第六八章工程建构筑物的施工放样

1、2015/11/181概述p 施工放样：将图纸上设计的建（构）筑物的平面位置和高程按设计和施工的要求，以一定的精度用标桩在实地标定出来，作为施工的依据n 精度： 限差、放样精度n 实地标定：放样方法、仪器选择p 原则：由整体到局部p 工作程序：先后细部n 首先现场标定出物的轴线n 再标定出物的各个部分p 随时检查、检核，确保工程质量和施工的顺利进行2第六章 工程建（构）筑物的施工放样2015/11/1826.1限差和放样精度本章内容 6.1限差和放样精度 6.2 施工放样的种类和方法 6.3 特殊的施工放样方法 6.4 道路曲线及其放样数据计算 6.5 典型工程施工放样举例重点内容 工程物施工

2、放样的种类和方法 道路曲线计算和测设32015/11/183限差p 一般工程，施工规范仅对限差有明确规定， 而不直接给出测量精度6典型物的限差一般工程（混凝土柱、梁、墙）10-30mm物轴线倾斜度1/10001/2000钢结构18mm土石方10cm特殊要求设计图纸限差要求限差p 定义：物竣工后实际位置相对于设计位置的极限偏差。p 特点：限差与结构、材料和施工方法有关，遵循工程测量相关规范。n 结构和材料：钢结构、钢筋混凝土结构、毛石混凝土结构、土石结构，限差由小变大n 施工方法：预制件装配小于现场浇筑；刚结构中高强度螺栓连接小于电焊连接法p 相关规范：n 混凝土结构工程施工及验收规范n 钢筋混

3、凝土机构设计与施工规范n 安装工程施工及验收技术规范52015/11/184建筑限差 放样精度和精度分配等影响原则：各种误差相等D =D =D = D1233 D 2D2 +D2 +D2 =3 = D21233 放样精度和精度分配测量限差施工限差 制造限差 已知D2 = D2 + D2 + D2123未知p 精度分配原则n 等影响原则、按比例分配原则、忽略不计原则p 极限误差与中误差关系s= Dn 中误差的2-3倍误差称为极限误差。22015/11/185 放样精度和精度分配按比例分配原则：各误差的实际比例关系D1 : D2 : D3=1:2:1.5D2 = D2 +D2 +D2 =7.25D

4、21231D1 = 0.37D;D2 = 0.74D;D3 = 0.56D 放样精度和精度分配忽略不计原则：一项误差与其它项误差相比较， 是其三分之一或更小，则这一误差对总限差的影响忽略不计D = D1 , k = 32k D 2D2 = D2 +D2 =D2 + 1 =1.11D2121 3 1D=1.05D1 D12015/11/1866.2 施工放样的种类和常用方法放样精度和精度分配例：已知大坝轴线限差为 ，且轴线限差包括测量限差和施工限差（两者精度按照等原则影响分配）。其中测量限差由施工点限差和放样限差两部分组成（点限差按照忽略不计原则，D =D放）控3求点中误差、放样中误差和施工中误

5、差？D2 = D222D2D测+D施 D施= 2 D施=D测=2D2 =D2 +D2测控放D D 2D231D = 放 D2 = 放 +D2 = D =D；D =D控 3测 3 放2放 2 5控 2 5s= D s = 1 D；s = 3 D；s = 1 D2施 2 2放 4 5控 4 5112015/11/187引言p 测量n 角度测量：相交于一点的任意两条方向线之间角度测量。经纬仪、全站仪n 距离测量：两点间的距离测量。钢尺、电磁波测距、全站仪、GNSSn 高程测量：确定物体上任一点海拔高程或者相对高度的测量。水准仪、测距三角高程、钢尺、GNSSn 坐标（点）测量：直接测得物体上目标点或者

6、离散点在某一坐标系下坐标的测量。全站仪、GNSS、距离交会法、角度交会、自由设站法、极坐标法14引言p 测量与放样n 放样（测设）是将设计物体或对象的位置信息（坐标和高程）确定其在客观世界中的位置n 测量是获取客观世界中被测物体或对象的位置信息（坐标和高程）n 测量与测设：原理方法和使用仪器相同，目的和工作顺序不一样132015/11/188角度放样p 定义：从某一已知方向为基准，放样出另一方向，使两方向 间夹角等于预定的角度。p 方法(1) 将经纬仪安置于O点，盘左瞄准已知方向A，度盘读数。(2) 松开照准部制动螺旋，转动照准部，使度盘读数增加为时， 沿视线方向在地面上定出点B。(3) 以同

