建筑物监测课程

第15章建(构)筑物变形观测与动态位移监测建筑物随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂痕等景象。这些景象统称为变形。

变形的缘由:建筑物在工程建立和运用过程中，由于根底的地质构造不均匀，土壤的物理性质不同，土基的塑性变形，地下水位的变化，大气温度的变化，建筑物荷身的荷重及动荷载(如风力、震动等)的作用等．变形按时间长短分为：长周期变形(建筑物自重引起的沉降和变形)、短周期变形(温度变化所引起的变形)和瞬时变形(风振引屈的变形)。变形按其类型可分为：静态变形和动态变形。15.1变形观测概述建筑物变形监测的主要目的包括以下几个方面：

①、分析估计建筑物的平安程度，以便及时采取措施，设法保证建筑物的平安运转.②、利用长期的观测资料验证设计参数.③、反响工程的施工质量.④、研讨建筑物变形的根本规律变形观测方法第一类：常规大地丈量方法，包括几何水准丈量丈量、三角高程丈量、三角(边)丈量、导线丈量、交会法等。第二类：摄影丈量方法，包括近景摄影丈量。

第三类：专门丈量方法．或称物理仪器法．包括各种准直丈量(激光准直系统具有代表性)、倾斜仪观测、流体静力水淮丈量系纹及应变计丈量等第四类：空间丈量技术．包括甚长基线干涉丈量、卫星激光测距、全球定位系统(GPS)等。空间丈量技术先进，可以提供大量的变形信息，是研讨地壳形变及地友下沉等全球性变形的主要手段。第五类：自动化观测的方法。坐标仪、液态仪等。建筑物变形观测的本质是：定期地对建筑物的有关几何量进展丈量，并从中整理、分析出变形规律。其根本原理是：在建筑物上选择一定数量的有代表性的点，经过对这些点的反复观测来求出几何量的变化。变形观测的丈量点可分为：基难点、任务点和观测点三类。变形监测点的分类:(1)基准点基准点为变形观测系统的根本控制点，是测定任务点和变形点的根据。基准点通常埋设在稳定的基岩上或变形区域以外，尽能够长期保管，稳定不动。每个工程普通应建立3个基准点.(程度位移监测基准点标志)垂直位移监测基准点标志2、任务点任务点又称任务基点，它是基准点与变形观测点之间起联络作用的点。任务埋设在被研讨对象附近，要求在观测期间坚持点位稳定。3、观测点变形观测点是直接埋设在变形体上的能反映建筑物变形特征的丈量点，又称观测点，普通地设在建筑物内部。并根据测定它们的变化来判别这些建筑物的沉陷与位移。观测点的埋设：观测点的安放位置建筑物监测内容：1、工业及民用建筑物对于工业与民用建筑物。主要进展沉陷、倾斜和裂痕的观测，即静态变形观测；对于高层建筑物。还耍进展震动观测，即动态变形观测；对于大量抽取地下水及进展地下采矿的地域。那么应进展地表沉降观测。

主要监测工程如下：〔1〕根底沉降：单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、倾斜、弯曲、沉降速率。〔2〕程度位移：单点程度位移、位移速率、挠度。〔2〕滑坡监测。〔3〕裂痕监测。〔4〕内部监测：应力／应变监测、温度监测、地下水位监测。2、水工建筑物对于大型水工建筑物，例如混凝土坝，由于水的侧压力、外界温度变化、坝体自重等要素的影响，坝体将产生沉降、程度位移、倾斜、挠曲等变化，因此需求进展相应内容的变形观测。对于某些重要建筑物，除了进展必要的变形监测外，还需求对其内部的应变、应力、温度、掺压等工程进展观测，以便综合了解建筑物的任务性态。

