变形测量-第五章(2)建筑物监测

变形测量-第五章(2)建筑物监测第一页，共48页。金茂大厦位于上海黄埔江畔的浦东地区的陆家嘴“金三角”。1999年初竣。它是世界性超高层摩天大楼竞赛的最新产儿，其高度排在第三位。而美国的“空想美国不动产公司”正在芝加哥申请建造世界最高大厦，预计469米，比马来西亚的双子塔还要高出17米。当然双子塔的建筑本体只有378米，塔身有74米，而建筑本体最高的要数芝加哥正在计划中的超高层大厦，高443米。

第二页，共48页。从金茂54层远眺黄浦江畔第三页，共48页。建筑物是国家、社会和人民财富的标志建筑物是具有较长使用寿命和使用功能的物业工程，病害建筑物的整治挽救：包括对上部、下部结构进行整体和局部的加固和托换处理、调整、纠正地基础的不均匀沉降变形，释放由于建筑物变形所产生的结构附加内力。第四页，共48页。灾害类型(1)自然灾害：地震、洪水、泥石流、滑坡、风灾、地面塌陷；

(2)人为灾害：火灾、乱开挖引起的地面塌陷、山体大滑坡。第五页，共48页。处理机构如广州市鲁班建筑物防水补强加固技术公司；诸暨建筑物纠倾技术公司。等等。第六页，共48页。既有建筑物改造与病害处理工程（1）增层改造（地上、室内和地下）；（2）改建、扩建（调整、改善房屋使用功能或目的，扩大使用面积）；（3）加固和托换工程（局部下沉、整体抬升、加固处理）；（4）移位与转动（城乡规划和道路建设要求建筑物移到址）；（5）建筑物的损裂和加固处理（由于各种原因造成建筑物开列损坏，通过相应裂缝处理手段保持、恢复建筑物原有功能和安全）；（6）建筑物氡气治理工程；（7）纠倾扶正及防覆倾加固工程；（8）不均匀加固引起建筑物弯曲、扭曲变形病害处理；（9）火灾后的检验、鉴定与加固处理；（10）材料质量低劣的危房抢救与加固工程；（11）地震后的抢救与加固工程；（12）风灾后的抢救与加固工程；(13)泥石流、滑坡损坏后的抢救与加固工程；（14）地面塌陷及地面裂缝损坏的建筑物抢救与加固工程；（15）其他灾害损坏的抢救工程。第七页，共48页。建筑物的损坏与病害分类1.自然灾害造成的损坏地震、水灾、泥石流、山体滑坡、地下溶洞、土洞引起的地面塌裂沉陷、龙卷风、氡气等。2.人为因素造成的损坏

a.工程设计的错误（上部结构、地基处理、基础工程）：1993－1996年统计，占事故的40％左右。

b.施工质量：1993－1996年统计，占事故的60％左右。

c.用地规划方面的错误，如建筑物相距甚近；

d.其他：勘察失误，未发现地下重要隐患；

e.火灾、破损；

f.大量抽汲地下水导致地面塌陷、开裂；

g.旧建筑物缺少维修；相邻施工开挖影响；日常使用时的损坏（如野蛮装修导致）；其他原因。第八页，共48页。⑸.工业建筑如重型机械厂房、纺织厂房（单层轻工业）、制药厂房、食品厂房（多层轻工业）等特点：荷载巨大且往往是撞击、振动荷载。需要空间大，并有特殊要求。（温湿度、防爆、防尘、防菌等）单层采用铰接框架（排架）结构。多层工业建筑一般采用刚接框架。第九页，共48页。1实例永兴阁位于衡阳市解放路北侧，是该市第一高楼。主楼高117m，地上33层，地下2层，平面面积37.8m×37.4m；副楼地上3层，地下1层，平面面积18.5m×37.4m。主楼2001年9月开工，整个工程已基本完工，副楼2003年元月开工，现主体工程已经完工。主楼静荷载已达总荷载的80%左右。施工单位在前期（2003年）的施工过程中已进行过沉降监测和倾斜测量，测量最大沉降值为13.5mm。由于永兴阁是该市目前最高的楼房，为确保工程安全，受该市建设工程质量监督站的委托，对该楼进行沉降监测和垂直度检测。第十页，共48页。

