案的設(shè)計與制定,包括觀測點的布設(shè)、作業(yè)方法、觀測周期、成果整理和分析等多方面的內(nèi)容。制定合理的變形觀測方案是沉降變形觀測的第一步,也是非常重要的一項工作,因為它影響到觀測的成本以及成果的精度和可靠性,因此,必須認真仔細的進行設(shè)計。(2)利用MicroftExcel電子表格處理軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工進行沉降觀測數(shù)據(jù)的整理、計算和匯總的方法和步驟,以期使觀測人員從大量的、重復(fù)性的工作中解脫出來。(3)建筑物沉降在現(xiàn)實生活中是一個普遍現(xiàn)象,但不均勻沉降會對建筑物造成不良影響甚至危害,本文針對一些常見的不均勻沉降現(xiàn)象,從建筑、結(jié)構(gòu)、施工三方面研究了不均勻沉降對建筑物的影響及防治措施。第二章變形觀測的基本理論2.1引起建筑物變形的原因分析建筑物的變形有很多種,比如傾斜、位移、裂縫等等,可是為什么會產(chǎn)生這些變形呢?引起建筑物變形的原因較多,但最主要的原因有以下三點:1.自然條件及其變化,即建筑物地基的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等因素引起建筑物變形。如:由于基礎(chǔ)的地質(zhì)條件不同,引起建筑物各個部分不均勻沉降,而使其發(fā)生傾斜、位移、裂縫等變形;或由于地基本身的塑性變形也會引起建筑物不均勻沉降;同時由于溫度與地下水位的季節(jié)性和周期性變化引起建筑物的規(guī)律性變形。2.與建筑物自身相聯(lián)系的原因,即建筑物自身的荷載大小、結(jié)構(gòu)類型、高度及其動荷載(如風(fēng)力大小、震動強弱)等引起建筑物變形。要減弱這方面變形的影響,往往經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計方案來實現(xiàn)。3.由于建筑物施工或營運期間一些工作做得不合理,或由于周圍環(huán)境影響而產(chǎn)生額外的變形。例如:在高大建筑物周圍進行深基坑開挖,就會對其原有建筑物產(chǎn)生一個額外的變形。當然這些引起變形的因素是相互聯(lián)系、相互作用的,對建筑物往往是共同作用的,只是不同時間段,不同因素的作用強弱不同而已。在高層建筑物施工過程中和使用初期,由于荷載的不斷變化以及外力的影響,會引起建筑物下沉,當建筑物各部分不均勻沉降時,就會導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜、位移、裂縫等變形,從而影響到建筑物的正常使用并伴隨著安全隱患,因此,在施工和營運期間加強變形觀測過程控制并采取適當?shù)陌踩胧┦直匾Ｗ冃伪O(jiān)測中一項重要的內(nèi)容就是沉降觀測。2.2類型劃分觀測方法及特點一、建筑物變形的類型劃分:建筑物變形分靜態(tài)變形和動態(tài)變形兩種。前者指其變形值是時間的函數(shù);后者是在外力作用下產(chǎn)生的變形,其變形值是以外力的函數(shù)來表示的動態(tài)系統(tǒng)對于某一時刻的變化,其觀測結(jié)果表示建筑物在某一時刻的瞬時變形。例如:我們在爆破某一建筑物時,對周圍建筑物在爆破瞬間產(chǎn)生的變形即為動態(tài)變形,而在爆破之后的某一段時間內(nèi)的變形則屬于靜態(tài)變形。兩種類型相互作用,共同影響。二、建筑物變形觀測的方法:1.常規(guī)測量方法包括精密水準測量、三角高程測量、三角(邊)測量、導(dǎo)線測量、交會法等。測量儀器主要有(光學(xué)、電子)經(jīng)緯儀、(光學(xué)、電子)水準儀、電磁波測距儀以及全站儀等。這類方法的測量精度高,應(yīng)用靈活,適用于不同變形體和不同的工作環(huán)境。2.攝影測量方法該法不需接觸被監(jiān)測的工程建筑物,攝影影像的信息量大,利用率高。外業(yè)工作量小,觀測時間短,可獲取快速變形過程,可同時確定工程建筑物上任意點的變形。數(shù)字攝影測量和實時攝影測量為該技術(shù)在變形觀測中的應(yīng)用開拓了更好的前景。3.特殊測量方法包括各種準直測量法(如激光準直儀)、撓度曲線測量法(測斜儀觀測)、液體靜力水準測量法和微距離精密測量法(如錮瓦線尺測距儀)等。這些方法可實現(xiàn)連續(xù)自動監(jiān)測和遙測,且相對精度高,但測量范圍不大,提供局部變形信息。4.空間測量技術(shù)包括甚長基線干涉測量(VLB1)、衛(wèi)星測高、全球定位系統(tǒng)(GPS)等?？臻g測量技術(shù)先進,能夠提供大范圍的變形信息,是研究地球板塊運動和地殼形變等全球性變形的主要手段。全球定位系統(tǒng)(GPS)已成功應(yīng)用于山體滑坡監(jiān)測,高精度GPS實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對大壩、大橋等全天候、高頻率、高精度和自動化的變形監(jiān)測。三、建筑物變形觀測的特點:1.觀測精度高由于變形觀測的結(jié)果直接關(guān)系到建筑物的安全,影響對變形原因和變形規(guī)律的正確分析,觀測必須具有較高的精度。變形觀測的精度要求,取決于該工程建筑物預(yù)計允許變形值的大小和進行觀測的目的。