主要监测工程如下：〔1〕现场巡视〔2〕外部监测：沉降、程度位移、倾斜、挠度、裂痕、滑坡等。〔3〕内部监测：温度、应力／应变、渗压、渗流量、水力学观测、水文观测、泥沙。〔4〕环境监测：水位、气温、降雨量、风、地震、地下渗流场。3、大型桥梁工程〔1〕桥梁墩台变形观测桥梁墩台的变形观测主要包括两方面：各墩台的垂直位移观测：主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线方向(或垂直于桥轴线方向)的倾斜观测；各墩台的程度位移观测：其中各墩台在上、下游的程度位移观测称为横向位移观测，各墩台沿桥轴线方向的程度位移观测称为纵向位移观测。两者中，以横向位移观测更为重要。

〔2〕塔柱变形观测塔柱变形观测主要包括：塔柱顶部程度位移监测、塔柱整体倾斜观测、塔柱周日变形观测、塔柱体挠度观测、塔柱体伸缩量观测。〔3〕桥面挠度观测桥面挠度是指桥面沿轴线的垂直位移情况。桥面在外界荷载的作用下将发生变形，使桥梁的实践线形与设计线形产生差别，从而影响桥梁的内部应力形状。〔4〕桥面程度位移观测桥面程度位移主要是指垂直于桥轴线方向的程度位移。桥梁程度位移主要由根底的位移、倾斜以及外界荷载(风．日照、车辆等)等引起，对于大途径的斜拉桥和悬索桥，风荷载可使桥面产生大幅度的摆动，这对桥梁的平安运营非常不利。桥梁工程的主要监测工程如下：〔1〕塔柱变形：根底沉降、倾斜、周日变形、紧缩、膨胀。〔2〕构造应力／应变监测。〔3〕构造温度监测。〔4〕桥面线形监测。〔5〕构造震动监测。〔6〕索力监测。〔7〕环境监测(风、气温、地震、车流量、流速等〕。〔8〕河床变化监测。变形监测的精度,不同目的的变形监测精度要求不同5、变形观测的周期变形观测的时间间隔称为观测周期，即在一定的时间内完成一个周期的丈量任务。观测周期与工程的大小、测点所在位置的重要性、观测目的以及观测一次所需时间的长短有关。确定变形观测的周期原那么:应以能系统反映所测变形的变化过程且不脱漏其变化时辰为原那么。

普通可按荷载的变化或变形的速度来确定。在工程建筑物建成初期，变形速度较快，观测周期应多一些，随着建筑物趋向稳定，可以减少观测次数，但仍应坚持长期观测，以便能发现异常变化。对于周期件的变形，在一个变形周期内至少应观测两次。〔以大坝为例的观测周期如下，其它工程以规范为准〕15.2变形监测系统设计一、变形监测系统设计的原那么与内容1设计原那么1〕针对性；2〕完好性；3〕先进性；4〕可靠性；5〕经济性2、设计的主要内容15.3程度位移监测1.建筑物的程度位移是指:建筑物的整体平面挪动，其缘由主要是根底遭到程度应力的影响,如地基处于滑坡地带或受地震的影响。测定平面位置随时间变化的挪动量，以监视建筑物的平安或采取加固措施。***其表现方式为在不同时期平面坐标或间隔的变化。建筑物程度位移观测是测定建筑物在平面位置上随时间变化的挪动量***

