第十五章-建筑物的變形觀測

第十五章建筑物的變形觀測第一節(jié)概述第二節(jié)建筑物的沉降觀測第三節(jié)建筑物的傾斜觀測第四節(jié)建筑物水平位移觀測第五節(jié)建筑物的裂縫觀測與撓度觀測第六節(jié)變形觀測方法和自動化第一節(jié)概述

變形觀測是測定建筑物或構(gòu)筑物及其地基在建筑物或構(gòu)筑物荷重和外力作用下隨時間而變形的工作，內(nèi)容主要有：沉降觀測位移觀測傾斜觀測裂縫觀測撓度觀測等。

一、形觀測的特點

與一般的測量工作相比，變形觀測有以下特點：精度要求高、時效性要求強、與施工同步進行、需要重復(fù)觀測、幾何變形與物理參數(shù)同時監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理方法嚴(yán)密等。二、變形測量點的分類1.變形觀測點是設(shè)置在變形體上的照準(zhǔn)標(biāo)志點，點位要設(shè)立在能準(zhǔn)確反映變形體變形特征的位置上，也稱變形點、觀測點。2.基準(zhǔn)點即確認(rèn)固定不動的點，用于測定工作基點和變形觀測點。點位要設(shè)立在變形區(qū)以外的穩(wěn)定地區(qū)，每個工程至少應(yīng)有3個基準(zhǔn)點。3.工作基點是作為直接測定變形觀測點的相對穩(wěn)定的點，也稱工作點。對通視條件較好或觀測項目較少的工程，可不設(shè)立工作基點，直接在基準(zhǔn)點上測定變形點。三、變形觀測的基本要求1.重要工程建筑物、構(gòu)筑物，在工程設(shè)計時，應(yīng)對變形監(jiān)測的內(nèi)容和范圍做出統(tǒng)籌安排，并由監(jiān)測單位制訂詳細(xì)的監(jiān)測方案。首次觀測，宜獲取監(jiān)測體初始狀態(tài)的觀測數(shù)據(jù)。2.由基準(zhǔn)點和部分工作基點構(gòu)成的監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)，應(yīng)每半年復(fù)測一次；當(dāng)對變形監(jiān)測成果發(fā)生懷疑時，應(yīng)隨時檢核監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)。3.變形監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)由部分基準(zhǔn)點、工作基點和變形觀測點構(gòu)成。監(jiān)測周期應(yīng)根據(jù)監(jiān)測體的變形特征、變形速率、觀測精度和工程地質(zhì)條件等因素綜合確定。監(jiān)測期間，應(yīng)根據(jù)變形量的變化情況適當(dāng)調(diào)整。三、變形觀測的基本要求4.各期的變形監(jiān)測時，應(yīng)滿足下列要求：在較短的時間內(nèi)完成；采用相同的圖形(觀測路線)和觀測方法；使用同一儀器和設(shè)備；觀測人員相對固定；記錄相關(guān)的環(huán)境因素，包括荷載、溫度、降水、水位等；采用統(tǒng)一基準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)。5.變形監(jiān)測作業(yè)前，應(yīng)收集相關(guān)水文地質(zhì)、巖土工程資料和設(shè)計圖紙，并根據(jù)巖土工程地質(zhì)條件、工程類型、工程規(guī)模、基礎(chǔ)埋深、建筑結(jié)構(gòu)和施工方法等因素，進行變形監(jiān)測方案設(shè)計。方案設(shè)計應(yīng)包括監(jiān)測的目的、精度等級、監(jiān)測方法、監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的精度估算和布設(shè)、觀測周期、項目預(yù)警值、使用的儀器設(shè)備等內(nèi)容。6.每期觀測前，應(yīng)對所使用的儀器和設(shè)備進行檢查、校正，并做好記錄。7.每期觀測結(jié)束后，應(yīng)及時處理觀測數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果出現(xiàn)下列情況之一時，必須即刻通知建設(shè)單位和施工單位采取相應(yīng)措施：變形量達到預(yù)警值或接近允許值，變形量出現(xiàn)異常變化，建（構(gòu)）筑物的裂縫或地表的裂縫快速擴大。8.監(jiān)測項目的變形分析，對于較大規(guī)模的或重要的項目，宜包括下列內(nèi)容；較小規(guī)模的項目，至少應(yīng)包括前1-3項的內(nèi)容：觀測成果的可靠性，監(jiān)測體的累計變形值和相鄰觀測周期的相對變形量分析，相關(guān)影響因素（荷載、氣象和地質(zhì)）的作用分析，回歸分析，有限元分析。9.變形監(jiān)測項目，應(yīng)根據(jù)工程需要，提交下列有關(guān)資料：變形監(jiān)測成果統(tǒng)計表，監(jiān)測點位置分布圖，建筑裂縫位置及觀測點分布圖，水平位移曲線圖，等沉降曲線圖（或沉降曲線圖），有關(guān)荷載、溫度、水平位移量相關(guān)曲線圖，荷載、時間、沉降相關(guān)曲線圖，位移（水平或垂直）速率、時間、位移量曲線圖，變形監(jiān)測報告等。四、變形觀測的等級劃分及精度要求第二節(jié)建筑物的沉降觀測

