《工程测量》第15章-建筑物变形观测

第十五章建筑物变形观测,第十五章建筑物变形观测,15-1概述15-2基准点与变形点15-3垂直位移监测方法15-4水平位移监测方法15-5倾斜监测方法15-6挠度监测方法15-3变形观测成果处理,15-1概述,一、各种大型建筑物在其建设与使用阶段均可能发生局部或整体位移，也就是所说的“变形”或“形变”。变形观测的任务是测量并预报形变，为制定补救措施提供重要的参考数据。二、建筑物变形原因1、建筑物基础的地质条件2、地球物理运动如地震3、静/动荷载4、自然条件的影响5、人为机械震动6、材料选择不当、施工方法不当及施工中偷工减料,变形高楼群,变形电视塔,变形大坝,变形滑坡,变形地震,三、变形的分类和观测方法1、分类：分为静态和动态两类。静态变形是时间的函数；动态变形是外力的函数，对于时间，其观测结果表示在某一时刻的瞬时变形。2、方法：静态变形用周期性的重复观测，动态变形则需用自动记录仪器记录其瞬时变形四、形变的表现形式1、垂直位移(沉降/抬升，Subsiding/Uplift)2、水平位移(Horizontaldisplacement)3、倾斜(Tilting)4、挠曲及扭转(Bending&Distorting),五、变形观测的精度要求1、如果目的是监视建筑物的安全，可根据1971年国际测量师协会(FIG)的建议来制定观测精度：观测中误差应小于允许变形值的1/101/202、如果目的是研究区域形变规律如地壳形变监测，精度应尽可能高些六、变形观测的频率要求观测频率的确定随荷载的变化和变形速率而异,15-2基准点与变形点的构造与布设,建筑物的变形是通过量测观测点与基准点间的相对位置变化而求得的一、基准点及其布设1、基准点：要求稳固可靠，一般应选在变形区域之外，且地质条件稳定，无震动源的地方。2、工作基点：对于一些大型工程，要求基准点距变形区远，为方便观测，在观测点相对稳定处设立一些工作基点，由它直接对观测点进行观测。3、布设要求(1)、对于水平位移观测，基准点间应构成平面控制网。通常要求埋设观测墩，实行强制对中(2)、对于水准位移观测，基准点间应构成水准网(高程基准点不少于三个),1、观测点必须与建筑物固联在一起，并设立固定的观测标志；2、观测点的数量与位置选择要求能正确、全面反映建筑物的变形情况并兼顾观测方便；3、垂直位移观测点的布设：一般布设于建筑物的四角及荷载变化处、楼层变化处、地址条件变化处；4、水平位移观测点的布设：因观测方法和变形方向而异，变形点的位置必须具有代表性。要求观测点与基准点(或工作基点)通视，尽量设置强制对中器。,二、观测点(变形点)及其布设,水平控制网,GPS监测网,某建筑群沉降监测水准网及监测点布置示意图,15-3垂直位移观测方法,一、基本方法垂直位移观测的高程依据是水准基点，即在水准基点高程不变的前提下，定期地测出变形点相对于水准基点的高差，并求出其高程，将不同周期的高程加以比较，即可得出变形点高程变化的大小及规律二、垂直位移监测网由水准基点构成水准网，可布设成闭合环、结点或附合水准路线,其精度等级和技术要求见表a三、如果设置有工作基点，则每年应进行一至两次与水准基点的联测，以检查工作基点是否发生变动。联测工作应尽可能选择固定的月份，即保证外界条件基本相同，以减少外界条件变化对成果的影响。四、垂直位移观测最常用的是水准测量，其观测精度等级和技术要求见表b,0.15,0.30,0.60,1.40,表b变形点垂直位移观测的精度要求,注：n为测段的测站数,四、垂直位移变形观测注意点,当用水准测量方法时，要求做到三固定，即设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行；人员固定，以减少人差的影响；使用固定的仪器和水准尺，以减少仪器误差的影响。,15-4水平位移观测方法,水平位移观测基础是水平位移监测网（平面控制网）。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网，并采用独立坐标系统，例如大坝、桥梁等往往以它的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向位移。监测网的精度，应能满足变形点观测精度的要求。故在设计监测网时，要预估该网的精度，并选择适宜的观测等级与方法。