土木工程測量14變形測量

1、普通高等學(xué)校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材土木工程測量主編 王曉明 殷耀國目錄1 緒緒 論論2 水準測量水準測量3 角度測量角度測量4 距離測量距離測量5 坐標測量坐標測量6 地形圖基本知識地形圖基本知識7 地形圖測繪地形圖測繪目錄8 地形圖的應(yīng)用地形圖的應(yīng)用9 工程放樣的基本工工程放樣的基本工作作10 建筑工程測量建筑工程測量11 線路工程測量線路工程測量12 橋梁工程測量橋梁工程測量13 地下工程測量地下工程測量 14 變形測量變形測量目錄下頁上頁 14 變形測量目錄內(nèi)容提要能力要求本章主要內(nèi)容包括建筑物變形產(chǎn)生的原因，變形觀測的內(nèi)容和周期以及所需采用的觀測手段和精度要求等。本章的教學(xué)重點為

2、針對不同的觀測內(nèi)容，采取的不同觀測方法，教學(xué)難點為如何保證觀測結(jié)果的可靠性。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)理解建筑物變形觀測的基本概念，掌握相關(guān)觀測內(nèi)容的測量方法。從施工初期至施工結(jié)束，能夠制定比較完善的變形觀測方案。上頁下頁14.1 變形測量概述14.2 沉降觀測基本要求14.3 建筑沉降觀測內(nèi)容14.4 水平位移14.5 傾斜觀測14.6 撓度觀測14.7 裂縫觀測 習(xí)題與思考題目錄上頁下頁目錄14.114.1變形測量概述建筑物產(chǎn)生變形的原因 ：基礎(chǔ)的不均勻沉陷，或者由于設(shè)計不夠合理，施工質(zhì)量不達標等 。隨著施工的進展，上部荷載逐漸增加，建筑物地基承受的外力不斷增大，也必然會引起地基及其周圍地層的

3、變形，進而影響到自身建筑物與鄰近的建筑物而產(chǎn)生變形。變形測量：是對建筑的地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及其場地受各種作用力而產(chǎn)生的形狀或位置變化進行觀測，并對觀測結(jié)果進行處理和分析的工作。上頁下頁目錄強制性規(guī)定 ：下列建筑在施工和使用期間應(yīng)進行變形測量：（1）地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑（2）復(fù)合地基或軟弱地基上的設(shè)計等級為乙級的建筑（3）加層、擴建建筑（4）受鄰近深基坑開挖施工影響或受場地地下水等環(huán)境因素 變化影響的建筑（5）需要積累經(jīng)驗或進行設(shè)計反分析的建筑14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄當建筑變形觀測過程中發(fā)生下列情況之一時，必須立即報告委托方，同時應(yīng)及時增加觀測次數(shù)或調(diào)整變形測量方案：

4、（1）變形量或變形速率出現(xiàn)異常變化 （2）變形量達到或超出預(yù)警值 （3）周邊或開挖面出現(xiàn)塌陷、滑坡 （4）建筑本身、周邊建筑及地表出現(xiàn)異常 （5）由于地震、暴雨、凍融等自然災(zāi)害引起的其他 變形異常情況14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄變形觀測的內(nèi)容 ：包括沉降、傾斜、位移、撓曲、裂縫等變形觀測項目目的 ：1、監(jiān)視建筑物在施工過程中和竣工后，投入使用中的安全情況；2、驗證地質(zhì)勘察資料和設(shè)計數(shù)據(jù)的可靠程度；3、研究變形的原因和規(guī)律，以改進設(shè)計理論和施工方法。 14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄觀測標石： 包括變形測量基準點和工作基點變形測量基準點包括平面基準點和高程基準點。 當觀測點變