1.1沉降监测

测点的位置：如图所示，在永兴阁东侧25冶家属楼A设置基点G1，永兴阁东侧25冶家属楼B设置基点G2，永兴阁南侧25冶青年宿舍楼设置基点G3，作为沉降监测高程基准点。永兴阁主楼的相应承重柱上设置沉降监测点Y1，Y2，Y3，Y7，Y8，Y9。永兴阁副楼的相应承重柱上设置沉降监测点Y4，Y5，Y6。第十一页，共48页。表1各测点的沉降观测结果（mm）测点号Y1－0.10Y2－0.3－0.2Y3－1.3－0.9Y4－1.8－1.0Y5－1.5－1.5Y6－1.1－0.7Y7－1.3－1.5Y8－1.3－1.8Y9+0.7－0.4注：为2003年12月18日观测所获测点的初次高程值。为2004年1月15日观测所获各测点的第一次重复观测高程值。为2004年2月25日观测所获各测点的第二次重复观测高程值。第十二页，共48页。1.2垂直度检测

对永兴阁垂直度检测使用WILDT2经纬仪，选择同一承重柱体的高点和低点，分别沿永兴阁大厦的两个垂直方向，在毗邻永兴阁的解放路西部和莲湖路北部分别设置观测站，采用经纬仪正倒镜投影高点和低点，并在同一平面上，取高点和低点的正倒镜投影线的中心位置作为观测点的投影位置，然后确定高点和低点沿两个垂直方向的偏距，计算偏距值，并按下式计算倾斜值。式中为高点和低点的高差。

2003年12月19日上午，检测获得了东西方向的偏距mm，南北方向的偏距mm，总偏距，观测的高点和低点之间的实测高差＝91m，据此计算所得倾斜值。表明永兴阁整体倾斜值在安全范围内。第十三页，共48页。2原因工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的外力，这就必然会引起地基及其周围地层的变形。建筑物本身及其基础，也由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生变形。对于基础而言，主要监测的内容是均匀沉降和不均匀沉降。由沉降监测资料可以计算出基础的绝对沉降值、平均沉降值；由不均匀沉降值可以计算相对倾斜、相对弯曲（挠度）。基础的不均匀沉降还可导致建筑物的扭转。当不均匀沉降产生的应力超过建筑物的容许应力时，可以导致建筑物产生裂缝，从某种意义上说，建筑物本身产生的倾斜与裂缝，其起因是基础的不均匀沉降均匀沉降不会使建筑物出现断裂、裂缝和缺口等现象，但绝对值过大的均匀沉降也会引起一些麻烦，例如，建筑物地下部分的地面可能下降到地下水位以下，因而使建筑物的地下部分被淹没。第十四页，共48页。3建筑物监测内容3.1沉降观测

3.1.1建筑物沉降观测

3.1.2基坑回弹观测

3.1.3地基土分层沉降观测

3.1.4建筑场地沉降观测。

3.2位移观测

3.2.1建筑物主体倾斜观测

3.2.2水平位移观测

3.2.3裂缝观测

3.2.4挠度观测

3.2.5日照观测

3.2.6风振观测

3.2.7场地滑坡观测第十五页，共48页。3.1.1建筑物沉降观测测定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度，并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。第十六页，共48页。3.1.2基坑回弹观测测定深埋大型基础在基坑开挖后，由于卸除地基土自重而引起的基坑内外影响范围内相对于开挖前的回弹量。第十七页，共48页。3.1.3地基土分层沉降观测测定高层和大型建筑物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。第十八页，共48页。3.1.4建筑场地沉降观测分别测定建筑物相邻影响范围之内的相邻地基沉降与建筑物相邻影响范围之外的场地地面沉降。第十九页，共48页。3.2.1建筑物主体倾斜观测测定建筑物顶部相对于底部，或各层间上层相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度。对具有刚性的建筑物的整体倾斜，也可通过测量顶面或基础的相对沉降间接确定。第二十页，共48页。3.2.2建筑物水平位移观测包括位于特殊性土地区的建筑物地基基础水平位移观测、受高层建筑基础施工影响的建筑物及工程设施水平位移观测以及挡土墙、大面积堆载等工程中所需的地基土深层侧向位移观测等，应测定在规定平面位置上随时间变化的位移量和位移速度。第二十一页，共48页。3.2.3裂缝观测

