建筑工程施工测量-建筑物变形监测（智慧工程测量）

任务五建筑物变形监测5.5.1变形监测网的布设“楼倒倒”2009年6月27日，上海的一栋竣工未交付使用的高楼整体倒覆，官方以两次堆土施工为缘由，遭网友抨击，故得此称号。网友的调侃—民众的担忧！眼睛一闭一睁，楼倒了！你知道世界上最最痛苦的事情是什么吗？你买的不是倒的那栋楼，而是旁边那栋！你说质量不好吧，倒了又没有散架，你说质量好吧，没竣工就倒掉了！现在变成只有天窗的联体别墅了！周围楼房情绪稳定，纷纷表示此楼倒下对他们影响不大！各种各样的楼XX与监测的关系？楼脆脆浙江桐乡“楼薄薄”：业主丈量大约9厘米厚的楼板如果出了问题，那么在施工单位之外承担责任的不应该是监管单位吗？监测单位应该具备什么样的职业道德？应该具备什么样的业务能力和素质来监控建筑物的建设质量？1建筑变形测量规范2建筑变形监测网的布设3建筑垂直位移观测4建筑水平位移观测5建筑倾斜位移观测建筑物变形监测建筑变形测量规范010302沉降监测01水平位移监测02倾斜监测03建筑物在工程建设中建筑物在使用过程中建筑物沉降建筑物位移建筑物倾斜建筑物裂缝勘察设计施工使用建筑物特点

工程地质复杂

外界环境变化建筑物高大建筑物荷载大建筑物体形复杂建筑物荷载不均匀沙质土淤泥冻土地下水位变化大气温度变化外界风力变化地震破坏其它外力例如：工业与民用建筑物：对于基础而言，主要观测内容是不均匀沉陷。对于建筑物本身来说，则主要是倾斜与裂缝观测。对于工业企业、科学试验设施与军事设施中的各种工艺设备、导轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。变形监测网的布设一般基于独立坐标系布设成独立网，也可基于国家坐标系布设成独立网和附合网，但精度需满足要求。应一次布网，也可基准网：基准点+部分工作基点（应每半年复测一次）

监测网：部分基准点+工作基点+目标点（根据变形量的变化调整监测周期）平面网可采用GNSS网、导线网、三角网等，高程网采用水准网。精度：约为允许变形值得1/10~1/20。

基准点：是远离变形区域，稳定可靠的已知点，其分为高程基准点和平面基准点。基准点应选在地基稳固、便于监测和不受影响的地点。一般一个测区的基准点不应少于3个，特技沉降观测的高程基准点不少于4个。在通视条件良好或观测项目较少的情况下，可不设工作基点，在基准点上直接测定变形观测点。水平位移基准点应采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移基准点宜采用双金属标或钢管标。变形监测中设置的基准点应定期复测，并对其稳定性进行分析。变形监测的测量点，一般分为基准点、工作基点和变形观测点3类。工作基点：是离监测点不远，变动可能性较小的控制点，其点位应稳固，便于监测。当基准点远离变形体或不便直接观测变形观测点时，可布设工作基点。监测期间，应定期检查工作基点的稳定性。工作基点宜采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移监测工作基点可采用钢管标。工作基点要求观测期间保持点位稳定，其点位由基准点定期检测。每期变形测量作业开始时，应先将工作基点与基准点进行联测，再利用工作基点对监测点进行观测。监测点：是位于可能变动物体上的点，其应选择在能反映变形体变形特征又便于监测的位置。变形观测点是直接布设在变形体上的敏感位置能反映建筑物变形特征的测量点，又称观测点。设立在能反映监测体变形特征的位置或监测断面上。需要时，还应埋设一定数量的应力、应变传感器。变形观测点布设后，应在稳定后方可开始观测，一般不宜少于15天。任务五建筑物变形监测5.5.4倾斜观测建筑物倾斜位移监测监测目的测点布置监测方法例一：意大利的古建筑比萨斜塔，8层高54m。圆柱形建筑，始建于1174年。最终于1370年（有报道为1350年建成）建成。当时塔顶中心偏离垂直线2.1m，这却反而成了斜塔的特色，从而成为世界闻名的建筑奇观，令它成为名闻遐迩的旅游胜地。6米54.5米到1990年比萨斜塔的基础南端的沉降为2.8m（其基础承压为９kg/cm）；北端的沉降为1.2m（相应压力为１kg/cm），塔顶最高处偏离垂直线达６米。倾斜量正以每年1mm速度在加速倾斜。于1990年1月关闭，并开始新一轮的加固工程。耗资2500万美元，历时11年，于2001年12月比萨斜塔重新对游客开放。在第32届国际地质大会上介绍（2004年6月，意大利佛罗伦萨）纠偏扶“正”加固工程之后，比萨斜塔的倾斜角从5.5º减小到5º，纠偏近50cm。经科学预测，比萨斜塔倾斜变形要再达到1990年以前的水平，将需要300年时间。5.56米54.5米例二：我国苏州市的虎丘塔，建于公元959年，塔高出地面47.5m。呈八角形，是一座砖身木檐的阁楼式佛塔，计七层。