7、样的方法，盘右测设一角值向在地面上定出另一点B。(4) 取B和B的中点B为放样方向，即AOB为要测设的角。施工放样的种类p 基本观测量放样n 角度放样：从某一已知方向为基准，放样出另一方向，使两方向间夹角等于预定的角度。经纬仪、全站仪n 距离放样：将设计图上的已知距离按给定的起点和方向标定出来。钢尺、电磁波测距、全站仪、GNSSn 高程放样：将设计图上的高程在实地标定出来。水准仪、三角高程、钢尺、GNSSp 点、线、面放样n 点位放样：根据设计图上的被放样点的设计坐标将其标定在实地，常用于工程 物的特征点。全站仪、GNSSn 直线放样：将设计图上的直线在实地标定出来，常用于物轴线。经纬仪、全站

8、仪n 铅垂线放样：保证物的垂直度。经纬仪、铅垂仪152015/11/189距离放样举例：某厂房主轴线AB设计长度为24m，欲从地面上相应A点出发，沿AC方向放样出B点位置。设所用的30m钢尺，在检定温度为20，拉力10Kg时的实长为30.005m，放样时的温度t12（a =0.000012），概略量距后测定两端点的高差h=+0.4m，求放样时地面实量长度。1、各项改正数的计算DL = L l - l0 = 24 30.005 - 30 = +0.004(m)l030DLt = L a (t - t0 ) = 24 0.000012 (12-20) = -0.002(m)22DL = - h =

9、 - 0.4 = -0.003(m)h2L2 242、放样长度的计算L = L - DL - DL - DL = 24 - 0.004 + 0.002 + 0.003 = 24.001(m)th距离放样p 定义：将设计图上的已知距离按给定的起点和方向标定出来p 方法：n 在终点附近某过渡点标定出该设计距离，然后反复测量取其平均值，并测量过渡点的高差、温度等改正信息n 计算实际放样长度，钢尺长度改正（尺长、温度、高差改正）n 根据平均值与放样长度差值，最后标定出放样距离的端点L = L + DL + DLt + DLhL = L - DL - DLt - DLh2015/11/1810高程放样p

10、 方法：倒尺法放样，用于待放样的高程高于仪器视线时（地铁隧道管顶标高）b=HB(HAa)20高程放样p 定义：从将设计图上的高程在实地标定出来p 方法：几何水准法A为已知水准点，其高程为HA，B为欲标定高程的点，其设计高程为HB。现将B点顶面的设计高程HB测设于地面。(1) 在A、B两点间中间位置安置水准仪；(2) 在A点立尺，后视读数a，计算B点水准尺上应有的读数b：b=（HAa）HB(3) 在B点上立尺，使尺紧贴木桩下移动，直至尺上读数为b时， 紧贴尺底在木桩上划一红线， 此线就是欲放样的设计高程HB2015/11/1811高程放样p 方法：测距三角高程法（全站仪无仪器高法），用于对一 些

11、高低起伏较大的工程放样，如：大型体育馆的网架、桥梁构 件、厂房及机场屋架等，用水准仪放样就比较 。 全站仪在O点架设，后视A点，目标高为l，斜距S1，垂直角1 测OB斜距S2、垂直角2 得到B点高程，与设计值比较，指挥放样Ho = HA + l - Dh1无需量取仪器高HB = Ho + Dh2 - l = HA - Dh1 + Dh2l2Dh = D tana + (1- k) D2Rl高程放样p 方法：钢尺传递，用于两点高差很大时(深基坑、高楼)A为地面水准点，其高程已知，现欲测定基坑内水准点B的高程在基槽边埋一吊杆，从杆端悬挂一钢尺(零端在下)，尺端吊一相当于钢尺鉴定拉力的重锤。在地面上

12、和基坑内各安置一架水准仪，在A、B两点竖立水准尺， 由两架水准仪同时水准尺和钢尺上的读数a1、b1、a2、b2；计算B点的高程和读数为：HB = HA + a1 - b1 + a2 - b2 b2 =HA + a1 - b1 + a2 -HB2015/11/1812点放样距离交会法适用条件：距离不超过一个尺段，地面较平坦时便于量距数据计算：放样点距两已知点A、B的距离S1、S2 。放样方法：用钢尺分别以A、B为圆心，用钢尺以S1、S2为半径在地面上画圆弧，其交点即为P1点的位置；点放样p 定义：根据设计图上的被放样点的设计坐标将其标定在实地，常用于工程物的特征点。p 方法n 交会法p 距离交会