5、形測量成果出現(xiàn)異常，或當測區(qū)受到地震、洪水、爆破等外界因素影響時，應(yīng)對基準點及時進行復(fù)測，并對其穩(wěn)定性進行分析。觀測標石的設(shè)置 ：應(yīng)設(shè)置在變形區(qū)域以外位置穩(wěn)定、易于長期保存的地方并應(yīng)定期復(fù)測14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄變形測量觀測周期：以能系統(tǒng)地反映所測建筑變形的變化過程、且不遺漏其變化時刻為原則 建筑變形測量的首次(即零周期)觀測應(yīng)連續(xù)進行兩次獨立觀測，并取觀測結(jié)果的中數(shù)作為變形測量初始值不同周期觀測時，宜采用相同的觀測網(wǎng)形、觀測路線和觀測方法，并使用同一測量儀器和設(shè)備 14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄建筑變形測量的級別、精度指標及其適用范圍 變形測變形測量級別量級別沉降

6、觀測沉降觀測位移觀測位移觀測主要適用范圍主要適用范圍觀測點測站觀測點測站高差中誤差高差中誤差（mm）觀測點坐觀測點坐標中誤差標中誤差（mm）特級特級0.050.3特高精度要求的特種精密工程的變形測量特高精度要求的特種精密工程的變形測量一級一級0.151.0地基基礎(chǔ)設(shè)計為甲級的建筑的變形測量；重要的古建筑和特大型市政橋梁等變形地基基礎(chǔ)設(shè)計為甲級的建筑的變形測量；重要的古建筑和特大型市政橋梁等變形測量等測量等二級二級0.53.0地基基礎(chǔ)設(shè)計為甲、乙級的建筑的變形測量；場地滑坡測量；重要管線的變形測地基基礎(chǔ)設(shè)計為甲、乙級的建筑的變形測量；場地滑坡測量；重要管線的變形測量；地下工程施工及運營中變形測量

7、；大型市政橋梁變形測量等量；地下工程施工及運營中變形測量；大型市政橋梁變形測量等三級三級1.510.0地基基礎(chǔ)設(shè)計為乙、丙級的建筑的變形測量；地表、道路及一般管線的變形測量；地基基礎(chǔ)設(shè)計為乙、丙級的建筑的變形測量；地表、道路及一般管線的變形測量；中小型市政橋梁變形測量等中小型市政橋梁變形測量等14.114.1變形測量概述上頁下頁目錄14.214.2沉降觀測基本要求沉降觀測：通過對埋設(shè)在建筑物結(jié)構(gòu)體上的觀測點進行水準觀測，以測定其高程在一定時期內(nèi)的變化情況。 沉降觀測水準點分為：高程基準點、工作基點、沉降觀測點高程基準點：指的是穩(wěn)定可靠的點，其高程相對固定不變，是沉降觀測的基準 工作基點：可根據(jù)

8、需要設(shè)置，當基準點離所測建筑距離較遠致使變形測量作業(yè)不方便時，宜設(shè)置工作基點 沉降觀測點：是要求能直接反應(yīng)出建筑物的沉降情況的點 上頁下頁目錄高程基準點按下述要求布設(shè)： （1）應(yīng)選設(shè)在變形影響范圍以外且穩(wěn)定、易于長期保存的地方（2）在建筑區(qū)內(nèi)，其點位與鄰近建筑的距離應(yīng)大于建筑基礎(chǔ)最大寬度的2倍，其標石埋深應(yīng)大于鄰近建筑基礎(chǔ)的深度（3）高程基準點也可選擇在基礎(chǔ)深且穩(wěn)定的建筑上（4）特級沉降觀測的高程基準點數(shù)不應(yīng)少于4個；其他級別沉降觀測的高程 基準點數(shù)不應(yīng)少于3個14.214.2沉降觀測基本要求上頁下頁目錄14.314.3建筑沉降觀測內(nèi)容沉降觀測內(nèi)容：建筑場地沉降觀測：相鄰地基沉降觀測、場地地面

