土木工程测量.14--变形测量课件

普通高等学校土木工程专业精编系列规划教材,土木工程测量主编王晓明殷耀国,目录,1绪论2水准测量3角度测量4距离测量5坐标测量6地形图基本知识7地形图测绘,目录,8地形图的应用9工程放样的基本工作10建筑工程测量11线路工程测量12桥梁工程测量13地下工程测量14变形测量,目录,下页,上页,14变形测量,目录,内容提要,能力要求,本章主要内容包括建筑物变形产生的原因，变形观测的内容和周期以及所需采用的观测手段和精度要求等。本章的教学重点为针对不同的观测内容，采取的不同观测方法，教学难点为如何保证观测结果的可靠性。,通过本章的学习，学生应理解建筑物变形观测的基本概念，掌握相关观测内容的测量方法。从施工初期至施工结束，能够制定比较完善的变形观测方案。,上页,下页,14.1变形测量概述14.2沉降观测基本要求14.3建筑沉降观测内容14.4水平位移14.5倾斜观测14.6挠度观测14.7裂缝观测习题与思考题,目录,上页,下页,目录,建筑物产生变形的原因：,基础的不均匀沉陷，或者由于设计不够合理，施工质量不达标等。随着施工的进展，上部荷载逐渐增加，建筑物地基承受的外力不断增大，也必然会引起地基及其周围地层的变形，进而影响到自身建筑物与邻近的建筑物而产生变形。,变形测量：是对建筑的地基、基础、上部结构及其场地受各种作用力而产生的形状或位置变化进行观测，并对观测结果进行处理和分析的工作。,上页,下页,目录,强制性规定：下列建筑在施工和使用期间应进行变形测量：,（1）地基基础设计等级为甲级的建筑（2）复合地基或软弱地基上的设计等级为乙级的建筑（3）加层、扩建建筑（4）受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地下水等环境因素变化影响的建筑（5）需要积累经验或进行设计反分析的建筑,上页,下页,目录,当建筑变形观测过程中发生下列情况之一时，必须立即报告委托方，同时应及时增加观测次数或调整变形测量方案：,（1）变形量或变形速率出现异常变化（2）变形量达到或超出预警值（3）周边或开挖面出现塌陷、滑坡（4）建筑本身、周边建筑及地表出现异常（5）由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其他变形异常情况,上页,下页,目录,变形观测的内容：,包括沉降、倾斜、位移、挠曲、裂缝等变形观测项目,目的：,1、监视建筑物在施工过程中和竣工后，投入使用中的安全情况；2、验证地质勘察资料和设计数据的可靠程度；3、研究变形的原因和规律，以改进设计理论和施工方法。,上页,下页,目录,观测标石：,包括变形测量基准点和工作基点变形测量基准点包括平面基准点和高程基准点。,当观测点变形测量成果出现异常，或当测区受到地震、洪水、爆破等外界因素影响时，应对基准点及时进行复测，并对其稳定性进行分析。,观测标石的设置：,应设置在变形区域以外位置稳定、易于长期保存的地方并应定期复测,上页,下页,目录,变形测量观测周期：,以能系统地反映所测建筑变形的变化过程、且不遗漏其变化时刻为原则,建筑变形测量的首次(即零周期)观测应连续进行两次独立观测，并取观测结果的中数作为变形测量初始值,不同周期观测时，宜采用相同的观测网形、观测路线和观测方法，并使用同一测量仪器和设备,上页,下页,目录,建筑变形测量的级别、精度指标及其适用范围,上页,下页,目录,沉降观测：通过对埋设在建筑物结构体上的观测点进行水准观测，以测定其高程在一定时期内的变化情况。,沉降观测水准点分为：高程基准点、工作基点、沉降观测点,高程基准点：指的是稳定可靠的点，其高程相对固定不变，是沉降观测的基准,工作基点：可根据需要设置，当基准点离所测建筑距离较远致使变形测量作业不方便时，宜设置工作基点,沉降观测点：是要求能直接反应出建筑物的沉降情况的点,上页,下页,目录,高程基准点按下述要求布设：,（1）应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方,（2）在建筑区内，其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2倍，其标石埋深应大于邻近建筑基础的深度,（3）高程基准点也可选择在基础深且稳定的建筑上,（4）特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个；其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个,上页,下页,目录,沉降观测内容：,建筑场地沉降观测：相邻地基沉降观测、场地地面沉降观测,建筑场地沉降观测周期：,（2）主体施工的相邻地基沉降观测和场地地面沉降观测的周期可按照工程的相关规定确定,建筑场地沉降、基坑回弹、地基土分层沉降以及基础和上部结构沉降,（1）基础施工的相邻地基沉降观测，在基坑降水时和基坑土开挖过程中应每天观测一次。混凝土底板浇完10d以后，可每23d观测一次，直至地下室顶板完工和水位恢复。