13、法p 角度交会法p 轴线交会法n 归化法p 距离交会法p 角度交会法n 极坐标法n 自由设站法n GNSS RTK法232015/11/1813点放样轴线交会法适用条件：不便于钢尺量距，放样轴线上点。放样方法：A、B、C、D为已知点，P0为AB轴线上欲放样点1) 建立施工坐标系，y平行于AB，x垂直于AB轴线2) 在AB轴线上P0附近放样过渡点P，经纬仪/全站仪安置于该点测出PC、PD与AB夹角，由C、D点坐标计算P点坐标3) 根据P 、P0点坐标，将P移动到P0点放样角度交会法/方向交会法适用条件：在没有测距仪时，不便于钢尺量距。数据计算：放样点距两已知点的角度2、3 。放样方法：在B、C用

14、经纬仪或全站仪放样相应的角度，两方向 线交点即为P点的位置；2015/11/1814点放样归化法放样点位（角度交会归化法）数据计算：放样点距两已知点的距离、角度Sa、Sb 、a、b 放样过程： 按照角度交会法放样过渡点p ，精确测得p至AB两点角度a、b 用角度差a、 b计算位移归化量a 、b 在pA线上距p点a出作pADb垂线，在pB线上距p点Db = b - b e =a Sbaaaar a出作pB垂线，两垂线交点即待放样点Db = b - b e = Dbb Sbb 28 bbr b点放样归化法定义：将放样和测量相结合先初步放样出一点，并与待放样点比较，获取得到待放样点应用：需要较精密放

15、样的工归化法放样角度 全站仪/经纬仪在A点架设，先按角度放样法放样出，定出C1 对角BAC1盘左盘右多测回精密测出1 ，并计算AC1距离S 从C1出发，在AC1垂直方向归化CC1，得到放样点CC = b - b1 S1r 272015/11/1815点放样极坐标法适用条件：极坐标原理放样，随着全站仪的使用，主要放样方法。 放样原理：由一个角度和一段距离测设点的平面位置的法。放样方法：首先根据两已知点和待放样点计算放样元素角度和 距离S。然后在其中一已知点上架设仪器，按照角度放样法放样 出角对应的方向，然后在该方向上按距离放样法放样出距离S， 即为待定点的位置APABS =(xP - xA )

16、+ ( y - y )22PA点放样归化法放样点位（距离交会归化法）数据计算：放样点距两已知点的距离Sa、Sb 。放样过程： 按照距离交会法出p点，精确测得p至AB两点距离Sa、Sb 用距离差归化量Sa、 Sb 在pA线上距p点Sa出作pA垂线，在pB线上距p点Sb出作pB垂线，两垂线交点即待放样点DS = S - S1a aaDS = S - S1b bb292015/11/1816点放样GNSS RTK法：Real Time Kinematic 单基准站法适用条件：是目前实时放样设备：基准站、流放样原理：利用基准站的相位观测数据、坐标等信息通过数据链路实时传送给动态用户动态用户将收到的数据

17、链路（载波相位、用户坐标改正数等） 和自身观测数据进行差分，获得动态用户坐标与待放样点的设计坐标相比较，得到归化值指导放样。点放样自由设站法适用条件：已知点上不便于架设仪器，自由灵活，广泛使用，具 有两个（两个以上）已知点。放样原理：任意测站点坐标测量：全站仪架设在任意合适的地方，通过测量到两个（两个以上）已知点的边长和角度，按最小二乘原理求出测站点坐标，通时完成测站定向。极坐标法放样：根据测站点和待放样点坐标，计算放样元素， 即坐标法放样。放样设备：全站仪、随机软件2015/11/1817直线放样测小角归化法 先初步放样过渡点P，测量距离AP=S1。 将经纬仪/全站仪架在A点，精确测量小角B

18、AP= 计算归化值，并于实地归化得到P点 e = Db S m = mb Sr1pr1测大角归化法 精度高 经纬仪/全站仪架设在过渡点P上测量大角APB= 计算=180和归化值，并于实地归化得到P点点放样GNSS网络RTK法原理：2个及2个以上基准站覆盖整个测区，利用基准站数据对电离层、对流层以及其他误差进行建模优化，内插并发给站的误差改正数，站利用改正数可以降低误差提高精度范围：可扩展至100km，超长型大桥工程2015/11/18186.3 道路曲线及其放样数据计算铅垂线放样p 定义：沿重力的直线，保证物、铁道竖井、铁塔等高耸物和物的垂直度p 方法：n 下端系一重物的悬吊细绳所在直线n 经