程度位移观测的方法常规的有:地面控制丈量方法，如导线丈量、前方交会法等；也有各公用方法，如基准线法，正、倒垂线法等。对于各种不同的方法，其测点与任务基点及其标志布设都有专门的要求。通常以丈量规范为准.测角前方交会在变形点上不便于架设仪器时，多采用这种方法。如图15—4所示，A、B为平面基准点，p为变形点，由于A、B的坐标为知，在观测了程度角α、β后，即可依下式求算p点的坐标。——测角中误差；D——两知点间的间隔；——206265″。采用这种方法时，交会角宜在60°至120°之间，以保证交会精度。后方交会假设变形点上可以架设仪器，且与三个平面基准点通视时，可采用这种方法。如图15－5所示，A、B、C为平面基准点，p为变形点，当观测了程度角α、β后，即可依公式15—3计算p点坐标。采用这种方法时，需留意p点不能与A、B、C在同一圆周上，否那么无定解。极坐标法在光电测距仪出现以后，这种方法用得比较广泛，只需在变形点上可以安顿反光镜，且与基准点通视即可。如图15—6所示，A、B为基准点，其坐标知，p为变形点，当测出α及d以后，即可据以求出p点的坐标，由于计算方法简单，不再进展阐明。点位中误差的估算公式为：导线法当相邻的变形点间可以通视，且在变形点上可以安顿仪器进展测角、测距时，可采用这种方法。经过各次观测所得的坐标值进展比较，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程度位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的程度位移观测。4．引张线法引张线法是利用一根在两端拉紧的钢丝(或高强度的尼龙丝)所建立的基准面来测定偏移值的方法。由于钢丝被固定在两端的任务基点上，观测点在不同时间相对于钢丝的偏移值之差即是该观测点在垂直于轴线方向上的程度位移量。15.4垂直位移监测建筑物的沉降是指:建筑物及其根底在垂直方向上的变形(也称垂直位移)。***沉降观测就是测定建筑物上所设观测点(沉降点)与基准点(水准点)之间随时间变化的高差变化量。***通常采用

进展垂直位移观测时，首先校测任务基点的高程，然后再由任务基点测定各位移标点的高程。将初次测得的位移标点高程与本次测得的高程相比较，其差值即为两次观测时间间隔内位移标点的垂直位移量。按规定垂直位移向下为正，向上为负。观测计算:垂直位移常用的观测方法有：(1)几何水准丈量法。利用水准仪和水准尺从水准基点开场丈量各点位高程的方法，经过各点位高程变化求得其垂直位移。(2)三角高程丈量法。利用三角高程丈量原理测定监测点的高程，从而断定该点的变形情况，该法适用于高差较大的场所。(3)液体静力水准法。利用连通管原理丈量各点位容器内液面高差以测定各点垂直位移的观测方法，适用于混凝土大坝根底廊道和土石坝外表垂直位移观测。(4)GPS观测法。利用GPS可以丈量出各监测点的三维坐标，从而也可丈量监测点的垂直位移。1、几何水准丈量法

水准丈量作业应按照国家规范的详细要求严厉执行。仪器校验；应按照规范要求的观测程序和限差要求进展观测和检验。

在水难丈量作业过程中，还应留意以下几个问题：〔1〕三等以上水准丈量应往返观测，其观测顺序为：往测；奇数站，后一前一前一后；偶数站，前一后一后—前。返测：奇数站，前一后一后一前；偶数站，后一前一前一后。〔2〕三等水准假设为附合线路可以采用单程丈量，支线必需进展往返观测。〔3〕自动安平水准仪作业时，水准器应严厉校正，并经常检查其性能。〔4〕由往测转向返测时，两水准尺必需位置互换并重新整平仪器。〔5〕每测段的往返测的测站数均应为偶数。〔6〕应选气候条件良好的形状下进展水准丈量。

水准丈量精度2、三角高程丈量15.5挠度与裂痕观测1、挠度观测挠度观测是：测定建筑物受力后挠曲程度。观测方法是测定建筑物在铅垂面内各不同高程点相对于底部的程度位移值。丈量方法：A、对高层建筑物，通常采用前方交会法测定。

B、对内部有竖直通道的建筑物，挠度观测多采用垂线观测，即从建筑物顶部附近悬挂一根不锈钢丝，下挂重锤，直到建筑物底部。在建筑物不同高程上设置观测点，以坐标仪定期测出各点相对于垂线最低点的位移，比较不同周期的观测成果，即可求得建筑物的挠度值。

C、假设采用电子传感设备，可将观测点相对于垂线的微小位移变换成电感输出，经放大后出电桥测定并显示各点的挠度值。2、裂痕观测对建筑物产