一般來講,如果變形觀測是為了確保建筑物的安全,則測量精度應(yīng)小于允許變形值的1/10-1/20;如果是為了研究變形的過程,則觀測精度還應(yīng)更高。2.重復(fù)觀測量大建筑物由于各種原因產(chǎn)生的變形都具有時間效應(yīng),計算變形量最基本的方法是計算建筑物上同一點在不同時間的坐標差和高程差。這就要求變形觀測必須依一定的時間周期進行重復(fù)觀測。重復(fù)觀測的頻率取決于觀測的目的、預(yù)計的變形量大小和變形速率。一般要求觀測的次數(shù),既能反映出變化的過程,又不遺漏變化的時刻。3.數(shù)據(jù)處理嚴密建筑物的變形一般都較小,甚至與觀測精度處在同一個數(shù)量級;同時重復(fù)觀測的數(shù)據(jù)量較大。要從大量數(shù)據(jù)中精確提取變形信息,必須采用嚴密的數(shù)據(jù)處理方法。數(shù)據(jù)處理的過程也是進行變形分析和預(yù)報的過程。2.3監(jiān)測網(wǎng)參考基準的選取與統(tǒng)一物體的變形是經(jīng)過監(jiān)測點的位置移動來反映的。這種移動分為絕對位移和相對位移,在大多數(shù)情況下我們研究的都是相對位移,既然是相對位移,就要涉及參考基準的選取和統(tǒng)一的問題。監(jiān)測網(wǎng)的基準應(yīng)根據(jù)網(wǎng)的實際情況靈活選取。一般地,如果變形監(jiān)測網(wǎng)中存在若干個固定點(有多余起算數(shù)據(jù)),最好采用固定基準并做間接平差,以此基準求得的位移量屬絕對位移。這也是變形監(jiān)測者最希望看到的情況。但如果變形監(jiān)測網(wǎng)中不存在多余起算數(shù)據(jù),即自由監(jiān)測網(wǎng),選取基準前首先要對網(wǎng)中監(jiān)測點的穩(wěn)定情況進行綜合分析,然后才能確定基準,其一般原則為:1.如果自由網(wǎng)中存在不動點,最好采用固定基準,它有堅實的穩(wěn)定基礎(chǔ)。這種情況實際上也是存在的。例如,滑坡觀測,測站點相對變形點在許多場合能夠認為是完全不動的。這種網(wǎng)相應(yīng)的可采用經(jīng)典平差。2.如果自由網(wǎng)中存在著一部分點相對另一部分是穩(wěn)定點,但實際上它們不是固定不變的,則采用擬穩(wěn)基準,相應(yīng)的采用擬穩(wěn)平差。這樣對變形點而言,也有了較穩(wěn)定的基礎(chǔ),這種情況在實際中遇到的較多,當然要確定網(wǎng)中哪些點較穩(wěn)定也并不是一件容易的事,要進行穩(wěn)定點分析的研究。3.如果自由網(wǎng)中各點都是變形點,即它們都是非固定不變的穩(wěn)定點,根據(jù)觀測數(shù)據(jù)和形變點情況分析,認為它們是等概率形變的,在這種情況下,采用重心基準,相應(yīng)的采用偽逆平差最為合適。但這種方法缺乏穩(wěn)定基礎(chǔ),而且重心基準與網(wǎng)形大小有關(guān)。在上述自由網(wǎng)三種基準的選取中,難點就在于如何對網(wǎng)中點的穩(wěn)定性作出合理判斷,現(xiàn)在比較常見的是平均間隙法(1971年德國測量學(xué)者Pelzer提出),其基本思想是:先對監(jiān)測網(wǎng)進行整體檢驗,如果經(jīng)過檢驗,則認為所有的參考點是穩(wěn)定的。否則就利用”嘗試法”依次去掉不穩(wěn)定點。直到整體檢驗經(jīng)過為止。當然還有一些其它的方法,例如:t檢驗法、變形橢圓法、分塊間隙法等。一般在判斷點的穩(wěn)定性時都采用兩種以上方法進行對照分析,以提高結(jié)果的可靠性。不同的參考基準將給出不同的位移值:采用固定基準所得到的位移值是相對固定點的變化量;采用擬穩(wěn)基準所得到的位移值是相對擬穩(wěn)點的重心的變化量;采用重心基準所得到的位移值是相對網(wǎng)的重心的變化量。例如:設(shè)有水準監(jiān)測網(wǎng)如圖2-3-1所示,兩期的高差觀測值見表2-3-1。圖2-3-1水準監(jiān)測網(wǎng)圖示表2-3-1兩期觀測高差(m)h1h2h3h4h5h6h7第一期11.3115.0413.1414.2510.5612.1211.05第二期11.8215.9613.5814.7311.1812.6712.11現(xiàn)分別以固定基準、擬穩(wěn)基準和重心基準對該網(wǎng)相應(yīng)的進行經(jīng)典平差、擬穩(wěn)平差和偽逆平差。經(jīng)典平差以點1為不動點,擬穩(wěn)平差以點1,2和4為穩(wěn)定點,但要注意所取的兩期平差的高程近似值必須相同。經(jīng)計算求得的兩期在不同基準下的變化量見表2-3-2。表2-3-2兩期在不同基準下的變化量(m)基準123456固定基準00.511.430.440.992.05重心基準-0.9-0.390.53-0.460.091.15擬穩(wěn)基準-0.320.191.110.120.671.73從此例能夠看出,在不同基準下求得的結(jié)果相差很大。因此說,如果在各期觀測數(shù)據(jù)中采用不同的基準的話,得到的結(jié)果是相對于不同基準而言的,它們不具有可比性,因此求得的位移值也是不符合實際情況的。