19、纬仪+弯管目镜法：望远镜视线指向天顶，在需要放样的高程上设置投影面，照准部每旋转90度投一点，可得到四个对称点，取中点为最终投点n 铅垂仪：光学、激光铅垂仪2015/11/1819道路曲线道路曲线p 公路、铁路、 、输电线及管道工程等线性工程，中线为线路。由于地形、地物、水文、地质、 发展等因素，线路由直线段和曲线段组成。p 平曲线：在平面上的曲线段n 圆曲线p 单圆曲线：具有单一半径的曲线p 复曲线/反向曲线：具有两个或两个以上不同半径的曲线n 缓和曲线：直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一段曲率半径由 渐变至圆曲线半径R的一种曲线，起到缓和及过渡的作用n 回头曲线

20、：线路一次改变方向180以上，由直线、缓和曲线和圆曲线组成的曲线p 竖曲线：连接相邻不同坡度的曲线段p 曲线测设（曲线放样）：将曲线按设计坐标标定在实地上的测量工作372015/11/1820圆曲线p 已知要素直圆点切线长交点n 交点n 线路转向角曲线长n 曲线半径线路转向角p 主点：圆直点、直圆点、曲中点曲中点切线长p 曲线要素：外矢距n 线路转向角n 圆曲线半径n 切线长：交点至直圆直点圆/圆直点n 曲线长：直圆点经曲线半径曲中点至圆直点n 外矢距：交点至曲中点距离n 切曲差：切线长和曲线之差40曲线测设p 中线点（在曲线上每隔一定距离标定加设百米桩和其他加桩）测设p 原理：由放样元素计算

21、点坐标，采用极坐标法、自由设站法和GNSS RTK法进行。p 偏角法、切线支距法不常用。392015/11/1821圆曲线p 中线点坐标计算n 直角坐标系：直圆点为原点，过直圆点指向交点的切向为x轴，过直圆点指向圆心为y轴x O y : L = K - Ka = Li 180oiiZYx O y : L = K - KRpiYZixi = Rsinayi = R(1-cosa)p 中线点线路坐标计算（右偏cc=1；左偏cc=-1）X= X- T cosa Y = Y - T sina ZYJDQZYJDQX= X- T cosa Y = Y - T sina YZJDQYZJDQx O y (

22、ZY - QZ ) :x cosa - cc y sina iQiQY = Y + x sin a + cc y cosa iZYiQiQx O y (YZ - QZ ) :x cosa + cc y sina Y = Y + x sina - cc y cosa jQjQjYZjQjQ圆曲线p 曲线要素计算：确定曲线形状、计算曲线坐标必需元素n 交点：两直线放样时给出 ( XJD ,YJD )n 线路转向角：两直线放样时给出 an 圆曲线半径：根据地形地物分布按照线路等级和设计规范给出Rn 切线长JD DK11+ 295.78n 曲线长- T72.94n 外矢距LLLLLLLLLn 切曲差：

23、 q=2T-LZY DK11+ 222.84p 主点里程计算：由交点里程计算+ L72.74K= K- T2ZYJDLLLLLLLLLK= K+ LQZ DK11+ 295.58QZZY2LK= K+ L+ 272.74YZZYK= K+ q = K+ TLLLLLLLLLJDQZ2ZYYZ41 DK11+ 368.322015/11/1822反向曲线p 反向曲线由转向相反的两个圆曲线，是特殊的复曲线。按照单圆曲线的曲线要素、主点里程、中线点坐标、中线点线路坐标计算p 反向曲线半径设计n 两交点和线路转向角由设计给出n S为两交点距离n 确定圆曲线半径时，先考虑受限制条件较严的一个半径（过桥梁

24、等），另一半径设计如下：S - R tan(a2 )R = S - T2 =221tan(a )tan(a ) 1122复曲线p 复曲线有两个或多个单圆曲线 ，按照单圆曲线的曲线要素、主点里程、中线点 坐标、中线点线路坐标计算2015/11/1823带缓和曲线的圆曲线交点线路转向角p 已知要素n 交点外矢距n 线路转向角曲中点圆缓点n 曲线半径切线长缓直点n 缓和曲线长曲线长p 主点：直缓点、缓缓直点圆点、曲中点、圆缓点、缓圆点直缓点缓和曲线长p 曲线要素圆曲线半径n 线路转向角切向增量 圆曲线内移量切线角n 圆曲线半径 p 缓和曲线参数n 切线长n 切线角：缓和曲线所对的中心角n 曲线长n