此后可每周观测一次至回填土完工,上页,下页,目录,基坑回弹：基坑开挖后，上部的地基土被卸载，改变了原土体的应力平衡条件，使得地基土回弹隆起,基坑回弹监测的基本过程：在待开挖的基坑中预先埋设回弹监测标志，在基坑开挖前、后分别进行水准测量，测出布设在基坑底面各测标的高差变化，从而得出回弹标志的变形量,上页,下页,目录,回弹观测的作业方法：,基坑回弹监测通常采用几何水准测量法，回弹观测不应少于3次，其中第一次应在基坑开挖之前，第二次应在基坑挖好之后，第三次应在浇筑基础混凝土之前,（1）开挖前测标高,如图，求出回弹标志点的高程，检查无误后，取出测锤，先回填50cm白灰，再拔出套管，填入沙土掩埋。最后用全站仪实测回弹标志点位，绘制成图，以便开挖后寻找。,上页,下页,目录,（2）开挖后测标高,基坑开挖距设计标高10.5m时，用全站仪放样出回弹观测点位，为避免机械开挖破坏点位，在一定范围内需人工开挖找出回弹观测标志，并加以保护。,再测一至二次，待数据稳定时为好。则回弹量为=H前-H后。,H前为开挖前回弹标志点的高程，H后为开挖后回弹标志点的高程。每点各次回弹量之和，即为该点的地基土总回弹量,观测方法如图所示：,往返测一测回。在不影响施工的情况下,上页,下页,目录,地基土分层沉降观测,分层沉降观测应测定建筑地基内部各分层土的沉降量、沉降速度以及有效压缩层的厚度,分层沉降观测应从基坑开挖后基础施工前开始，直至建筑竣工后沉降稳定时为止,分层沉降观测应按周期用精密水准仪或自动分层沉降仪测出各标顶的高程，计算出沉降量,分层沉降观测点应在建筑地基中心附近2m2m或各点间距不大于50cm的范围内，沿铅垂线方向上的各层土内布置。一方面是为了方便观测和管理，另一方面制图较为准确。,首次观测至少应在标志埋好5d后进行,上页,下页,目录,沉降观测点的点位宜选设在下列位置：,（1）建筑的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每1020m处或每隔23根柱基上（2）高低层建筑、新旧建筑、纵横墙等交接处的两侧（3）建筑裂缝、后浇带和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处（4）对于宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑，应在承重内隔墙中部设内墙点，并在室内地面中心及四周设地面点（5）邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜(沟)处（6）框架结构建筑的每个或部分柱基上或沿纵横轴线上（7）筏形基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置（8）重型设备基础和动力设备基础的四角、基础形式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧（9）对于电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑，应设在沿周边与基础轴线相交的对称位置上，点数不少于4个,上页,下页,目录,观测周期：,（1）建筑施工阶段,普通建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测，大型、高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测；观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高15层观测一次，工业建筑可按回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等不同施工阶段分别进行观测。若建筑施工均匀增高，应至少在增加荷载的25、50、75和100时各测一次；施工过程中若暂停工，在停工时及重新开工时应各测一次。停工期间可每隔23个月观测一次；,上页,下页,目录,（2）建筑使用阶段,视地基土类型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年观测34次，第二年观测23次，第三年后每年观测1次，直至稳定为止；,（3）观测过程中，若有基础附近地面荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间连续降雨等情况，均应及时增加观测次数。当建筑突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或23d一次的连续观测；,（4）建筑沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。