這就要求我們在作變形分析時,一定要設(shè)定統(tǒng)一的參考基準。一般的,變形監(jiān)測網(wǎng)的網(wǎng)形在變形觀測過程中是保持不變的,這時只要根據(jù)實際情況采用統(tǒng)一的基準計算分析就能夠了,但有時監(jiān)測網(wǎng)點會因為環(huán)境或人為的原因產(chǎn)生移動或丟失,或因需要又增設(shè)若干個點,致使兩期的網(wǎng)形不同,當出現(xiàn)這種情況時,我們要特別注意兩期的平差基準是否統(tǒng)一。如果不統(tǒng)一,就需要作一些特殊的處理使其統(tǒng)一。2.4建筑物變形觀測的實施過程依據(jù)建筑物變形的主要原因及其類型的劃分進而對變形觀測的過程進行詳細的策劃。變形觀測策劃輸入包括:(1)業(yè)主要求變形觀測所能提供的信息;(2)國家規(guī)范;(3)以前類似建筑物的變形觀測方案;(4)觀測對象所在地的地質(zhì)條件及周圍環(huán)境;(5)施工進度計劃。1.變形觀測具體方案內(nèi)容(策劃的輸出)(1)建筑物變形觀測的類型:沉降觀測、傾斜觀測(垂直度觀測)、位移觀測、裂縫觀測。(2)不同變形觀測的精度與方法變形觀測的精度取決于該工程設(shè)計的允許變形值大小和進行觀測的目的。在工業(yè)與民用建筑的變形觀測中,由于其主要觀測內(nèi)容為基礎(chǔ)的沉降和主體傾斜,其觀測精度應(yīng)根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的允許沉降值、允許傾斜度和允許相對彎矩來決定。同時還應(yīng)考慮沉降速度的影響。在國際測量工作者聯(lián)合會(FIG)第十三屆會議中規(guī)定:”當觀測目的是為了使其變形觀測精度中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/10～1/20”。在中國,對于不同內(nèi)容的變形觀測,其精度要求在測量規(guī)范中均有明確規(guī)定。不同等級,不同精度的變形觀測,所采用的觀測方法也不相同。這樣,觀測精度決定采用何種觀測方法,而觀測方法的選用必須確保觀測精度的實現(xiàn),并盡可能簡單。(3)變形觀測的頻率變形觀測的頻率或次數(shù)取決于變形值的大小,變形速度快慢和觀測目的。一般要求觀測的次數(shù)既能反映出變化過程,又不遺漏變化的時刻,在施工過程中,待埋設(shè)的觀測點穩(wěn)定后進行第一次全面觀測,以后對于高層建筑物每增加一層應(yīng)觀測一次,直至穩(wěn)定。其它建筑物觀測的總次數(shù)不少于五次?？⒐ず蟮挠^測頻率一般為第一年每季度觀測一次;第二年,每半年觀測一次,以后每年觀測一次。當遇到特殊情況時,還應(yīng)進行臨時緊急觀測。值得注意的是,在整個變形觀測期間要按時、按規(guī)定、按設(shè)計要求進行,以便取得完整可靠的第一手原始資料,確保觀測精度,并對觀測結(jié)果進行正確的變形分析。(4)對測量人員及測量儀器的要求測量人員必須精通測量專業(yè)知識,以便有效實施所策劃的變形觀測方案。測量儀器必須滿足相應(yīng)的精度要求,且在使用前須使各項計量特性得到確認。(5)變形觀測點的布設(shè)變形觀測結(jié)果的準確性以及其數(shù)據(jù)能否正確反映出建筑物的實際變形,與其變形觀測點布設(shè)是否合理、全面有直接關(guān)系。下面以沉降觀測點的布設(shè)為例:每個工程應(yīng)當在施工作業(yè)范圍外至少埋設(shè)三個水準點,并確保不受施工影響。每次在進行沉降觀測前,須檢驗水準點的穩(wěn)定性,只有穩(wěn)定的水準點方可作為沉降觀測的基準點。沉降觀測點的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則:①一般在建筑物的四角點、中點、轉(zhuǎn)角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設(shè)沉降觀測點,點間距一般為10～20m。②對于設(shè)有后澆帶及施工縫的建筑物,還應(yīng)在其兩側(cè)布設(shè)沉降觀測點;③對于新建建筑物與原有建筑物的連接處,應(yīng)在其兩側(cè)的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點;④對于一些大型工業(yè)廠房,除按上述原則布設(shè)沉降觀測點外,還應(yīng)在大型設(shè)備四周的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點。(6)觀測結(jié)果的記錄對觀測值按照事先設(shè)定了的記錄表格進行記錄,確保記錄完整、準確、可靠。2.5變形觀測成果的整理與分析欲使變形觀測真正成為工程施工和營運管理的耳目,確保安全施工和充分發(fā)揮工程效益的作用,除了取得現(xiàn)場觀測的第一手資料外,還必須對觀測資料進行整理與分析,并編制變形分析報告。一方面是觀測資料的整理,繪制各種數(shù)據(jù)表格和變形曲線,編制說明,使其成為便于使用的成果,具體內(nèi)容有:1.校核各項原始記錄,檢查每次變形觀測值計算是否有誤;2.對各種變形值按時間逐點編寫觀測數(shù)值表;3.