25、切垂距（切向增量）：自圆心向直缓点n 外矢距的切线作垂线OC，直缓点至垂足的距离n 切曲差n 圆曲线内移量：垂线长OC与圆半径之差带缓和曲线的圆曲线p 缓和曲线：直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一段曲率半径由 渐变至圆曲线半径R 的一种曲线，起到缓和及过渡的作用p 缓和曲线一般用螺旋线等空间曲线来设置，特点是曲线上任一点曲率半径与该点至起点的曲线长成反比。当增至缓和曲线全长时，曲率半径等于圆曲线半径l R = l0 R = C, C = 0.035V 3,公路C = 0.098V 3, 铁路V 为车辆平均速度,km/hp 当速度一定时，半径越大，缓和曲线长越小。20

26、15/11/1824带缓和曲线的圆曲线p 主点里程计算KZH = KJD - TH KHY = KZH + LSK= K+ LH QZZH2KYH = KHY + LH KHZ = KYH + LSK= K+ qJDQZ248带缓和曲线的圆曲线p 缓和曲线参数计算n 缓和曲线长：设计给出n 切线角n 切垂距n 圆曲线内移量p 圆曲线要素计算n 线路转向角：两直线放样时给出n 圆曲线半径：根据地形地物分布按照线路等级和设计规范给出n 切线长n 曲线长：圆曲线加缓和曲线n 外矢距n 切曲差：q=2T-L472015/11/1825带缓和曲线的圆曲线p 曲线线路坐标计算（右偏cc=1；左偏cc=-1

27、）XZH = XJD - T cosaZH YZH = YJD - T sin aZHXHZ = XJD - T cosaHZ YHZ = YJD - T sin aHZx O y (ZH - HY ) :xi cosaZH - cc yi sinZHYi = YZH + xi sinZH + cc yi cosZHx O y (HY - HZ ) :xj cosaHZ + cc y j sin aHZYj = YHZ + xj sinaHZ - cc y j cosaHZ带缓和曲线的圆曲线p 曲线坐标计算n 直角坐标系：直缓点为原点，过直缓点指向交点的切向为x轴，过直缓点指向曲线弯曲方向为y

28、轴x O y (ZH - HY ) : Li = Ki - KZHx O y (HZ - YH ) : Li = KHZ - Kin 缓和曲线l5l3xi = li -iyi = i 40R2l56Rlssn 圆曲线xi = m + R sinfiyi = p + R(1- cosfi )f = b 0 + li - ls 180 = li - 0.5ls 180iRpRpli = Ki - KZH2015/11/1826回头曲线p 缓和曲线参数计算n 缓和曲线长：设计给出a = 360 - (q1 +q2 )n 切线角T = (R + P) tan(q1 +q2 ) - mn 切垂距2n 圆

29、曲线内移量L = p R (a - 2b ) + 2l 18000p 圆曲线要素计算n 线路转向角：两直线放样时给出n 圆曲线半径：根据地形地物分布按照线路等级和设计规范给出n 切线长n 曲线长n 外矢距n 切曲差：52回头曲线p 山区线路工程，当线路转向角为180度时，常需要设回头曲线（灯泡线、套线），由直线、缓和曲线和圆曲线组成p 如果在交点，不易测得线路转向角，则在直线段上选取副交点C、D测得 q1 q22015/11/1827竖曲线p 曲线要素计算n 转坡角和变坡点高程：由两直线坡度给出n 曲线半径：由设计给出n 曲线长n 切线长n 外矢距n 切曲差n 竖曲线上任一点至相应切线的距离L

30、T 2x2L = RwT =E =y =22R2R54竖曲线pp转坡点转坡角2015/11/1828竖曲线p 竖曲线测设n 曲线要素计算n 由变坡点J沿切线向两边量取切向长T值，定出起点Z和终点Y桩号n 竖曲线按规定间距（10m）测设一个加桩，计算各加桩点切线标高及改正值加桩点在加桩点坡度曲线上高程x2i i 2R改正值552015/11/181本章主要内容 7.1变形监测的基础知识 7.2变形监测方案和方法设计 7.3变形监测数据处理 7.4变形监测资料整理、成果表达与解释 重点内容 变形监测的定义、分类 变形影响因子、变形体的几何模型 变形监测方案设计2第七章 工程物的变形监测2015/1