測定建筑物、構(gòu)筑物上所設(shè)觀測點的高程隨時間而變化的工作稱為沉降觀測。一、沉降觀測點的布設(shè)沉降觀測點應(yīng)設(shè)置在能夠反映建筑物、構(gòu)筑物變形特征和變形明顯的部位。標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固、明顯、結(jié)構(gòu)合理，不影響建筑物、構(gòu)筑物的美觀和使用。點位應(yīng)避開障礙物，便于觀測和長期保存。工業(yè)與民用建（構(gòu)）筑物沉降觀測點應(yīng)布設(shè)在建（構(gòu)）筑物的下列部位：（1）建（構(gòu)）筑物的主要墻角及沿外墻每10～15米處或每隔2～3根柱基上。（2）沉降縫、伸縮縫、新舊建（構(gòu)）筑物或高低建（構(gòu)）筑物接壤處的兩側(cè)。（3）人工地基和天然地基的接壤處、建（構(gòu)）筑物不同結(jié)構(gòu)的分界處的兩側(cè)。（4）煙囪、水塔和大型儲藏罐等高聳構(gòu)筑物的基礎(chǔ)軸線的對稱部位且每一構(gòu)筑物不得少于4個點。（5）基礎(chǔ)底板的四周和中部。（6）當(dāng)建（構(gòu)）筑物出現(xiàn)裂縫時布設(shè)在裂縫兩側(cè)。沉降觀測標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固埋設(shè)，高度以高于室內(nèi)地坪（±0面）0.2～0.5米為宜,對于建筑立面后期有貼面裝飾的建（構(gòu)）筑物宜埋設(shè)螺旋式活動標(biāo)志。二、觀測方法

沉降觀測的觀測方法視沉降觀測點的精度要求而定，觀測方法有：精密水準(zhǔn)測量、液體靜力水準(zhǔn)測量、電磁波三角高程測量等。高層建筑施工期間的沉降觀測周期應(yīng)每增加1～2層觀測1次；建筑物封頂后應(yīng)每3個月觀測1次，觀測一年；如果最后兩個觀測周期的平均沉降速率小于0.02毫米/日,可以認(rèn)為整體趨于穩(wěn)定,如果各點的沉降速率均小于0.02毫米/日,即可終止觀測,否則應(yīng)繼續(xù)每3個月觀測1次,直到建筑物穩(wěn)定為止。工業(yè)廠房或多層民用建筑的沉降觀測總次數(shù)，不應(yīng)少于5次，竣工后的觀測周期，可根據(jù)建（構(gòu)）筑物的穩(wěn)定情況確定。三、觀測成果整理每次觀測結(jié)束后，應(yīng)檢查記錄中的數(shù)據(jù)和計算是否準(zhǔn)確，精度是否合格，然后把各次觀測點的高程，列入沉降觀測成果表中，并計算兩次觀測之間的沉降量和累計沉降量，同時也要注明日期及荷重情況。為了更清楚地表示出沉降、荷重和時間三者之間的關(guān)系，可畫出各觀測點的荷載、沉降量、時間關(guān)系曲線圖。第三節(jié)建筑物的傾斜觀測

測量建筑物、構(gòu)筑物傾斜率隨時間而變化的工作叫傾斜觀測。一般在建筑物立面上設(shè)置上下兩個觀測標(biāo)志，上標(biāo)志通常為建筑物、構(gòu)筑物中心線或其墻、柱等的頂部點，下標(biāo)志為與上標(biāo)志相應(yīng)的底部點，它們的高差為h，測出上標(biāo)志與下標(biāo)志間的水平距離△D，則兩標(biāo)志的傾斜率i