計算絕對沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、傾斜度、垂直位移、水平位移等。4.繪制觀測點變形過程曲線和建筑物變形分布圖。另一方面,利用變形分布圖,結(jié)合觀測過程中的各種因素對觀測成果進行分析?？偨Y(jié)出建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度、變形原因,并找出變形值與引起變形的內(nèi)在原因和規(guī)律。對變形觀測成果的整理與分析,可借助計算機技術(shù)采用Excel來實現(xiàn)。2.6反饋調(diào)整、確保安全利用觀測成果的分析結(jié)果,采取相應(yīng)的處理措施確保施工及建筑物營運的安全,主要考慮以下幾個方面:1.是否嚴格按照所策劃的觀測方案進行變形觀測;2.所策劃的方案的正確性審查;3.對施工生產(chǎn)和運營管理提出指導(dǎo)性建議。為了確保施工安全和加強勞動管理,施工單位和監(jiān)理單位以及營運單位必須對建筑物變形觀測引起足夠的重視,確定恰當精度,采用正確方法,確保觀測成果的可靠性。若一旦發(fā)現(xiàn)建筑物的變形觀測值超過其設(shè)計允許的最大變形時,應(yīng)及時將觀測結(jié)果書面報告勘察、設(shè)計、質(zhì)檢單位,以便共同研究、制定方案,采取切實可行的措施,防止發(fā)生意外。在此期間,應(yīng)暫停施工或者暫時關(guān)閉、停止使用被監(jiān)測建筑物,同時應(yīng)增加變形觀測次數(shù),密切觀注其發(fā)展變化。第三章北區(qū)綜合樓沉降觀測方案設(shè)計變形觀測開始前,應(yīng)根據(jù)變形類型、測量目的、任務(wù)要求以及測區(qū)條件等進行變形觀測方案的設(shè)計。變形觀測方案編制前,應(yīng)對觀測對象的設(shè)計圖紙和現(xiàn)場情況進行充分的了解和研究,多方案精度估算和技術(shù)經(jīng)濟分析比較后擇優(yōu)選取。變形觀測方案的內(nèi)容,一般包括:觀測任務(wù)及目的、觀測的技術(shù)標準、觀測點的布設(shè)、作業(yè)方法、觀測周期和觀測期限等。變形觀測的周期應(yīng)以能反映所測變形的變化過程且不遺漏其變化時刻為原則,根據(jù)單位時間內(nèi)變形量的大小及外界因素影響確定。當觀測中發(fā)現(xiàn)變形異常時,應(yīng)及時增加觀測次數(shù)。變形觀測屬于精密測量,測量精度要求較高,要做到”技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量”。制定合理的變形觀測方案是沉降變形觀測的第一步,也是非常重要的一項工作,因為它影響到觀測的成本以及成果的精度和可靠性,因此,本章結(jié)合山東理工大學(xué)圖書館的沉降觀測對建筑物變形觀測方案進行了系統(tǒng)研究和精心設(shè)計。3.1中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)北區(qū)綜合樓概況本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容是我校北區(qū)綜合樓的沉降觀測。中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)北區(qū)綜合樓位于大學(xué)北區(qū)中心位置,地下一層,地上四層,根據(jù)設(shè)計要求該建筑在施工過程及運營期間需要進行沉降觀測,直至無沉降為止。3.2變形觀測點的布設(shè)變形觀測點分為控制點和變形點兩大類。控制點包括基準點、工作基點以及聯(lián)系點、定向點等?；鶞庶c應(yīng)選設(shè)在變形影響范圍以外便于長期保存的穩(wěn)定位置;使用時,應(yīng)作穩(wěn)定性檢查或檢驗,并應(yīng)以穩(wěn)定或相對穩(wěn)定的點作為測定變形的參考點。工作基點應(yīng)選設(shè)在靠近觀測目標且便于聯(lián)測觀測點的穩(wěn)定或相對穩(wěn)定位置;使用前應(yīng)利用基準點或檢核點對其進行穩(wěn)定性檢測。當基準點和工作基點之間需要進行連接時應(yīng)布設(shè)聯(lián)系點,選設(shè)其點位時應(yīng)顧及連接的構(gòu)形,位置所在處應(yīng)相對穩(wěn)定。對需要定向的工作基點或基準點應(yīng)布設(shè)定向點,并應(yīng)選擇穩(wěn)定且符合照準要求的點位作為定向點。觀測點應(yīng)選設(shè)在變形體上能反映變形特征的位置,可從工作基點或鄰近的基準點和其它工作點對其進行觀測。3.2.1沉降觀測點的布設(shè)建筑物確定需要進行沉降觀測之后,在工程開工之初,應(yīng)根據(jù)設(shè)計圖紙的安排做好沉降觀測策劃工作、制定沉降觀測方案,對于符合條件的應(yīng)委托有資質(zhì)的單位觀測,適時埋設(shè)觀測點。一、沉降觀測點布設(shè)原則沉降觀測點是固定在待觀測對象上的測量標志,應(yīng)牢固地與待觀測對象結(jié)合在一起,便于觀測,并盡量保證在整個沉降觀測期間不受損壞。為了能夠反映出建(構(gòu))筑物的準確沉降情況,沉降觀測點要埋設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測的位置。