9、沉降觀測 建筑場地沉降觀測周期 ： （2）主體施工的相鄰地基沉降觀測和場地地面沉降觀測的周期可按照工程的相關(guān)規(guī)定確定 建筑場地沉降、基坑回彈、地基土分層沉降以及基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)沉降（1）基礎(chǔ)施工的相鄰地基沉降觀測，在基坑降水時和基坑土開挖過程中應(yīng)每天觀測一次?；炷恋装鍧餐?0d以后，可每23d觀測一次，直至地下室頂板完工和水位恢復(fù)。此后可每周觀測一次至回填土完工上頁下頁目錄14.3.214.3.2基坑回彈觀測基坑回彈：基坑開挖后，上部的地基土被卸載，改變了原土體的應(yīng)力平衡條件，使得地基土回彈隆起 基坑回彈監(jiān)測的基本過程：在待開挖的基坑中預(yù)先埋設(shè)回彈監(jiān)測標志，在基坑開挖前、后分別進行水準測量，測

10、出布設(shè)在基坑底面各測標的高差變化，從而得出回彈標志的變形量 上頁下頁目錄回彈觀測的作業(yè)方法 ：基坑回彈監(jiān)測通常采用幾何水準測量法 ，回彈觀測不應(yīng)少于3次，其中第一次應(yīng)在基坑開挖之前，第二次應(yīng)在基坑挖好之后，第三次應(yīng)在澆筑基礎(chǔ)混凝土之前 （1）開挖前測標高如圖，求出回彈標志點的高程，檢查無誤后，取出測錘，先回填50cm白灰，再拔出套管，填入沙土掩埋。最后用全站儀實測回彈標志點位，繪制成圖，以便開挖后尋找。14.3.214.3.2基坑回彈觀測上頁下頁目錄（2）開挖后測標高 基坑開挖距設(shè)計標高10.5m時，用全站儀放樣出回彈觀測點位，為避免機械開挖破壞點位，在一定范圍內(nèi)需人工開挖找出回彈觀測標志，并

11、加以保護。再測一至二次，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定時為好。則回彈量為=H前-H后。H前為開挖前回彈標志點的高程，H后為開挖后回彈標志點的高程。每點各次回彈量之和，即為該點的地基土總回彈量 觀測方法如圖所示：往返測一測回。在不影響施工的情況下14.3.214.3.2基坑回彈觀測上頁下頁目錄14.3.314.3.3地基土分層沉降觀測地基土分層沉降觀測 分層沉降觀測應(yīng)測定建筑地基內(nèi)部各分層土的沉降量、沉降速度以及有效壓縮層的厚度 分層沉降觀測應(yīng)從基坑開挖后基礎(chǔ)施工前開始，直至建筑竣工后沉降穩(wěn)定時為止 分層沉降觀測應(yīng)按周期用精密水準儀或自動分層沉降儀測出各標頂?shù)母叱?，計算出沉降量分層沉降觀測點應(yīng)在建筑地基中心附近2m

12、2m或各點間距不大于50cm的范圍內(nèi)，沿鉛垂線方向上的各層土內(nèi)布置。一方面是為了方便觀測和管理，另一方面制圖較為準確。 首次觀測至少應(yīng)在標志埋好5d后進行上頁下頁目錄14.3.414.3.4基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)沉降沉降觀測點的點位宜選設(shè)在下列位置：（1）建筑的四角、核心筒四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每1020m處或每隔23根柱基上（2）高低層建筑、新舊建筑、縱橫墻等交接處的兩側(cè)（3）建筑裂縫、后澆帶和沉降縫兩側(cè)、基礎(chǔ)埋深相差懸殊處、人工地基與天然地基接壤處、不同結(jié)構(gòu)的分界處及填挖方分界處（4）對于寬度大于等于15m或小于15m而地質(zhì)復(fù)雜以及膨脹土地區(qū)的建筑，應(yīng)在承重內(nèi)隔墻中部設(shè)內(nèi)墻點，并在室內(nèi)地面中心及四