31、1/182工程变形监测的基础知识l 什么是变形监测？l 什么是工程变形监测？l 为什么要进行变形监测？l 变形监测的内容和特点l 变形影响因子和变形模型 非周期变形模型 周期变形模型 运动模型l 变形体的几何模型47.1 变形监测的基础知识2015/11/183变形监测的定义p 变形监测：利用测量或者仪器对监视对象或物体进行定期测量，以确定其空间位置随时间的变化特征。三类：n 全球性变形监测：对地球自身的动态变化的监测（自转速率、极移、潮汐、板块运动和地壳形变等）n 区域性变形监测：对区域市）地壳形变和地面沉降的监测n 工程变形监测：对工程建（构）筑物、设备及其他与工程建设有关的自然或人工对象

32、的定期监测p 空域 ：变形体用有代表性的位于变形体空间上离散的监测点代表、空间位置观测p 时域：时间上的监测点离散观测：周期观测、持续观测6变形监测的定义p 变形：变形体在各种载荷作用下，其形状、大小和位置在 时空域的变化。是自然界的普遍现象，变形在一定范围内 是的，如果超出值，则会灾害（、滑坡、火山喷发、溃坝、倒塌）。p 变形体：大到整个地球，小到工程物的块体。p 工程测量中常见的变形体n 工程建（构）筑物：大坝、厂房、桥梁、物、古、地铁、隧道等n 设备：科学试验设备、运载工具、工业设施等n 与工程建设有关的自然或人工对象：滑坡、高边坡和开采沉降区52015/11/184变形监测的意义大坝为

33、例：p 法国67m高的Malpasset拱坝1959年垮坝p 意大利262m高的Vajont拱坝1963年因库岸大滑坡导致涌浪翻坝致水库淤满失效p 美国93m高的Teton土坝1976年溃决p 我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水漫坝失事保证工程物安全是一个十分重要的问题！变形监测的分类p 变形体的刚移：绝对形变，整体平移、转动、升降和倾斜。p 变形体的自身形变：相对形变，伸缩、错动、弯曲和扭转。72015/11/185变形监测的内容p 获取变形几何量：水平、垂直位移、偏距、倾斜、扰度、偏距、裂缝、伸缩、错动、弯曲、扭转等。p 获取与变形有关的影响因子（物理量）：温度、气压、应力、应变、水位

34、（库水位、地下水位）、渗流、渗压、扬 、载荷、时间等。10变形监测的意义p 重要意义：确保安全；验证设计；灾害防治p 实用意义：保障工程安全，通过监测变形掌握各种 物和地质构造的稳定性和安全性，发现异常，采取措施，为安全性诊断提供必要信息。p 科学意义：n 解释变形的机理，n 验证变形的假说，n 检验设计是否合理，n 为修改设计、制定规范提供依据92015/11/186变形监测的内容p 例2 水工物n 土坝：水平和垂直位移、渗透以及裂缝监测n 混凝土坝：由于水、温度变化、坝体自 重等因素作用，垂直位移（求得基础与坝体 的转动）、水平位移（求得坝体的扭曲）和 伸缩缝的监测，这些内容称为外部变形观

35、测。为了解混凝土坝结构内部情况，还应对混凝 土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些 内容称为内部观测。12变形监测的内容p 监测内容突出重点，全面考虑，有性的选取。p 例1 工业与民用，主要包括基础的沉降监测与物本身的变形监测。n 基础：物的均匀沉降与不均匀沉降n 物：监测倾斜于裂缝n 和高耸物：对其动态变形（振动幅值、频率和扭转）进行监测n 仪器设备：水平位移和垂直位移112015/11/187变形监测的特点p 贯穿于工程建设和运营的始终，需要进行长期的重复观测（周期观测或按时段的持续观测），每一周期的观测方案如监测网的图形、使用仪器、作业方法乃至观测 都要尽可能一致。动态变形需要持续动态观