一般要求建筑物上設(shè)置的沉降觀測點縱橫向要對稱,且相鄰點之間間距以15-30米為宜,均勻地分布在建筑物的周圍。一般情況下,建筑物設(shè)計圖紙上有專門的沉降觀測點布置圖。另外,埋設(shè)的沉降觀測點要符合各施工階段的觀測要求,特別要考慮到裝修裝飾階段,是否會因墻或柱飾面施工而破壞或掩蓋住觀測點,不能連續(xù)觀測而失去觀測意義。觀測基準點應(yīng)設(shè)在基坑工程影響范圍以外,一般不小于30-50米且數(shù)量不應(yīng)少于兩個。觀測點的布設(shè)是沉降觀測工作中一個很重要的環(huán)節(jié),它直接影響觀測數(shù)據(jù)能否真實地反映出建筑物的整體沉降趨勢及局部沉降特點。二、點位選擇及埋設(shè)要求根據(jù)《建筑物沉降觀測方法》DGJ32/J18-和《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-的要求,沉降觀測點應(yīng)布設(shè)在能全面反映建筑物地基變形特征的點位,砌筑小陰井加以保護,宜選在下列位置:A、建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角及沿外墻每10~15m處或每隔2～3根柱基上;B、高低層建筑物、新舊建筑物、縱橫墻等交接處的兩側(cè),不同地質(zhì)條件、不同荷載分布、不同基礎(chǔ)類型、不同基礎(chǔ)埋深、不同上部結(jié)構(gòu)、建筑裂縫、后澆帶、沉降縫和伸縮縫的兩側(cè),人工地基與天然地基接壤處及填挖方分界處;C、寬度大于或等于15米,或?qū)挾刃∮?5米但地質(zhì)條件復(fù)雜以及膨脹土地區(qū)的建筑物的承重內(nèi)隔(縱)墻設(shè)內(nèi)墻點,以及框架、框剪、框筒、筒中筒結(jié)構(gòu)體系的樓、電梯井和中心筒處;D、筏基、箱基的四角和中部位置處;E、多層砌體房屋縱墻間距6-10米橫墻對應(yīng)墻端處;F、框架結(jié)構(gòu)建筑的每個或部分柱基上或沿縱橫墻軸線上,以及可能產(chǎn)生較大不均勻沉降的相鄰柱基處;G、高層建筑橫向和縱向兩個方向?qū)?yīng)盡端處;H、鄰近堆置重物處、受振動有顯著影響的部位及基礎(chǔ)下的暗濱(溝)處;I、重型設(shè)備基礎(chǔ)和動力設(shè)備基礎(chǔ)的四角、基礎(chǔ)形式或埋深改變處以及地質(zhì)條件變化處兩側(cè);J、對于電視塔、煙囪、水塔、油罐、煉油塔、高爐等高聳構(gòu)筑物,應(yīng)設(shè)在沿周邊在與基礎(chǔ)軸線相交的對稱位置上,點數(shù)不少于4個?？傊?觀測點應(yīng)設(shè)在能表示出沉降特征的點。如圖3-1所示(圖示長度單位為mm),沉降觀測點可用角鋼預(yù)埋在墻內(nèi);如是鋼結(jié)構(gòu),則可將角鋼焊在鋼柱上;對建筑物平面部位的觀測點,可一將大于Φ20mm的鉚釘用1:2砂漿澆筑在建筑物上。而對于地面沉降觀測點,則需要在地面埋設(shè)相應(yīng)的標石。圖3-1沉降觀測點埋設(shè)示意圖在施工期間,經(jīng)常會遇到沉降觀測點被毀,為此一方面能夠適當?shù)丶用艹两涤^測點,對重要的位置如建筑物的四角可布置雙點。另一方面觀測人員應(yīng)經(jīng)常注意觀測點變動情況,如有損壞及時設(shè)置新的觀測點。三、北區(qū)綜合樓沉降觀測點的布設(shè)情況我校北區(qū)綜合樓為圓弧狀,分別在東西兩側(cè)各均勻埋設(shè)有5個沉降觀測點,相鄰觀測點間隔5米左右由南到北排列,且均位于主要承重部位。這樣的點位布設(shè)能夠及便于觀測,又能夠反映整棟樓各部位的沉降情況。沉降觀測標志所用的是內(nèi)置式預(yù)埋標志,位于墻體內(nèi)部,觀測時可用螺栓將其引出,這樣一方面起到保護標志防止侵蝕的作用,另一方面也便于保持建筑物整體的美觀。3.2.2基準點的設(shè)置沉降觀測是根據(jù)基準點進行的,因此要求基準點的位置在整個變形觀測期間穩(wěn)定不變。為保證基準點高程的正確性和便于相互檢核,布設(shè)基準點數(shù)目應(yīng)不少于三個并構(gòu)成基準網(wǎng)。埋設(shè)地點應(yīng)保證有足夠的穩(wěn)定性,設(shè)置在受壓、受震范圍以外,離開鐵路、公路和地下管道至少5m。冰凍地區(qū)埋設(shè)深度要低于冰凍線0.5m。為了觀測方便及提高觀測精度,基準點距觀測點不要太遠,一般應(yīng)在100m范圍以內(nèi);否則,還應(yīng)布設(shè)工作基點?；鶞庶c在開工前埋設(shè)并精確測出高程。3.3觀測周期及頻率的確定當基準點和觀測點己埋設(shè)穩(wěn)固,建筑物基礎(chǔ)施工或基礎(chǔ)墊層澆灌后即進行第一次觀測,此次觀測成果即作為以后沉降變形的衡量依據(jù)。一、施工期間變形觀測的周期及頻率(1)建筑物施工階段的觀測,應(yīng)隨施工進度及時進行。高層建筑物可在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測。觀測次數(shù)與時間視地基與加荷情況而定,一般每加高1-5層觀測一次。(2)施工期間停工時間較長時,應(yīng)在停工時和重新開工時各觀測一次。