裂缝的出现和开展是结构破坏的先兆，建筑物中裂缝的存在预示着结构承载力可能不足，过大的裂缝会促使建筑物钢筋的锈蚀而降低结构的耐久性，并造成房屋渗漏，影响建筑物美观。裂缝：荷载裂缝、地震裂缝、地基变形引起的裂缝、温度收缩裂缝、碳化锈蚀裂缝、反复冻融产生的裂缝、沉缩裂缝、其他裂缝。测定建筑物上的裂缝分布位置、裂缝走向、长度、宽度及其变化程度。观测的裂缝数量视需要而定，主要的或变化大的裂缝应进行观测。第二十二页，共48页。3.2.4挠度观测包括建筑物基础和建筑物主体以及独立构筑物（如独立墙、柱等）的挠度观测，应按一定周期分别测定其挠度值及挠曲程度。第二十三页，共48页。3.2.5日照观测在高耸建筑物或单柱（独立柱）受强阳光照射或辐射的过程中进行，应测定建筑物或单柱上部由于向阳面与背阳面温差引起的偏移及其变化规律。如：四川省某饭店高18m，向阳面与背阳面温差10℃，引起的顶部偏移量达50mm。第二十四页，共48页。3.2.5风振观测高层、超高层建筑物受强风作用的时间段内同步测定建筑物在顶部风速、风向和墙面风压以及顶部水平位移，以获取风压分布、体型系数及风振系数。第二十五页，共48页。3.2.6场地滑坡观测测定滑坡的周界、面积、滑动量、滑移方向、主滑线以及滑动速度，并视需要进行滑坡预报。第二十六页，共48页。第二十七页，共48页。4建筑物变形的保护等级第二十八页，共48页。5建筑物变形的允许值第二十九页，共48页。例一设某建筑物高30m,基础宽12m,设计时允许倾斜度为0.4%,计算其顶部允许偏移量？顶部允许偏移量120mm第三十页，共48页。例二某饭店为12层高，两沉降点之间的距离为8m,设差异沉降最大容许值，计算其沉降量。沉降量×8×1000＝16mm第三十一页，共48页。六、建筑物变形监测的精度和周期1.精度（1）如果监测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其监测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；（2）如果是出于科研的目的，则精度要求更高。第三十二页，共48页。2变形监测的周期变形监测的周期：两次监测之间的时间间隔。

原则：应能反映出建筑物的沉降变形过程而又不遗漏其变形时刻为原则，因此，应当根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定其监测的周期，发现异常情况时，应加强观测。如在施工过程中，应适当缩短观测时间间隔，而稳定后则可延长时间间隔。如受到地震、洪水、爆破等外界因素影响时应及时进行复测。第三十三页，共48页。七、监测测点的位置监测测点分为基准点和工作点。基准点必须是一组：3个为一组。工作点的埋设位置如下：（1）房屋的角点、中点、转角处；（2）周边10－20m布设一个工作点；（3）沉降缝或新建建筑物与原有建筑物的连接处；（4）内部承重墙或支柱上；（5）纵横轴线上；（6）主要设备的四周（如天车）；（7）动荷载四周及其他地质不良区。第三十四页，共48页。4混凝土结构加固工作程序与方法工作程序：