為一、傾斜觀測點的布設(shè)建（構(gòu)）筑物的主體傾斜觀測的整體傾斜觀測點宜布設(shè)在建（構(gòu)）筑物豎軸線或其平行線的頂部和底部，分層傾斜觀測點宜分層布設(shè)高低點。觀測標(biāo)志可采用固定標(biāo)志、發(fā)射片或建（構(gòu)）筑物的特征點。二、觀測方法傾斜觀測的方法有以下幾種：基礎(chǔ)差異沉降推算法前方交會法經(jīng)緯儀投點法垂線法傾斜儀法激光準(zhǔn)直法基礎(chǔ)差異沉降推算法第四節(jié)建筑物水平位移觀測

建筑物、構(gòu)筑物的位置在水平方向上的變化稱為水平位移，水平位移觀測是測定建筑物、構(gòu)筑物的平面位置隨時間變化的移動量。一般先測出觀測點的坐標(biāo)，然后將兩次觀測的坐標(biāo)進行比較，算得位移量δ及位移方向α。

一、水平位移觀測點的布設(shè)

工業(yè)與民用建（構(gòu)）筑物水平位移測量的變形觀測點應(yīng)布設(shè)在建（構(gòu)）筑物的下列部位：建筑物的主要墻角和柱基上以及建筑沉降縫的頂部和底部，當(dāng)有建筑裂縫時還應(yīng)布設(shè)在裂縫的兩邊，大型構(gòu)筑物的頂部、中部和下部。觀測標(biāo)志宜采用發(fā)射棱鏡、發(fā)射片、照準(zhǔn)覘標(biāo)或變徑垂直照準(zhǔn)桿。二、觀測方法

水平位移觀測常用的方法有以下幾種，水平位移觀測周期應(yīng)根據(jù)工程需要和場地的工程地質(zhì)條件綜合確定。1.交會法

用交會法進行水平位移監(jiān)測時，宜采用三點交會，角交會法的交會角應(yīng)在60～120°之間；邊交會法的交會角應(yīng)在30～150°之間，邊長應(yīng)采用電磁波測距。2.極坐標(biāo)法3.三角形網(wǎng)法4.準(zhǔn)直法有時只要求測定建筑物在某特定方向上的位移量，觀測時，可在與其垂直方向上建立一條基準(zhǔn)線，在建筑物上埋設(shè)一些觀測標(biāo)志，定期測量觀測標(biāo)志偏離基準(zhǔn)線的距離，就可了解建筑物隨時間位移的情況。在基準(zhǔn)點上安置儀器，測定觀測點方向與基準(zhǔn)線的水平角來確定水平位移的方法稱為測小角法；用拉緊的金屬線構(gòu)成基準(zhǔn)線的稱為引張線法；用激光準(zhǔn)直儀的激光束構(gòu)成基準(zhǔn)線的稱為激光準(zhǔn)直法。測小角法：

第五節(jié)建筑物的裂縫觀測與撓度觀測

一、裂縫觀測當(dāng)建筑物受差異沉降或其他因素的影響，其墻、柱、梁、板等部位，可能會產(chǎn)生裂縫，測定建筑物上裂縫發(fā)展情況的觀測工作叫裂縫觀測。裂縫觀測時根據(jù)裂縫分布情況，選擇其代表性的位置，在裂縫兩側(cè)設(shè)置觀測標(biāo)志，對于較大的裂縫，應(yīng)在最寬處及裂縫末端各布設(shè)一對觀測標(biāo)志，兩側(cè)標(biāo)志的連線與裂縫走向大致垂直，用直尺、游標(biāo)卡尺或其他量具定期測量兩側(cè)標(biāo)志間的距離，測量建筑物表面上裂縫的長度并記錄測量的日期，標(biāo)志間距的增量即代表裂縫寬度的增量。也可在裂縫兩側(cè)設(shè)置的金屬片標(biāo)志，在標(biāo)志上畫豎線，若豎線錯開，則表示裂縫在擴大。