13、周設(shè)地面點（5）鄰近堆置重物處、受振動有顯著影響的部位及基礎(chǔ)下的暗浜(溝)處（6）框架結(jié)構(gòu)建筑的每個或部分柱基上或沿縱橫軸線上（7）筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)底板或接近基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)部分之四角處及其中部位置（8）重型設(shè)備基礎(chǔ)和動力設(shè)備基礎(chǔ)的四角、基礎(chǔ)形式或埋深改變處以及地質(zhì)條件變化處兩側(cè)（9）對于電視塔、煙囪、水塔、油罐、煉油塔、高爐等高聳建筑，應(yīng)設(shè)在沿周邊與基礎(chǔ)軸線相交的對稱位置上，點數(shù)不少于4個上頁下頁目錄觀測周期 ：（1）建筑施工階段 普通建筑可在基礎(chǔ)完工后或地下室砌完后開始觀測，大型、高層建筑可在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測； 觀測次數(shù)與間隔時間應(yīng)視地基與加荷情況而定。民用高層建筑可每加高15

14、層觀測一次，工業(yè)建筑可按回填基坑、安裝柱子和屋架、砌筑墻體、設(shè)備安裝等不同施工階段分別進行觀測。若建筑施工均勻增高，應(yīng)至少在增加荷載的25、50、75和100時各測一次； 施工過程中若暫停工，在停工時及重新開工時應(yīng)各測一次。停工期間可每隔23個月觀測一次；14.3.414.3.4基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)沉降上頁下頁目錄（2）建筑使用階段 視地基土類型和沉降速率大小而定。除有特殊要求外，可在第一年觀測34次，第二年觀測23次，第三年后每年觀測1次，直至穩(wěn)定為止； （3）觀測過程中，若有基礎(chǔ)附近地面荷載突然增減、基礎(chǔ)四周大量積水、長時間連續(xù)降雨等情況，均應(yīng)及時增加觀測次數(shù)。當建筑突然發(fā)生大量沉降、不均勻沉降

15、或嚴重裂縫時，應(yīng)立即進行逐日或23d一次的連續(xù)觀測； （4）建筑沉降是否進入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時間關(guān)系曲線判定。當最后l00d的沉降速率小于0.010.04mm/d時可認為已進入穩(wěn)定階段 14.3.414.3.4基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)沉降上頁下頁目錄14.414.4水平位移水平位移觀測方法 ：測量特定方向的位移時，可使用視準線、激光準直、測邊角等方法 測量任意方向的位移時，可視觀測點的分布情況，采用前方交會或方向差交會及極坐標等方法 對于觀測內(nèi)容較多的大測區(qū)或觀測點遠離穩(wěn)定地區(qū)的測區(qū)，宜采用測角、測邊、邊角及GPS與視準線法相結(jié)合的綜合測量方法 上頁下頁目錄視準線法 ：視準線法的原理是通過建筑物軸

16、線或平行于建筑物軸線的固定不動的鉛直平面為基準面，根據(jù)它來測定建筑物的水平位移 主要包括小角法和活動覘牌法 （1）小角法小角法的基本原理是通過測定基準線方向與觀測點的視線方向之間的微小角度從而計算觀測點相對于基準線的偏離值，根據(jù)偏離值在各觀測周期中的變化確定位移量 采用小角法進行視準線測量時，視準線應(yīng)按平行于待測建筑邊線布置，觀測點偏離視準線的偏角不應(yīng)超過30。目的在于觀測時，固定儀器照準部于基準線方向，而只旋進經(jīng)緯儀的微動螺旋就可照準觀測目標點讀數(shù)，這樣可以有效提高測角精度 14.414.4水平位移上頁下頁目錄如圖所示，A、B為基準點 觀測點偏移視準線的距離： Dd距離越短，對中誤差對角度觀

17、測的影響越大，因此，在小角法進行位移觀測時，對于精度要求高的監(jiān)測項目，應(yīng)使用強制對中裝置 14.414.4水平位移上頁下頁目錄（2）活動覘牌法 將經(jīng)緯儀安置在基準線端點A上，端點B安置固定覘牌 用經(jīng)緯儀瞄準B點的固定覘牌，將視線固定 把活動覘牌安置于觀測點P上，移動活動覘牌使照準標志與經(jīng)緯儀的十字絲重合，在分劃尺與游標尺上讀數(shù)。然后移動覘牌從相反方向再重新對準視線十字絲中心并讀數(shù) 一個測回進行上述觀測4次，每測回開始和結(jié)束都要重新瞄準B點，檢查儀器及目標有無變動。以上為往測，然后將儀器遷到B點，固定覘牌放到A點，同法測量。最后，往返測取平均。活動覘牌法的主要誤差影響因素為瞄準誤差，觀測點偏離視