可靠性鉴定－－加固方案确定－－加固设计－－施工组织设计－－施工－－验收。方法：加大截面法外包钢筋法外部粘钢加固法预应力加固法增设支点加固法托梁拔柱技术增设支撑体系及剪力墙加固法增设拉结连系加固法裂缝修补技术。第三十五页，共48页。5建筑地基基础的加固方法（1）基础补强注浆加固法：适应于基础因不均匀沉降、冻胀或其他原因引起的基础裂损时的加固；（2）加大基础底面积法：适应于当既有建筑物的地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求时的加固。一般采用混凝土套或钢筋混凝土套加大基础底面积。（3）加深基础法：适应于地基浅层有较好的土层可作为持力层且地下水位较低的情况，当地下水位较高时，可采取相应的降水或排水措施。（4）锚杆静压桩法：适应于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基。（5）树根桩法：适应于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土和人工填土等地基土上既有建筑物的修复和增层、古建筑的整修、地下铁道的穿越等加固工程。（6）坑式静压法：适应于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等，且地下水位较低的情况。（7）石灰桩法：适应于处理地下水位以下的粘土、粉土、松散粉细砂、淤泥、淤泥质土、杂填土或饱和黄土等地基及基础土体的加固。（8）注浆加固法：适应于砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基加固，一般用于防渗堵漏、提高地基土的强度和变形模量以及控制地层沉降。其他地基加固方法：高压喷射注浆法适应于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基；灰土挤密桩法：处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基；深层搅拌法：处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土等地基；硅化法：与地基土的渗透系数有关；碱液法：处理非自重湿陷性黄土。第三十六页，共48页。6地基基础事故的补救与预防（1）设计、施工或使用不当引起事故的补救；（2）地下工程施工引起事故的预防与补救；（3）邻近建筑施工引起事故的预防与补救；（4）深基坑工程引起事故的预防与补救。第三十七页，共48页。7建筑物增层改造通过建筑物增层改造，提高土地利用率，降低工程造价，加固并延长旧建筑物的使用寿命，以缓解我国人口多，土地资源有限的问题。

向上增层法：直接增层法，外扩式增层法，增加钢筋混凝土内柱式增层法，外套结构增层法。

室内增层法。

地下增层法。第三十八页，共48页。8建筑物的托换工程主要是对地基基础进行加固、改造或处理，使其满足上部结构的要求。抢救性托换；保护性托换；预留性托换；综合性托换；改变承重体系托换。如广州地铁楼房桩基的托换工程。第三十九页，共48页。实例汇源大厦托换工程汇源大厦主楼高27层,裙楼高9层,建筑面积5万余m2。汇源大厦主体位于湘江大道改扩建工程拆迁范围之内，但拆迁与补偿费用达2.1亿元之巨。为既满足湘江大道功能要求,又节省巨额拆迁与补偿费,汇源大厦裙房内±0.000处设计有湘江大道机动车道1条,非机动车道1条，人行道1条。根据设计院的设计,必须对机动车道两侧的部分柱体进行加固,并在裙房出口处拆除框架结构圆形柱1根,同时在2楼增加承重托梁,托梁尺寸为8ｍ×1.2ｍ×1.8ｍ。为使裙房结构安全且不产生裂缝,需要对整个托换过程进行沉降监测,并根据监测结果,指导拆除及托换进程。经现场察看与分析计算,并与业主及监理方商讨,制定了具体监测方案,并对其实施了监测。第四十页，共48页。建筑物的移位建筑物的移位是将整栋建筑物（不包括基础），从原址移至规划新址，它包括纵、横向平移、转向或者移动加转向。主要是由于改善道路与交通设施等引起。前苏联从1937年开始，我国从90年代开始应用这项技术。建筑物的移位是一项技术要求较高、风险性较大的工作。成功实例：上海外滩天文台平移工程：天文台古建筑建于1907年，高52m，重400多t，移位到离原地24.2m处。

第四十一页，共48页。9移位技术移位技术包括的内容：建造新址基础及移位路线的下轨道及基础；对原建筑物基础顶面进行托换改造，形成钢筋混凝土托换底盘；在建筑物原基础上和沿途基础上铺设钢垫板或轨道；在钢板上设置滚动支座；将建筑物与原基础分离，分离后的建筑物的托盘放置于滚动支座上；施加牵引力，移位速度不大于50mm/mi