据变形资料分析，塔顶中心偏离底层中心2.3m，底层地面南北高差0.48米。倾斜使塔的中心北移，塔身最大倾角为3º59′，被称为“中国第一斜塔”。例三：

有1300余年历史的大雁塔也沉降了1198mm;1985年向西北方向倾斜998mm，至1996年倾斜达1010.5mm;

平均每年倾斜1mm.

3.1监测目的通过监测，实时掌握地下工程施工引起邻近建筑物的倾斜程度，据以判定建筑物的稳定状况并采取相应的保护措施。

1、监测点宜布置在建筑角点、变形缝两侧的承重柱或墙上。

2、监测点应沿主体顶部、底部上下对应布设，上、下监测点应布置在同一坚直线上。

3、当由基础的差异沉降推算建筑倾斜时，监测点的布置应符合竖向位移监测点的布置规定3.2测点埋设外部观测前方交会法测水平角法投点法3.3.1当被测建筑物具有明显的外部特征点和宽敞的监测场地时，从建筑或构件的外部观测3.3监测方法3.3.2利用建筑或构件的顶部与底部之间的竖向通视条件进行主体倾斜监测观测方法激光铅直仪观测法激光位移计自动记录法正、倒垂线法吊垂球法3.3.3利用相对沉降量间接确定建筑整体倾斜时4．电子倾斜仪法5．近景摄影测量法6．三维激光扫描仪1．沉降量计算法2．经纬仪投影法3．经纬仪测算法一般建筑物的倾斜观测

◆衡量建筑物倾斜程度的指标倾斜度:

◆倾斜观测的主要任务:测定倾斜位移值Δ

HΔBB’α沉降量计算法

通过沉降观测得到建筑物基础的不均匀沉降差δ，计算出倾斜位移值Δ:

HαΔδL式中：Δ－倾斜位移值；Ｌ－建筑物的基础宽度；

δ－ＡＢ的不均匀沉降差；Ｈ－建筑的高度例：用水准测量的方法测得基础两端点间的不均匀沉降量差为2.4毫米，Ｌ＝12.5米，Ｈ＝30米，则可算得：HαΔδL沉降量计算法

用经纬仪对建筑物的上下墙角进行投影，再用图解的方法得到该建筑物的倾斜位移值。

Ａ点为建筑物的倾斜观测部位，Ｂ、Ｃ为经纬仪的测站位置（应设在建筑物的墙面延长线上）待测建筑物CBA1.5~2.0H经纬仪投影法

对于需要进行结构和基础研究的重点工程，要长期进行倾斜观测，精度要求应高于一般工程。一般采用精密经纬仪和钢尺(或全站仪)，用测算法进行倾斜观测。L1P1θ1A经纬仪测算法

经纬仪测算法步骤：

1.在建筑物延长线上,距墙角1.5~2.0H(楼高)的地面P1

点安置经纬仪(或全站仪),并测量仪器至墙角的距离L12.测定建筑物顶部和下部两观测点标志间的水平角θ13.计算倾斜偏离值:L1P1θ1A4.首次观测得到e10,

以后第i观测周期结果为e1i

则建筑物的倾斜位移值为:在AP1的垂直位置上,用上述同样方法选定P2点安置经纬仪,测算得建筑物在该方向上的倾斜位移值:Ae2L2P2θ2综合P1和P2两点所测算得到的建筑物在各自方向上的倾斜位移值Δ1和Δ2得到该建筑物总的倾斜位移值:

塔式建筑物:

主要是指烟囱、水塔、古塔、圆形（或不规则）高耸建筑物倾斜观测的主要方法有：1．纵横轴线法2．前方交会法3．激光准直仪塔式建筑物的倾斜观测任务五建筑物变形监测5.5.2垂直位移观测建筑物沉降监测