停工期間,每隔1-3個月觀測一次。(3)基礎(chǔ)附近地面荷載突然增加,周圍大量積水及暴風(fēng)雨后,或周圍大量挖方時,均應(yīng)及時觀測。(4)當發(fā)現(xiàn)變形有異常時,應(yīng)進行跟蹤觀測,觀測頻率要大一些。由于畢業(yè)設(shè)計受到時間限制,不能進行長周期的觀測,只能相應(yīng)的增加觀測頻率,根據(jù)實際情況縮短觀測周期,以分析得到圖書館在短期內(nèi)的沉降變化情況。二、建筑物使用階段的觀測次數(shù)與頻率建筑物使用階段的觀測周期與頻率,取決于沉降變形的大小、速度以及觀測目的。工程竣工初期的觀測頻率要稍大些,開始可隔1-2個月,或每季度觀測一次,以每次沉降量在5-l0mm以內(nèi)為限度,否則要增加觀測次數(shù)?？⒐さ牡谝荒陜?nèi),每隔2-3個月觀測一次,以后適當延長至4-6個月,第二年半年一次,第三年以后每年一次,直至變形穩(wěn)定為止。觀測過程中,如遇地震影響、連續(xù)大雨水浸等情況,要及時增加觀測次數(shù)。當建筑物突發(fā)大量沉降、嚴重裂縫時,應(yīng)立即連續(xù)觀測。第五章不均勻沉降對建筑物影響及防治措施建筑物產(chǎn)生沉降是一種常見現(xiàn)象,特別是高壓縮性土、膨脹土、濕陷性黃土以及軟硬不均等不良地基上的建筑物,很容易因不均勻沉降而開裂,影響使用甚至突變坍塌。因此,本章系統(tǒng)研究了不均勻沉降對建筑物的影響及其損害,進而研究提出了建筑物不均勻沉降的防治措施。5.1不均勻沉降對建筑結(jié)構(gòu)的影響在建筑工程施工后,地基承受上部建筑荷載產(chǎn)生附加應(yīng)力,使地基土壓縮變形,導(dǎo)致建筑物地基的沉降。當同一建筑物各部分地基土軟硬不同,或受壓層范圍內(nèi)壓縮性高的土層厚薄不均,基巖面傾斜,其上覆蓋層厚薄懸殊,以及上部建筑層數(shù)不一,結(jié)構(gòu)荷載輕重變化較大時,地基將要產(chǎn)生不均勻沉降,進而引起建筑物發(fā)生傾斜。建筑物不均勻沉降將直接對其造成不利影響。一方面上部結(jié)構(gòu)中裂縫有可能繼續(xù)出現(xiàn)或原有裂縫繼續(xù)開展,勢必對基礎(chǔ)產(chǎn)生拉應(yīng)力,如不充分考慮該應(yīng)力的作用,當其達到一定值后就會將基礎(chǔ)拉裂,產(chǎn)生自下而上發(fā)展的豎向裂縫進而危及上部結(jié)構(gòu)的安全。另一方面,對于高層建筑,當基礎(chǔ)產(chǎn)生較大不均勻沉降時,勢必引起上部結(jié)構(gòu)的整體傾斜,影響結(jié)構(gòu)的安全性及其使用功能。因此,研究地基沉降對上部結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,為有效地防止或減輕建筑沉降提供理論指導(dǎo),在工程安全、經(jīng)濟效益等方面具有顯著的意義。5.2建筑措施建筑物的設(shè)計好壞,影響后續(xù)工作,必須從建筑上采取措施。建筑物的體形應(yīng)當力求簡單建筑物平面和立面上的輪廓形狀,構(gòu)成了建筑物的體形。復(fù)雜的體形常常是削弱建筑物整體剛度和加劇不均勻沉降的重要因素。因此,地基條件不好時,在滿足使用要求的前提下,應(yīng)盡可能采用簡單的建筑體形,如長高比(建筑物長度或沉降單元長度與自基礎(chǔ)底面算起的總高度之比)的等高(一)字型建筑物。實踐表明,這樣的建筑物,由于整體剛度好,地基受荷均勻,因此較少發(fā)生開裂。平面形狀復(fù)雜(如”L","T""11""III”等)的建筑物,縱、橫單元交叉處基礎(chǔ)密集,地基中由各單元荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力互相重疊,必然出現(xiàn)比別處大的沉降。加之這類建筑物的整體性差,各部分的剛度不對稱,很容易遭受地基不均勻沉降的損害。建筑物高低(或輕重)變化太大,地基各部分所受的荷載輕重不同,自然也容易出現(xiàn)過量的不均勻沉降。據(jù)調(diào)查,軟土地基上緊接高差超過一層的砌體承重結(jié)構(gòu)房屋,低者很多開裂,因此,當?shù)鼗浫鯐r,建筑物的緊接高差以不超過一層為宜。二、控制長高比及合理布置墻體砌體承重房屋的長高比過大,整體剛度就差,縱墻很容易因撓曲過度而開裂。根據(jù)調(diào)查認為,二層以上的砌體承重房屋,當預(yù)估的最大沉降量超過120mm時,長高比不宜大于2.5;另外,上下層墻體對齊,窗間墻等寬均勻布置,墻上門洞或窗洞大小盡量一致,且布置在同一水平線上。門窗洞C=1的寬度不宜超過1.8m,高度不宜超過1.6m。不符合上述要求時,一般要設(shè)置變形縫。三、設(shè)置沉降縫設(shè)置沉降縫是將建筑物自屋頂至基礎(chǔ)切成彼此互不關(guān)聯(lián)的為兩個或多個獨立的單元,從而增強建筑物抵抗地表垂直和水平變形的能力;有效地防止地基不均勻沉降產(chǎn)生的損害,從而起到加固的目的,簡單但有效。分割出的沉降單元,原則上都要求具備體型簡單、長高比小、結(jié)構(gòu)類型不變以及所在處的地基比較均勻等條件。