精度及技术要求见下表：,水平位移监测网的主要技术要求,二、观测点水平位移测量方法,一、水平位移监测网的形式依建筑物的结构形式、仪器设备及场地条件而定，可分别采用测角网、导线网、边角网及视准线法等。,1、极坐标法,当使用测距仪时，最适宜使用极坐标法。观测点点位中误差：,2、测角前方交会(1)、计算方法见7-6中(2)、观测点点位中误差：(3)、60120,3、测角后方交会,(1)、基准点：A、B与C(2)、观测量：角度与(3)、P点的坐标计算见7-6(4)、点位中误差：,当相邻的变形点间可以通视，且在观测点上可以安置仪器进行测角、测距时，可采用这种方法。通过各次观测所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方向。这种方法多用于非直线型建筑物的水平位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。,4、导线法,5、视准线法(1)、该法适用于线性建筑物，如直线大坝和直线桥。由经纬仪提供视准线，观测点1、2、3布设于基准线AB上(见上页左图)。(2)、每次观测出观测点相对于视准线的横向偏移量，一般用活动觇牌测量其偏移量(见上页右图)。(3)、与此类似的还有激光准直法。6、引张线法工作原理与视准线法相似，但要求无风。它是在量基准点AB间引张一根直径为1mm的钢丝以代替视准线。各观测点上安置与引张线垂直的分划尺，以读出其与引张数相截的读数，各次观测的读数差即为水平位移。大坝廊道的水平位移观测多采用此方法。,15-5倾斜观测,一、倾斜度,K=水平位移量h=建筑物高度,建筑物高度h用钢尺吊量或三角高程求取,二、前方交会法测定顶点水平位移,采用前方交会法时，则高处观测点与其理论位置的坐标差x、y，即为在x,y方向上的位移值，其最大位移方向上的位移值为：,烟囱倾斜观测实例,A、B为两观测站，离烟囱的距离应不小于烟囱高度的两倍，并使Ap、Bp方向大致垂直经纬仪先在A点观测烟囱底部和顶部相切两方向的值，取平均值得a、a即为通过烟囱底部和顶部中心的方向值。同样再在B点观测，得b、b若aa，bb，则表示烟囱的上下中心不在同一铅垂线上，即烟囱有倾斜。计算出a=a-a，b=b-b，并从A、B分别沿Ap、Bp方向量出到烟囱外廓的距离DA、DB,可按下式计算出垂直于Ap、Bp方向的偏移量eA、eB式中R为烟囱底部的半径，可量出底部的周长后求得。烟囱总的偏移量e和偏移量的方向分别为：PP是以AP为x轴的方位角,三、垂准线法测定顶点水平位移,1、垂球线法利用垂球时，是在高处的某点，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂球，垂球线的长度应使垂球尖端刚刚不与底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的水平位移值。2、铅垂仪法构造如图所示，当仪器整平后，即形成一条铅垂视线。如果在目镜处加装一个激光器，则形成一条铅垂的可见光束，称为激光铅垂线。观测时，在低部安置仪器，而在顶部量取相应点的偏移距离,四、间接法,用基础相对沉陷求倾斜量，如图，用水准测量测出建筑物基础上两个观测点间的相对沉降时，于是：a、a分别是是A点、B点的沉降量，L为A、B间的水平距离,15-6挠度观测,一、挠度指建(构)筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。例如桥的梁部在中间会产生向下弯曲，高耸建筑物会产生侧向弯曲。二、如图是对梁进行挠度观测的例子。在梁的两端及中部设置三个变形观测点A、B及C，定期对这三个点进行沉降观测，即可依下式计算各期相对于首期的挠度值,LA、LB观测点间的距离sA、sB、sC观测点的沉降量观测点的沉降量可用水准测量、三角高程或近景摄影测量的方法得到,15-7变形观测的成果处理,一、变形观测的外业工作结束后，应及时对观测手簿进行整理和检查。二、由于观测变形点的依据是监测网点，首要的是监测网点必须稳定可靠。为能判定其是否稳定，也要定期进行复测。三、变形量的计算，是以首期观测的成果作为基础，即变形量是相对于首期的结果而言的，所以要特别注意首期观测的质量。四、从多次观测的成果中，发现变形的规律和大小，进而分析变形的性质和原因，以便采取措施。为使成果直观清晰，一般采用列表(如下表)或作图法(如下图)。,沉降观测