随着建筑物的修建，建筑物的基础和地基所承受荷载不断增加。当地基承载力相同时，建筑物将发生均匀沉降。若地基承载力不同，会发生不均匀沉降。有的建筑物建成时是均匀沉降，后来由于地下水位以及周围荷载的改变，引起了不均匀沉降。建筑物这种沉降变形，其值在一定范围内时可视为正常现象。如超过某一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。沉降监测的重要性内容监测目的监测仪器测点埋设测点布置测点埋设注意事项测量实施监测方法1.1监测目的由于各种因素的影响工程建筑物以及其设备的运营过程中，都会产生变形。这种变形如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行变形观测1.2监测的方法至于工程建筑物变形观测的方法，要根据建筑物的性质、使用情况、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定。垂直位移：多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法进行观测。1.3监测仪器精密水准仪用装有联通管的贮液容器，根据其液面等高原理制成的装置进行高差测量的方法。液体静力水准测量静力水准测量静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。在使用中，多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。仪器设备的选用各等级水准测量使用的仪器型号和标尺类型应符合下表之规定：级别使用的仪器型号标尺类型DS05、DSZ05型DS1、DSZ1型DS3、DSZ3型因瓦尺条码尺区格式木制标尺特级√××√√×一级√××√√×二级√√×√√×三级√√√√√√1.4测点埋设测点布置与埋设

在拟定沉降观测点的布置方案时，通常是由设计部门提出要求有施工组织计划者提出布置方案，在施工期间进行埋设。一定密度、均匀分布在待观测建筑物外围，能反映建筑物整体沉降情形的位置。沉降观测点的距离一般为10～20m。沉降观测点布置的基本要求沉降点的布置和埋设点位选择：建筑的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每10-20米处或每隔2-3根柱基上；高底层建筑、新旧建筑、纵横墙等交界处的两侧；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；对于宽度大于等于15米或小于15米而地质复杂以及膨胀土地区的建筑，应在承重内隔墙中布设内墙点，并在室内地面中心及四周设地面点；沉降点的布置和埋设邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处；框架结构建筑的每个或部分柱基上或沿纵横轴线上；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；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；对于电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高楼等高耸建筑，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。◆沉降点埋设图：◆沉降点分布示意图：沉降观测点布置及沉降曲线图

用作观测建筑物高程变形的标志形式很多，常用的有以下五种形式：1．弯钩式墙上变形点焊接、浇铸在建筑物或构件的设计部位2．铆钉式地面变形点固定在地板或基础平面上4．钢结构上的变形点3．隐蔽式墙上变形点内凹在墙体的螺旋结构装置，平时用螺盖保护沉降观测点标志的结构和埋设