為此,沉降縫的位置一般選擇在下列部位上:1)平面形狀復(fù)雜或不規(guī)則的建筑物,沉降縫應(yīng)設(shè)置在轉(zhuǎn)角部位;2)平面位置過大時可每隔20m左右設(shè)置一道縫;3)地基土的壓縮性有顯著變化處;4)建筑物的高度不等時,在高低變化處;5)當樓板荷載相差懸殊時,在荷載變化處;6)建筑物結(jié)構(gòu)長高比過大的建筑物的適當部位;7)建筑結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)類型截然不同處;8)在地基強度相差懸殊處;9)分期建造房屋的交界處;10)擬設(shè)置伸縮縫處(沉降縫可兼作伸縮縫)。沉降縫內(nèi)不能填塞,但寒冷地區(qū)為了防寒,有時也填以松軟材料。沉降縫的造價頗高,且要增加建筑及結(jié)構(gòu)處理上的困難,因此不宜輕率多用。根據(jù)上述原則劃分的沉降單元,具有良好的整體的剛度,沉降也比較均勻,一般不會再開裂,然而,單元之間僅有一縫之隔,沉降太大時,不免要在彼此影響下發(fā)生互傾。此時,如果縫的寬度不夠或被堅硬物堵塞,單元的上方就會頂住,有可能造成局部擠壞甚至整個單元豎向受撓的破壞事故。軟弱地基上沉降縫的寬度可參考表5-2的數(shù)值確定。表5-2-1房屋沉降縫寬度房屋層數(shù)沉降縫寬度(mm)二---三50-80四---五80-120五層以上不小于120注:當沉降縫兩側(cè)單元層數(shù)不同時.縫寬按層數(shù)大者取用。設(shè)置沉降縫是減少不均勻沉降對建筑物危害的有效方法之一。設(shè)置沉降縫的方法和要求:1)設(shè)置沉降縫時必須將基礎(chǔ)、墻壁、地表、樓板、屋面全部切開,以使沉降縫兩側(cè)的建筑物形成完全獨立的部分;2)沉降縫應(yīng)在橫墻一側(cè)設(shè)置;3)為保證切縫后建筑物的空間穩(wěn)定性,在縫的一側(cè)應(yīng)再砌筑一道不小于240mm厚的橫隔墻,并將樓板、屋面板支承于新墻上;4)新舊墻連接處,在砌筑時必須接合牢固,并用Φ6的鋼筋拉接之。如果估計到設(shè)置沉降縫后難免發(fā)生單元之間的嚴重互傾時,能夠考慮將擬劃分的沉降單元拉開一段距離,期間用靜定結(jié)構(gòu)聯(lián)接(稱為聯(lián)接體)。對于框架結(jié)構(gòu),還可選取其中一跨(一個開間)改成簡支或懸挑跨,使建筑物分成兩個獨立的沉降單元。四、相鄰建筑物基礎(chǔ)間凈距的合理設(shè)計地基中附加應(yīng)力的向外擴散,使得相鄰建筑物的沉降互相影響。在軟弱地基上,兩建筑物的距離太近時,相鄰影響產(chǎn)生的附加不均勻沉降,可能造成建筑物的開裂或互傾。這種相鄰影響主要表現(xiàn)為:1)同期建造的兩相鄰建筑物之間的彼此影響,特別是當兩建筑物輕(低)重(高)差別太大時,輕者受重者的影響。2)原有建筑物受鄰近新建重型或高層建筑物的影響。為了避免相鄰影響的損害,軟弱地基上的建筑物基礎(chǔ)間要有一定的凈距,其值視地基的壓縮性,影響建筑的(產(chǎn)生影響者)的規(guī)模和重量,以及受影響建筑(被影響者)的剛度等因素而定。這些因素能夠歸結(jié)為影響建筑的預(yù)估沉降量和受影響建筑的長高比兩個綜合指標,并按表5-2-2選定基礎(chǔ)之間的凈距。表5-2-2相鄰建筑物基礎(chǔ)間的凈距被影響建筑物的長高比(右)2.0<=L/Hf<=3.03.0<=L/Hf<=5.0影響建筑的預(yù)估平均沉降量(下)70-502-33-6160-2503-66-9260-4006-99-12>4009-12>=12五、調(diào)整某些設(shè)計的標高建筑物的沉降改變了原有的標高,嚴重時將影響建筑物的使用功能,應(yīng)根據(jù)可能產(chǎn)生的不均勻沉降采取下列相應(yīng)預(yù)防措施有:(1)根據(jù)預(yù)估的沉降量事先提高室內(nèi)地坪或地下設(shè)施的標高;(2)建筑物各部分(或設(shè)備之間)有聯(lián)系時,可將沉降較大者的標高適當提高;(3)建筑物與設(shè)備之間,留有足夠的凈空;(4)有管道穿過建筑物時,應(yīng)留有足夠尺寸的空洞,或采用柔性管道接頭等。5.3結(jié)構(gòu)措施建筑結(jié)構(gòu)是建筑物的骨架,結(jié)構(gòu)的質(zhì)量是保證建筑物有效使用的重要條件;結(jié)構(gòu)的缺陷和事故會使建筑物受到損傷、失效、破壞甚至倒塌,帶來生命和財產(chǎn)的巨大損失,因此必須保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量。減輕建筑物的自重基底壓力中,建筑物自重(包括基礎(chǔ)及覆土重)所占比例很大,據(jù)估計,工業(yè)建筑物為1/2左右,民用建筑物可達3/5以上。為此,對于軟弱地基上的建筑物,常采用下列措施減輕自重,以便達到減少沉降量的目的。(1)減少墻體的重量許多建筑物(尤指民用建筑物)的自重,大部分以墻體的重量為主,為了減少這部分重量,從長遠看,應(yīng)大力發(fā)展輕質(zhì)高強墻體材料。混凝土墻板、各種空心砌塊、多孔磚以及其它輕質(zhì)墻,都能不同程度地達到減少自重的目的,能夠選用。另外,某些非承重墻,可用輕質(zhì)隔墻代替,可是要注意不使建筑物的整體剛度減弱。(2)選用輕型結(jié)構(gòu)可采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)及各種輕型空間結(jié)構(gòu)等。