36、测。p 精度差异很大，有极高的精度要求。不同工程建筑物、不同阶段、不同的变形监测项目，精度要求不同。对于重要工程，一般要求“以当时能达到的最高精度为标准进行变形观测设计”。p 对 、遥测和自动化要求更高。变形信息获取的空间分辨率和时间分辨率要求提高，能在恶劣环境下长期稳定工作。14变形监测的内容p 例3 地表沉降观测：定期观测，掌握沉降与回升规律，采取防护措施n 江河下游冲积层的城市：由于工业用水吸取水，使得地面发生沉降n 采矿地区：大量采掘，使得地表发生沉降。132015/11/188变形模型变形影响因子p 定义：引起变形的，如地壳运动、基础形变、开采、水位变化、工程物的各种荷载（风、光、雪

37、、雨、自重、滑坡、车辆、水位等）、设备安装偏离设计值,以及温度、 气候变化等。p 时间特征：急剧变化、随化、近似线性变化、周期变化等p 定期观测，与变形监测同步同时观测16变形监测的特点表7-1变形监测的精度举例2015/11/189典型变形影响因子下的变形模型变形影响因子呈跳跃变化（突变）、线性变化（渐变）、周期性变化（周变）18变形模型变形模型：与变形影响因子有关为时刻的变形影响因子大小与变形影响因子及变形体有关，难于建模，根据实际情况的传递常数和时间常数估计172015/11/1810典型变形影响因子下的变形模型三、运动模型在许多情况下 化且不可量测的间的函数模型运动模型把变稳定安全区(

38、t - t ) 2y (t ) = y (t0 ) + y& (t0 )( t - t0 ) + &y&(t0 ) 0220典型变形影响因子下的变形模型一、非周期变形1、突变模型y (t ) = H1 - exp - t - t 0 T 2、渐变模型y(t ) = y + H Dx t - t ) - T - exp(- t - t0 )0 Dt (01Tt0 t t0 + Dty(t ) = y + H Dx 1- exp Dt )Dt + T exp(- t - t0 )0 Dt (T Tt t0 + Dt二、周期变形模型tx (t ) = x sin 2 p+ j x T Py (t )

39、 = y sin 2 pt+ jy T P192015/11/1811变形体的几何模型22变形体的几何模型定义：在统一的坐标系下，参考点、工作基点和目 标点及其它们之间的连接称为变形体的几何模型。p 空间上的离散化：一定数量有代表性的位于变形体上的监测点（目标点）p 时间上的离散化：目标点周期性监测、分时段持续性监测p 参考点：变形体外，变形基准稳定点p 工作基点：变形体附近或变形体上，便于对目标点观测p 连接元素：几何模型由距离、角度、高差和GNSS基线相连p 不变量：参考点坐标p 可变量：目标点坐标212015/11/18127.2 变形监测方案和方法设计24变形体的几何模型p 参考点布设

40、：n 稳定点，不受干扰，埋标要求高；n 一般需要布设保护点，受破坏时用保护点以恢复， 用于参考点检核p 目标点布设：n 有一定密度，具有代表性n 变形体表面和内部的不同部位，立体式分布n 长期保存，与变形体共存亡p 相对（自身形变）：目标点之间的连接元素测量得到p 绝对：参考点、工作基点和目标点的连接元素测量得到p 参考网：工作基点和参考点p 相对网：目标点232015/11/1813重要概念l 测量精度：目标点坐标要求精度 s yl 预计最大变形量 D yl 变形监测分辨率：两周期期间能以一定概率（95%）区分的最小变形量d yl 变形速率 y&dl 一周期所的观测时间 tl 两周期时间间隔

41、Dt变形监测方案设计方案设计内容：p 监测方法选择p 监测网和监测点布设p 测量精度p 观测周期p 两周期时间间隔p 一周期所的观测时间252015/11/1814非周期变形的监测设计两周期时间间隔D t 与 d 和变形速率 有关，且两周期发生yy的变形量不能小于最小变形量D t d yDt = 5 s yy&dyd D tty&tm a x528初期，由于 y& 较大且不精确，故Dt 较小且误差较大；后期，y&值愈来愈小且愈来愈精确，Dt 会愈来愈大且愈来愈准确。一周期所的观测时间 d t 应满足：不能大于两周期时间间隔的1/5dy&非周期变形的监测设计s 1 Dy = 1 (y - y )

42、y5050EA或1s y 5 d yDy = 10d y突变模型末期观测必须在变形趋于平缓时刻进行：tE t0 + 3TT为与变形体有关的时间常数，根据试验和经验确定。d y ：变形监测分辨率测量精度s y 与预计的最大变形量D y 有关，最大变形量由变形影响因子、时间特性和对变形体发生作用的知识性， 准确性较差2015/11/1815非周期变形的监测设计Dt = TP0m一周期所的观测时间应满足：d D tt5m = 20, d TPt10030两周期时间间隔 Dt 与周期时间 TP 有关，且 Dt 变形值不应小于监测分辨率，有周期变形的监测设计测量精度s y 与预计的最大变形量（振荡间距)