当最后l00d的沉降速率小于0.010.04mm/d时可认为已进入稳定阶段,上页,下页,目录,水平位移观测方法：,测量特定方向的位移时，可使用视准线、激光准直、测边角等方法,测量任意方向的位移时，可视观测点的分布情况，采用前方交会或方向差交会及极坐标等方法,对于观测内容较多的大测区或观测点远离稳定地区的测区，宜采用测角、测边、边角及GPS与视准线法相结合的综合测量方法,上页,下页,目录,视准线法：,视准线法的原理是通过建筑物轴线或平行于建筑物轴线的固定不动的铅直平面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移,主要包括小角法和活动觇牌法,（1）小角法,小角法的基本原理是通过测定基准线方向与观测点的视线方向之间的微小角度从而计算观测点相对于基准线的偏离值，根据偏离值在各观测周期中的变化确定位移量,采用小角法进行视准线测量时，视准线应按平行于待测建筑边线布置，观测点偏离视准线的偏角不应超过30。目的在于观测时，固定仪器照准部于基准线方向，而只旋进经纬仪的微动螺旋就可照准观测目标点读数，这样可以有效提高测角精度,上页,下页,目录,如图所示，A、B为基准点,观测点偏移视准线的距离：,距离越短，对中误差对角度观测的影响越大，因此，在小角法进行位移观测时，对于精度要求高的监测项目，应使用强制对中装置,上页,下页,目录,（2）活动觇牌法,将经纬仪安置在基准线端点A上，端点B安置固定觇牌用经纬仪瞄准B点的固定觇牌，将视线固定把活动觇牌安置于观测点P上，移动活动觇牌使照准标志与经纬仪的十字丝重合，在分划尺与游标尺上读数。然后移动觇牌从相反方向再重新对准视线十字丝中心并读数一个测回进行上述观测4次，每测回开始和结束都要重新瞄准B点，检查仪器及目标有无变动。以上为往测，然后将仪器迁到B点，固定觇牌放到A点，同法测量。最后，往返测取平均。,活动觇牌法的主要误差影响因素为瞄准误差，观测点偏离视准线的距离不应超过活动觇牌读数尺的读数范围,视准线法测定的水平位移方向都是基准线的垂直方向,上页,下页,目录,基坑壁侧向位移监测,基坑壁侧向位移观测可根据现场条件使用视准线法、测小角法、前方交会法或极坐标法，并宜同时使用测斜仪或钢筋计、轴力计等进行观测,基坑壁侧向位移观测点应沿基坑周边桩墙顶每隔1015m布设一点侧向位移观测点宜布置在冠梁上，可采用铆钉枪射人铝钉，亦可钻孔埋设膨胀螺栓或用环氧树脂胶粘标志测站点宜布置在基坑围护结构的直角上,基坑开挖期间应23d观测一次，位移速率或位移量大时应每天12次当基坑壁的位移速率或位移量迅速增大或出现其他异常时，应增加观测次数,观测周期,点位埋设,上页,下页,目录,倾斜观测:是指对建筑物、构筑物中心线或其墙、柱等，在不同高度的点相对于底部基准点的偏离值所进行的测量。,建构筑物主体的倾斜率:,包括建筑物基础倾斜观测、建筑物主体倾斜观测,上页,下页,目录,测定建筑物倾斜的方法有两类：一类是直接测定建筑物的倾斜，包括：经纬仪投影法、测水平角法、测角前方交会法、垂准线法。另一类是通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜，包括：常规水准测量、液体静力水准测量、倾斜仪等,上页,下页,目录,经纬仪投影法,（1）常规建筑,步骤如下：经纬仪距建筑物高度1.5倍以上远，照准点M，盘左盘右分中投点法，定出点N。,若N与N1、Q与Q1不重合，说明建筑物发生了倾斜。分别量出偏移值x、y，然后矢量相加，计算出总偏移值D，即：,同法，在与X垂直的Y墙面上定出点P和点Q。M、N和P、Q即为所设观测标志。,间隔一段时间后，在原固定测站点上，再次分别瞄准观测点M和P，用盘左、盘右分中投点法，得到N1和Q1。,根据总偏移值D和建筑物总高度H，即可计算其倾斜度,上页,下页,目录,（2）圆形高耸建筑,是在互相垂直的两个方向上，测定其顶部中心对底部中心的偏移值,在两个相互垂直的方向上安置经纬仪，距离为建筑物高度的1.5倍。在圆形建筑物的底横放两根相互垂直标尺，在标尺中垂线方向上，安置经纬仪，分别照准建筑物的顶部、底部边缘，向下投影。用望远镜将建筑顶部边缘两点B2、B4及底部边缘两点A2、A4分别投到标尺上，得读数为yB2、yB4及yA2、yA4。则顶部中心O对底部中心O在y方向上的偏移值y为：,上页,下页,目录,用同样的方法，可测得在x方向上，顶部中心0的偏移值x为：,矢量相加后，计算出顶部中心0相对底部中心0的总偏移量,根据总偏移值e和圆形建筑的高度H，即可计算出其倾斜度i,上页,下页,目录,测水平角法,（1）在拟测建筑物的纵横两轴线方向上距建筑物1.52倍建筑物高远处选定两个点M、N作为测站。在烟囱横轴线上布设观测标志A、B、C、D点，在纵轴线上布设观测标志E、F、G、H点，并选定远方通视良好的固定点M1、N1作为零方向。O为顶部中心、O为底部中心。,上页,下页,目录,（2）观测时，先在N点设站，以N1为零方向，以H、G、F、E为观测方向，用经纬仪按方向观测法观测两个测回，得方向值分别为a1、a2、a3、a4，则上部上心O的方向值为（a2+a3）/2，则O、O与测站点N的水平夹角ONO=1=（a1+a4）/2-（a2+a3）/2，若已知N至烟囱底座中心水平距离为L1，则在纵轴线方向的倾斜位移量,（3）同理，在M点设站，以M1为零方向，测出A、B、C、D各点方向值、可得纵轴线方向的倾斜位移量,则总的倾斜偏移值为,上页,下页,目录,垂准线法,利用垂准仪发射的铅直激光束，在基准点上向上投射，从而确定偏移值,高层建筑物楼板上，通常预留有垂准孔。将垂准仪安置在底层平面的控制点上，使仪器的水准管气泡严格居中后，仪器的视准轴即处于铅垂位置。在顶