工業(yè)廠房屋蓋的重量往往很大,過去常見的大型屋面板加外防水屋蓋,重量很可觀,如改用各種自防水預(yù)制輕型屋面板,重量可減少。(3)減少基礎(chǔ)和回填土的重量,采用架空地板代替室內(nèi)厚填土;二、設(shè)置圈梁對于砌體承重墻房屋,不均勻沉降的損害突出地表現(xiàn)為墻體的開裂。因此,實際中常在墻內(nèi)設(shè)置圈梁來增強其受撓曲應(yīng)力的能力。這是防止出現(xiàn)裂縫及阻止裂縫開展的一項有效措施?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,在多層房屋的基礎(chǔ)和頂層處宜各設(shè)置一道圈梁,其它各層可隔層設(shè)置,必要時也可隔層設(shè)置。單層工業(yè)廠房、倉庫,可結(jié)合基礎(chǔ)梁、連系梁、過梁等酌情設(shè)置。當墻體撓曲時,圈梁的作用猶如鋼筋混凝土梁內(nèi)的受拉鋼筋,它主要承受拉應(yīng)力,彌補了砌體抗拉強度不足的弱點。當墻體正向撓曲時,下方圈梁起作用,反向撓曲時,上方圈梁起作用。因不容易正確估計墻體在某一段內(nèi)可能發(fā)生的撓曲方向,故一般在上、下方都設(shè)置圈梁。因此圈梁應(yīng)設(shè)置在外墻、內(nèi)縱墻和主要內(nèi)橫墻上,并應(yīng)在平面內(nèi)連成封閉系統(tǒng),且與砌體結(jié)合成整體,并以深入墻體6cm為宜。為便于施工,亦可用短鋼筋與墻體相連,鋼拉桿必須給以一定的預(yù)應(yīng)力,才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。圈梁有兩種,一種是現(xiàn)澆的鋼筋混凝土梁。鋼筋混凝土圈梁截面宜為矩形,梁寬一般同墻厚,一般為10-20cm,當墻厚大于24cm時,寬度可小于墻厚但不小于墻厚的2/3。梁高一般為15-30cm,不應(yīng)小于12cm,混凝土強度等級不低于C15。另一種是鋼筋磚圈梁,即在水平灰縫內(nèi)加筋形成鋼筋磚帶,高度為4-6皮磚,用M5砂漿砌筑。鋼拉桿能夠墻外側(cè)或內(nèi)側(cè)設(shè)置,直徑一般小于35cm,當內(nèi)外側(cè)同時設(shè)置時,截面應(yīng)相同。另外,如果墻體因開大洞而受到嚴重削弱,地基又很軟弱,可考慮在削弱部位配筋,或用鋼筋混凝土邊框加強。對于建筑體形復(fù)雜、荷載差異較大的框架結(jié)構(gòu),可采用箱基、樁基、筏基等加強基礎(chǔ)整體剛度,減少不均勻沉降。三、地基措施1.減少或調(diào)整基底附加壓力(1)設(shè)置地下室或半地下室其效用之一是以挖除的土重抵消(補償)一部分甚至全部的建筑物的重量,達到減少沉降的目的,如果建筑物的某一部分重量特別重(高)時,在該部分之下設(shè)置了地下室(或半地下室),便可減少與較輕部分之間的沉降差。從而整個建筑物的沉降比較均勻。(2)改變基底尺寸。調(diào)整各部分的荷載分布,基礎(chǔ)寬度或埋置深度;對不均勻沉降要求嚴格的建筑物,可選用較小的基地壓力。2.地基措施(1)硬殼層的作用。在設(shè)計和施工時,要利用地下硬殼層作為持力層,采用寬基淺埋的方法,盡可能多保留硬殼層的厚度,對減少沉降是有相當大益處的。(2)軟弱層的地基處理。當天然地基的承載力和變形不能滿足設(shè)計要求時,采用地基處理是治本的措施。在選擇地基處理方案時應(yīng)優(yōu)先考慮淺層的處理,這就需要詳細的地質(zhì)資料,如尚不能滿足要求,再考慮深層處理,或采用樁基或深基。(3)墊層處理。把軟弱的土全部或部分挖去,換填材料分層夯實或搗實做成墊層,在墊層面上用厚度為5-10cm的水泥砂漿找平,然后施工基礎(chǔ)。墊層的材料最好選用碎石、砂、礫、卵石或砂和碎石混合,地下水位以上可填土或灰土,因為用這些材料作為墊層比較容易夯實,即使基槽有水也容易排干,鋪以碎石也無妨;墊層本身強度大而壓縮性小,且壓縮完成較快。設(shè)計主要包括其厚度和寬度的確定。(4)機械壓實當軟弱層的厚度較小,軟弱層清除后用素土分層壓實處使整個建筑坐落在比較均勻的天然或人工地基上;地基土層分布軟硬均勻,最好不要存在著局部高壓縮性軟弱土層,即使地基中存在軟弱土層,厚薄相差不要懸殊,建筑物的某一部分的基礎(chǔ)不要設(shè)置在回填土上。為了阻隔地表變形向地面建(構(gòu))筑物的傳遞,能夠采用活動基礎(chǔ)(由一組能夠隨意調(diào)解建(構(gòu))筑物原基礎(chǔ)高度的構(gòu)件群組成),安裝在受地表變形影響的建(構(gòu))筑物的下方,阻隔或吸收向上傳遞的變形,達到保護建(構(gòu))筑物安全使用的目的。四、設(shè)置鋼筋混凝土錨固板錨固板能有效抵抗水平變形的影響,特別是建筑物受雙向變形和變形方向與建筑物軸線斜交,以及受很大的壓縮變形影響時更為適用。此法多用于保護有紀念意義或有特殊價值的建筑物。錨固板主要承受基礎(chǔ)因地表水平變形而產(chǎn)生的摩擦力和粘著力等。錨固板設(shè)置在原有地板或地下室地板水平處,板厚不得小于12cm,板與土壤之間應(yīng)鋪設(shè)一層20cm厚的砂墊層,板每隔一段必須伸出外墻設(shè)置錨固端,錨固端間距一般為1m,全部受力鋼筋必須伸