43、 D y 有关，最小分辨率：s 1 Dy = 1 (y - y )Dy = 10d ys 1 dy5050EAy5y2015/11/1816测量精度p 测量精度与变形体的结构、性质和重要性、测量等级、监测的最小变形量和预计的最大变形量有关p 采用当时所能够获得的最好测量仪器和技术p 不同类型的工程物，其精度要求差别较大p 同筑物，不同部位、不同时间对观测精度要求也不同p 将目标点坐标精度转化为观侧值精度：网的模拟优化设计n 设计观测方案n 根据仪器的标称精度或经验值模拟观测值n 按模拟优化设计进行设计计算，使得坐标精度符合要求n 确定观测元素(如方向、距离、高差、GPS基线边长等) 及其精度。

44、n 考虑外界影响，测量精度应有一定富余。运动模型的监测设计测量精度根据要求监测的最小变形量来确定，最小变形量需要根据具体情况和相邻学科（地质）共同确定s 1 dy5yD td两周期时间间隔与y 和变形速率 y 有关，两周期发生的变形量不能小于最小变形量D t d yy&每一次的观测时间d t ： d D t t5312015/11/1817观测周期p 观测周期数取决于变形的大小、速度及观测的目 的，且与工程规模、监测点数量、位置以及观测一次所需时间有关。p 在工程 物建成初期，变形速度较快，观测周期应多一些，随着 物趋向稳定，可减少观测次数；但仍应坚持观测，以便发现异常变化。p 及时进行第一周

45、期观测具有重要意义，推延初始 测量可能失去已经发生的变形，应特别重视第一周期观测的质量，以后各周期的成果要与第一期比较。p 观测时刻选取：尽量在每年相同的时间进行34测量精度332015/11/1818观测周期对于周期性变形，在一个变形周期内至少应观测两次。如果观测周期的时刻选择不当，将导致错误的结论。四种不同的一维变形过程，如果都用三个离散的时刻来获取， 则会出现完全不同的结果：观测周期352015/11/1819费用p 费用n 建立监测系统的花费：踏勘、埋设标志与标石、观测蹲、仪器购置、安装、数据处理软硬件。n 每一个观测周期的花费：费、仪器使用费、数据处理费、临时标志费n 维护和：维护、

46、仪器折旧费、管理费p 当变形监测项目所要求的观测周期较少时，采用常规大地测量方法较好；p 若观测周期多且周期中测量持续时间较短，应采用特殊的测量方法，研制仪器，建立全自动化监测系统。38一周期观测时间p 一周期内所有测量工作需在的时间间隔t 内完成。否则，周期内的变形将歪曲目标点的坐标值。p 长周期变形，t可达几天甚至数周，可选用各 种大地测量仪器和技术。p 日周期变形，t为数十分钟，可选用快速测量 仪器和技术，如GPS、Georobot。p 短周期变形，t仅为数分甚至数秒，需要考虑 采用摄影测量方法或自动化测量方法。372015/11/1820变形监测的技术和方法常规大地测量方法p 定义：指

47、用常规的大地测量仪器测量方向、角度、 边长和高差等量所采用方法的总称。p 仪器：光学经纬仪、光学水准仪、电磁波测距仪、 电子经纬仪、电子水准仪、电子全站仪、GNSS接 收机等p 方法：n 网观测法：将基准点、工作基点、目标点用水准测量、GPS技术、边角测量网型，通过周期观测和平差确定监测点高程、坐标及其变化n 视准线法：光学测量方法n 交会法：前方交会n 电磁波测距三角高程测量、几何水准4法0 、极坐标法其他因素p 在监测时，变形体不能被触及，更许人在上面行走， 否则将影响其变形形态。这时许多测量方法都不能采用。p 只有在一定的时候才能到达变形体，在变形体上工作有特别的性，这时许多测量方法也不能采用。p 自动化监测系统：持续动态监测、变形的速度太快；监测点太多、人工观测量大、同一时刻获得许多监测点的变形；监测时间间隔短；监测环境恶劣；监测不能影响生产和运行管理，工作停顿、停产。p 变形监测任务仅在于将变形体的原始状态保存下来，一 旦监测对象发生变