對寬度不大的細(xì)長裂縫，也可在裂縫處劃一跨越裂縫且垂直于裂縫的橫線，定期直接在橫線處測量裂縫的寬度。還可在裂縫及兩側(cè)抹一層長約20cm、寬度為4～5cm的石膏，定期觀測，若石膏開裂，表示裂縫繼續(xù)擴大。二、撓度觀測

測定建筑物構(gòu)件受力后產(chǎn)生彎曲變形的工作叫撓度觀測。對于平置的構(gòu)件，至少在兩端及中間設(shè)置A、B、C三個沉降點，進行沉降觀測，測得某時間段內(nèi)這三點的沉降量，則可計算此構(gòu)件的撓度：

對于直立的構(gòu)件，至少要設(shè)置上、中、下三個位移觀測點進行位移觀測，利用三點的位移量可算出撓度。

第六節(jié)變形觀測方法和自動化一、地面攝影測量及在變形觀測中的應(yīng)用

地面攝影測量是利用在地面基線兩端點上的攝影機拍攝的像片對目標(biāo)進行的測量。攝影測量方法有下述顯著的特點：不需要接觸被監(jiān)測的變形體；外業(yè)工作量小，觀測時間短，可獲取快速變形過程，可同時確定變形體上任意點的變形；攝影影像的信息量大，利用率高，利用種類多，可以對變形前后的信息做各種后處理，通過底片可觀測到變形體任一時刻的狀態(tài)。目前，攝影測量的硬件和軟件發(fā)展很快，像片坐標(biāo)精度可達2～4μm，目標(biāo)點精度可達攝影距離的十萬分之一。發(fā)展起來的數(shù)字?jǐn)z影測量和實時攝影測量為該技術(shù)在變形監(jiān)測中的應(yīng)用開拓了更好的前景。變形觀測的數(shù)字?jǐn)z影測量基本過程如下：影像獲取，用攝影經(jīng)緯儀對觀測目標(biāo)進行攝像，獲得像片后用掃描儀數(shù)字化，輸入計算機得數(shù)字影像，或者用數(shù)碼相機直接獲得數(shù)字影像；坐標(biāo)量測，借助計算機進行，量測有關(guān)標(biāo)志點的坐標(biāo)，分單像量測和立體量測；平差計算，建立變形體的表面數(shù)值模型。二、GPS在變形觀測中的應(yīng)用GPS精密定位技術(shù)不僅可以滿足變形監(jiān)測工作的精度要求，而且有助于監(jiān)測工作的自動化與實時化。GPS技術(shù)在高層建筑物變形觀測、大型橋梁變形監(jiān)測、水庫大壩變形觀測、地表沉降觀測、道路及堤岸變形監(jiān)測、地質(zhì)滑坡體災(zāi)害監(jiān)測等方面得到廣泛應(yīng)用。三、三維激光掃描儀在變形觀測中的應(yīng)用

三維激光掃描技術(shù)是一種新型無接觸式測量技術(shù)，它通過內(nèi)置掃描棱鏡的快速激光測距儀發(fā)射的激光進行掃描測量，不需要目標(biāo)點反射棱鏡而直接接收自然物表面的激光反射信號即可精確測得掃描點的三維坐標(biāo)。激光掃描儀都帶有豐富的后處理軟件，通過測得的三維“點云”數(shù)據(jù)，可以直接生成物體表面的空間三維模型。實現(xiàn)了目標(biāo)實體實時三維仿真模型的建立和可視化。此技術(shù)已被應(yīng)用在工程建筑和變形監(jiān)測方面，并將成為一種重要的變形監(jiān)測方法得到廣泛應(yīng)用。三維激光掃描儀具有掃描速度快、精度高、安全穩(wěn)定、操作方便等特點，只需一個人操作即可進行所有的測量工作。四、變形監(jiān)測的自動化現(xiàn)代工程建筑物的規(guī)模、造型和難度對變形監(jiān)測提出了更高的要求。目前，測量技術(shù)的發(fā)展使變形監(jiān)測自動化成為可能并得到廣泛應(yīng)用，許多變形監(jiān)測儀器實現(xiàn)了自動化觀測?；谛盘栟D(zhuǎn)換的傳感技術(shù)，可以把變形監(jiān)測中需要確定的距離、角度、高差、傾角等幾何量及其微小變化轉(zhuǎn)化為電信號，采用不同的傳感器進行獲取。將這些用于變形監(jiān)測以及精密測量的傳感器安裝在伸縮儀、