长江三峡水利水电枢纽

测量标志港口弯水库大坝全景数据通讯控制室全站仪监测站基准点观测点港口湾大坝全自动变形监测系统港口弯水库大坝观测点标志工作基点布置建筑物性质层次水准基点离观测建筑物的最近容许距离/m建筑物性质层次水准基点离观测建筑物的最近容许距离/m民用建筑6层以下≥40～30工业厂房单层厂房≥4010≥50单层厂房（有吊车者）≥5020≥6030≥70单层厂房（有震动基础）≥60观测等级确定沉降观测工作开始之前，应根据建筑地基基础设计的等级和要求、测量目的、任务要求以及测区条件进行施测方案设计，确定精度级别。一般情况下，可根据需要按变形观测点的高程中误差或相邻变形观测点的高差中误差，确定监测精度等级。一个测区的精度级别一旦确定，将决定测点布设、观测方法、使用的仪器设备等一系列要求。各等级建筑物沉降观测的精度指标和使用范围见下表。1.5测量等级高程基点的复测：为确保高程基准点的稳定可靠，高程基准点并应定期复测。复测周期应视基准点所在位置的稳定情况确定，在建筑施工过程中宜1到2个月复测一次，点位稳定以后宜每季度或每半年复测一次。当观测点测量成果出现异常，或当测区受到地震、洪水、爆破等外界因素影响时，应及时进行复测。1.6测量观测周期沉降观测的周期和观测时间应按下列要求并结合实际情况确定：（1）建筑施工阶段的观测应符合下列规定：a、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；b、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1-5层观测一次（具体按几天为周期实施，应参考沉降速度、地基情况、施工进度、设计要求等几个方面的因素），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；c、施工过程中若暂停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。停工期间可每隔2-3个月观测一次。（2）建筑使用阶段的观测次数，应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3-4次，第二年观测2-3次，第三年后每年观测1次，直至稳定为止。（3）在观测过程中，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2-3天一次的连续观测；（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100天的沉降速率小于0.01-0.04mm/d时，可以认为已进入稳定阶段。具体取值宜根据各地区地基土的压缩性能确定。沉降量：观测点的沉降量表达了建筑物的测点所在部位在竖直方向上的位移量。根据观测周期的不同，沉降量有本次沉降量和累计沉降量两种。该点的本次沉降量=本次观测的高程-上次观测的高程。累积沉降量=本次沉降量+上次累积沉降量。1.7测量成果沉降差:沉降差表述的是两个沉降观测点之间的沉降差异，反映了沉降的不均匀度。a、b两个点之间的沉降差异的计算公式如下：上述公式为一个通用形式，根据选取的两个点的沉降量的不同，可以计算得到本次沉降差和累计沉降差。沉降速率：沉降速率是一个时间段内的沉降数值与观测周期天数的比值，反映了建筑物每天的沉降量，作为沉降是否进入稳定阶段的重要判定指标。一般来说，作为判定指标时，采用各点的平均沉降量计算沉降速率。计算公式如下：式中d为观测周期的天数。一、测点布设情况：某建筑于2005年12月31日开始设点观测，至2009年2月10日止，已经观测了35期。该建筑为普通民用多层建筑，共7层，当前，该建筑已投入使用一段时间。为全面地反映该建筑各部位的沉降，共埋设了14个沉降观测点，点位分布如下图。1.7实例观测等级和观测方法：根据《建筑物变形测量规范》要求，采用沉降二级观测等级，控制网和首次沉降观测采用德国蔡司Ni007补偿式自动安平精密水准仪配0.5cm刻划的因钢标尺进行观测，观测方法为往返测。该类仪器属于DSZ1级，标称精度为：±0.7mm/Km(每公里高差观测偶然中误差)。其余各期沉降观测使用Ni007补偿式自动安平精密水准仪进行，观测方法为单程双测站方法。根据规范要求，野外观测过程中采用闭合水准路线，并从检测通过的工作基点开始观测。各种图表：各种图表：各种图表：某建筑物等沉降曲线图建筑物沉降分析时的“反例”：按正常思维理解，建筑物在加载过程中，随着上部荷载的不断增加，测点高程应为负值变化（即下沉）。但是，在对建筑物沉降观测资料的分析中，有时会出现沉降量为正（即上升）的现象。造成这种情况的原因有多种：1、当变形量非常小，接近水准测量误差时，观测误差可以引起小数值的正值变化；2、基准点不稳定，基准点下沉引起建筑物上沉降点上升现象；3、沉降观测点都设置在建筑物结构体上，且为了方便立尺，水平方向距离墙体有一段距离，施工过程中可能会碰撞观测点，带入干扰，造成测点上升；4、所监测建筑物由于周边更高大建筑的荷载增加，引起局部地层的受挤压而上升，带动地基上升，进而观测到正值变化。任务五建筑物变形监测5.5.3水平位移观测建筑物水平位移监测监测目的监测仪器测点埋设监测实施2.1监测目的通过监测建筑物的水平位移变化量值及其发展规律，以便及时调整施工参数，进行必要的加固，确保邻近建筑物的安全2.2监测仪器2.3测点埋设1、平面控制点设立方式可采用普通标桩，精度要求高时可采用监测墩。2、普通标桩普通标桩有永久性和临时性两种。标桩埋设不得浅于0.5m，冻土地区的标桩埋深不得浅于冻土线以下0.5m。标桩顶面以高于地表设计高程0.3m为宜。临时性标桩一般以木材为主，也可采用铁桩和金属管段等。3、监测墩监测墩上根据使用仪器和照准标志的类型可配备通用的强制对中设备，其对中误差不应超过0.1mm。照准标志应满足具有明显的几何中心或轴线、图像清晰、图案对称、不变形等要求。2.4监测实施2.4.1监测方法

◆水平位移测量技术主要有：

1．地面监测技术；

2．摄影测量方法；

3．空间测量技术；

4．专用测量方法。

◆本节主要概述:

地面监测技术和专用测量方法

1．交会法（角度交会、距离交会等）；

2．极坐标法；

3．自由设站法(后方交会法）；

4．边角网法；

5．基准线法(包括测小角法、准直法、引张线法等)视准线法

视准线法又称基准线法，视准线法是以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量变形观测点到基准线间的距离，确定偏离值的方法。

1.保证基准面稳定

(1)端点强制对中,对中误差<0.1mm(2)检核端点变化,并施加改正

视准线法进行水平位移观测的主要问题：

2.提高观测精度

(1)精密设计测量标志点的照准觇牌

(2)选择良好的观测时段,优化观测程序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测小角法

基本公式: