建筑物監(jiān)測課程

第15章建(構(gòu))筑物變形觀測與動態(tài)位移監(jiān)測建筑物隨時(shí)間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂痕等景象。這些景象統(tǒng)稱為變形。

變形的緣由:建筑物在工程建立和運(yùn)用過程中，由于根底的地質(zhì)構(gòu)造不均勻，土壤的物理性質(zhì)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荷載(如風(fēng)力、震動等)的作用等．變形按時(shí)間長短分為：長周期變形(建筑物自重引起的沉降和變形)、短周期變形(溫度變化所引起的變形)和瞬時(shí)變形(風(fēng)振引屈的變形)。變形按其類型可分為：靜態(tài)變形和動態(tài)變形。15.1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(gè)方面：

①、分析估計(jì)建筑物的平安程度，以便及時(shí)采取措施，設(shè)法保證建筑物的平安運(yùn)轉(zhuǎn).②、利用長期的觀測資料驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù).③、反響工程的施工質(zhì)量.④、研討建筑物變形的根本規(guī)律變形觀測方法第一類：常規(guī)大地丈量方法，包括幾何水準(zhǔn)丈量丈量、三角高程丈量、三角(邊)丈量、導(dǎo)線丈量、交會法等。第二類：攝影丈量方法，包括近景攝影丈量。

第三類：專門丈量方法．或稱物理儀器法．包括各種準(zhǔn)直丈量(激光準(zhǔn)直系統(tǒng)具有代表性)、傾斜儀觀測、流體靜力水淮丈量系紋及應(yīng)變計(jì)丈量等第四類：空間丈量技術(shù)．包括甚長基線干涉丈量、衛(wèi)星激光測距、全球定位系統(tǒng)(GPS)等。空間丈量技術(shù)先進(jìn)，可以提供大量的變形信息，是研討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。坐標(biāo)儀、液態(tài)儀等。建筑物變形觀測的本質(zhì)是：定期地對建筑物的有關(guān)幾何量進(jìn)展丈量，并從中整理、分析出變形規(guī)律。其根本原理是：在建筑物上選擇一定數(shù)量的有代表性的點(diǎn)，經(jīng)過對這些點(diǎn)的反復(fù)觀測來求出幾何量的變化。變形觀測的丈量點(diǎn)可分為：基難點(diǎn)、任務(wù)點(diǎn)和觀測點(diǎn)三類。變形監(jiān)測點(diǎn)的分類:(1)基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)為變形觀測系統(tǒng)的根本控制點(diǎn)，是測定任務(wù)點(diǎn)和變形點(diǎn)的根據(jù)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)通常埋設(shè)在穩(wěn)定的基巖上或變形區(qū)域以外，盡能夠長期保管，穩(wěn)定不動。每個(gè)工程普通應(yīng)建立3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn).(程度位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志)垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志2、任務(wù)點(diǎn)任務(wù)點(diǎn)又稱任務(wù)基點(diǎn)，它是基準(zhǔn)點(diǎn)與變形觀測點(diǎn)之間起聯(lián)絡(luò)作用的點(diǎn)。任務(wù)埋設(shè)在被研討對象附近，要求在觀測期間堅(jiān)持點(diǎn)位穩(wěn)定。3、觀測點(diǎn)變形觀測點(diǎn)是直接埋設(shè)在變形體上的能反映建筑物變形特征的丈量點(diǎn)，又稱觀測點(diǎn)，普通地設(shè)在建筑物內(nèi)部。并根據(jù)測定它們的變化來判別這些建筑物的沉陷與位移。觀測點(diǎn)的埋設(shè)：觀測點(diǎn)的安放位置建筑物監(jiān)測內(nèi)容：1、工業(yè)及民用建筑物對于工業(yè)與民用建筑物。主要進(jìn)展沉陷、傾斜和裂痕的觀測，即靜態(tài)變形觀測；對于高層建筑物。還耍進(jìn)展震動觀測，即動態(tài)變形觀測；對于大量抽取地下水及進(jìn)展地下采礦的地域。那么應(yīng)進(jìn)展地表沉降觀測。

主要監(jiān)測工程如下：〔1〕根底沉降：單點(diǎn)沉降量、平均沉降量、相對沉降量、傾斜、彎曲、沉降速率。〔2〕程度位移：單點(diǎn)程度位移、位移速率、撓度。〔2〕滑坡監(jiān)測?！?〕裂痕監(jiān)測。〔4〕內(nèi)部監(jiān)測：應(yīng)力／應(yīng)變監(jiān)測、溫度監(jiān)測、地下水位監(jiān)測。2、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(cè)壓力、外界溫度變化、壩體自重等要素的影響，壩體將產(chǎn)生沉降、程度位移、傾斜、撓曲等變化，因此需求進(jìn)展相應(yīng)內(nèi)容的變形觀測。對于某些重要建筑物，除了進(jìn)展必要的變形監(jiān)測外，還需求對其內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、摻壓等工程進(jìn)展觀測，以便綜合了解建筑物的任務(wù)性態(tài)。

主要監(jiān)測工程如下：〔1〕現(xiàn)場巡視〔2〕外部監(jiān)測：沉降、程度位移、傾斜、撓度、裂痕、滑坡等。〔3〕內(nèi)部監(jiān)測：溫度、應(yīng)力／應(yīng)變、滲壓、滲流量、水力學(xué)觀測、水文觀測、泥沙?！?〕環(huán)境監(jiān)測：水位、氣溫、降雨量、風(fēng)、地震、地下滲流場。3、大型橋梁工程〔1〕橋梁墩臺變形觀測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線方向(或垂直于橋軸線方向)的傾斜觀測；各墩臺的程度位移觀測：其中各墩臺在上、下游的程度位移觀測稱為橫向位移觀測，各墩臺沿橋軸線方向的程度位移觀測稱為縱向位移觀測。兩者中，以橫向位移觀測更為重要。

〔2〕塔柱變形觀測塔柱變形觀測主要包括：塔柱頂部程度位移監(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?！?〕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將發(fā)生變形，使橋梁的實(shí)踐線形與設(shè)計(jì)線形產(chǎn)生差別，從而影響橋梁的內(nèi)部應(yīng)力形狀?！?〕橋面程度位移觀測橋面程度位移主要是指垂直于橋軸線方向的程度位移。橋梁程度位移主要由根底的位移、傾斜以及外界荷載(風(fēng)．日照、車輛等)等引起，對于大途徑的斜拉橋和懸索橋，風(fēng)荷載可使橋面產(chǎn)生大幅度的擺動，這對橋梁的平安運(yùn)營非常不利。橋梁工程的主要監(jiān)測工程如下：〔1〕塔柱變形：根底沉降、傾斜、周日變形、緊縮、膨脹。〔2〕構(gòu)造應(yīng)力／應(yīng)變監(jiān)測?！?〕構(gòu)造溫度監(jiān)測?！?〕橋面線形監(jiān)測。〔5〕構(gòu)造震動監(jiān)測?！?〕索力監(jiān)測。〔7〕環(huán)境監(jiān)測(風(fēng)、氣溫、地震、車流量、流速等〕。〔8〕河床變化監(jiān)測。變形監(jiān)測的精度,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時(shí)間間隔稱為觀測周期，即在一定的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)周期的丈量任務(wù)。觀測周期與工程的大小、測點(diǎn)所在位置的重要性、觀測目的以及觀測一次所需時(shí)間的長短有關(guān)。確定變形觀測的周期原那么:應(yīng)以能系統(tǒng)反映所測變形的變化過程且不脫漏其變化時(shí)辰為原那么。

普通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(yīng)多一些，隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測次數(shù)，但仍應(yīng)堅(jiān)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(gè)變形周期內(nèi)至少應(yīng)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(zhǔn)〕15.2變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原那么與內(nèi)容1設(shè)計(jì)原那么1〕針對性；2〕完好性；3〕先進(jìn)性；4〕可靠性；5〕經(jīng)濟(jì)性2、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容15.3程度位移監(jiān)測1.建筑物的程度位移是指:建筑物的整體平面挪動，其緣由主要是根底遭到程度應(yīng)力的影響,如地基處于滑坡地帶或受地震的影響。測定平面位置隨時(shí)間變化的挪動量，以監(jiān)視建筑物的平安或采取加固措施。***其表現(xiàn)方式為在不同時(shí)期平面坐標(biāo)或間隔的變化。建筑物程度位移觀測是測定建筑物在平面位置上隨時(shí)間變化的挪動量***

程度位移觀測的方法常規(guī)的有:地面控制丈量方法，如導(dǎo)線丈量、前方交會法等；也有各公用方法，如基準(zhǔn)線法，正、倒垂線法等。對于各種不同的方法，其測點(diǎn)與任務(wù)基點(diǎn)及其標(biāo)志布設(shè)都有專門的要求。通常以丈量規(guī)范為準(zhǔn).測角前方交會在變形點(diǎn)上不便于架設(shè)儀器時(shí)，多采用這種方法。如圖15—4所示，A、B為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)，由于A、B的坐標(biāo)為知，在觀測了程度角α、β后，即可依下式求算p點(diǎn)的坐標(biāo)?！獪y角中誤差；D——兩知點(diǎn)間的間隔；——206265″。采用這種方法時(shí)，交會角宜在60°至120°之間，以保證交會精度。后方交會假設(shè)變形點(diǎn)上可以架設(shè)儀器，且與三個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)通視時(shí)，可采用這種方法。如圖15－5所示，A、B、C為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)，當(dāng)觀測了程度角α、β后，即可依公式15—3計(jì)算p點(diǎn)坐標(biāo)。采用這種方法時(shí)，需留意p點(diǎn)不能與A、B、C在同一圓周上，否那么無定解。極坐標(biāo)法在光電測距儀出現(xiàn)以后，這種方法用得比較廣泛，只需在變形點(diǎn)上可以安頓反光鏡，且與基準(zhǔn)點(diǎn)通視即可。如圖15—6所示，A、B為基準(zhǔn)點(diǎn)，其坐標(biāo)知，p為變形點(diǎn)，當(dāng)測出α及d以后，即可據(jù)以求出p點(diǎn)的坐標(biāo)，由于計(jì)算方法簡單，不再進(jìn)展闡明。點(diǎn)位中誤差的估算公式為：導(dǎo)線法當(dāng)相鄰的變形點(diǎn)間可以通視，且在變形點(diǎn)上可以安頓儀器進(jìn)展測角、測距時(shí)，可采用這種方法。經(jīng)過各次觀測所得的坐標(biāo)值進(jìn)展比較，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程度位移觀測，如對弧形拱壩和曲線橋的程度位移觀測。4．引張線法引張線法是利用一根在兩端拉緊的鋼絲(或高強(qiáng)度的尼龍絲)所建立的基準(zhǔn)面來測定偏移值的方法。由于鋼絲被固定在兩端的任務(wù)基點(diǎn)上，觀測點(diǎn)在不同時(shí)間相對于鋼絲的偏移值之差即是該觀測點(diǎn)在垂直于軸線方向上的程度位移量。15.4垂直位移監(jiān)測建筑物的沉降是指:建筑物及其根底在垂直方向上的變形(也稱垂直位移)。***沉降觀測就是測定建筑物上所設(shè)觀測點(diǎn)(沉降點(diǎn))與基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)點(diǎn))之間隨時(shí)間變化的高差變化量。***通常采用

進(jìn)展垂直位移觀測時(shí)，首先校測任務(wù)基點(diǎn)的高程，然后再由任務(wù)基點(diǎn)測定各位移標(biāo)點(diǎn)的高程。將初次測得的位移標(biāo)點(diǎn)高程與本次測得的高程相比較，其差值即為兩次觀測時(shí)間間隔內(nèi)位移標(biāo)點(diǎn)的垂直位移量。按規(guī)定垂直位移向下為正，向上為負(fù)。觀測計(jì)算:垂直位移常用的觀測方法有：(1)幾何水準(zhǔn)丈量法。利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開場丈量各點(diǎn)位高程的方法，經(jīng)過各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移。(2)三角高程丈量法。利用三角高程丈量原理測定監(jiān)測點(diǎn)的高程，從而斷定該點(diǎn)的變形情況，該法適用于高差較大的場所。(3)液體靜力水準(zhǔn)法。利用連通管原理丈量各點(diǎn)位容器內(nèi)液面高差以測定各點(diǎn)垂直位移的觀測方法，適用于混凝土大壩根底廊道和土石壩外表垂直位移觀測。(4)GPS觀測法。利用GPS可以丈量出各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而也可丈量監(jiān)測點(diǎn)的垂直位移。1、幾何水準(zhǔn)丈量法

水準(zhǔn)丈量作業(yè)應(yīng)按照國家規(guī)范的詳細(xì)要求嚴(yán)厲執(zhí)行。儀器校驗(yàn)；應(yīng)按照規(guī)范要求的觀測程序和限差要求進(jìn)展觀測和檢驗(yàn)。

在水難丈量作業(yè)過程中，還應(yīng)留意以下幾個(gè)問題：〔1〕三等以上水準(zhǔn)丈量應(yīng)往返觀測，其觀測順序?yàn)椋和鶞y；奇數(shù)站，后一前一前一后；偶數(shù)站，前一后一后—前。返測：奇數(shù)站，前一后一后一前；偶數(shù)站，后一前一前一后?！?〕三等水準(zhǔn)假設(shè)為附合線路可以采用單程丈量，支線必需進(jìn)展往返觀測?！?〕自動安平水準(zhǔn)儀作業(yè)時(shí)，水準(zhǔn)器應(yīng)嚴(yán)厲校正，并經(jīng)常檢查其性能?！?〕由往測轉(zhuǎn)向返測時(shí)，兩水準(zhǔn)尺必需位置互換并重新整平儀器?！?〕每測段的往返測的測站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)?！?〕應(yīng)選氣候條件良好的形狀下進(jìn)展水準(zhǔn)丈量。

水準(zhǔn)丈量精度2、三角高程丈量15.5撓度與裂痕觀測1、撓度觀測撓度觀測是：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(nèi)各不同高程點(diǎn)相對于底部的程度位移值。丈量方法：A、對高層建筑物，通常采用前方交會法測定。

B、對內(nèi)部有豎直通道的建筑物，撓度觀測多采用垂線觀測，即從建筑物頂部附近懸掛一根不銹鋼絲，下掛重錘，直到建筑物底部。在建筑物不同高程上設(shè)置觀測點(diǎn)，以坐標(biāo)儀定期測出各點(diǎn)相對于垂線最低點(diǎn)的位移，比較不同周期的觀測成果，即可求得建筑物的撓度值。

C、假設(shè)采用電子傳感設(shè)備，可將觀測點(diǎn)相對于垂線的微小位移變換成電感輸出，經(jīng)放大后出電橋測定并顯示各點(diǎn)的撓度值。2、裂痕觀測對建筑物產(chǎn)