18、準線的距離不應(yīng)超過活動覘牌讀數(shù)尺的讀數(shù)范圍 視準線法測定的水平位移方向都是基準線的垂直方向 14.414.4水平位移上頁下頁目錄基坑壁側(cè)向位移監(jiān)測 基坑壁側(cè)向位移觀測可根據(jù)現(xiàn)場條件使用視準線法、測小角法、前方交會法或極坐標法，并宜同時使用測斜儀或鋼筋計、軸力計等進行觀測 基坑壁側(cè)向位移觀測點應(yīng)沿基坑周邊樁墻頂每隔1015m布設(shè)一點 側(cè)向位移觀測點宜布置在冠梁上，可采用鉚釘槍射人鋁釘，亦可鉆孔埋設(shè)膨脹螺栓或用環(huán)氧樹脂膠粘標志 測站點宜布置在基坑圍護結(jié)構(gòu)的直角上 基坑開挖期間應(yīng)23d觀測一次，位移速率或位移量大時應(yīng)每天12次 當基坑壁的位移速率或位移量迅速增大或出現(xiàn)其他異常時，應(yīng)增加觀測次數(shù)觀測周

19、期 點位埋設(shè)14.414.4水平位移上頁下頁目錄14.514.5傾斜觀測傾斜觀測:是指對建筑物、構(gòu)筑物中心線或其墻、柱等，在不同高度的點相對于底部基準點的偏離值所進行的測量。建構(gòu)筑物主體的傾斜率:包括建筑物基礎(chǔ)傾斜觀測、建筑物主體傾斜觀測 HDtgi上頁下頁目錄測定建筑物傾斜的方法有兩類：一類是直接測定建筑物的傾斜，包括：經(jīng)緯儀投影法、測水平角法、測角前方交會法、垂準線法。另一類是通過測量建筑物基礎(chǔ)相對沉降的方法來確定建筑物的傾斜，包括：常規(guī)水準測量、液體靜力水準測量、傾斜儀等 14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄經(jīng)緯儀投影法 （1）常規(guī)建筑 步驟如下： 經(jīng)緯儀距建筑物高度1.5倍以上遠，照準

20、點M，盤左盤右分中投點法，定出點N。若N與N1、Q與Q1不重合，說明建筑物發(fā)生了傾斜。分別量出偏移值x、y，然后矢量相加，計算出總偏移值D，即： 同法，在與X垂直的Y墻面上定出點P和點Q。M、N和P、Q即為所設(shè)觀測標志。 間隔一段時間后，在原固定測站點上，再次分別瞄準觀測點M和P，用盤左、盤右分中投點法，得到N1和Q1。22Dxy根據(jù)總偏移值D和建筑物總高度H，即可計算其傾斜度 14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄（2）圓形高聳建筑是在互相垂直的兩個方向上，測定其頂部中心對底部中心的偏移值 在兩個相互垂直的方向上安置經(jīng)緯儀，距離為建筑物高度的1.5倍。 在圓形建筑物的底橫放兩根相互垂直標尺，在

21、標尺中垂線方向上，安置經(jīng)緯儀，分別照準建筑物的頂部、底部邊緣，向下投影。 用望遠鏡將建筑頂部邊緣兩點B2、B4及底部邊緣兩點A2、A4分別投到標尺上，得讀數(shù)為yB2、yB4及yA2、yA4。 則頂部中心O對底部中心O在y方向上的偏移值y為：242422BBAAyyyyy 14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄 用同樣的方法，可測得在x方向上，頂部中心0的偏移值x為：242422BBAAxxxxx 矢量相加后，計算出頂部中心0相對底部中心0的總偏移量22exy根據(jù)總偏移值e和圓形建筑的高度H，即可計算出其傾斜度i Hetgi14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄測水平角法 （1）在擬測建筑物的縱橫兩

22、軸線方向上距建筑物1.52倍建筑物高遠處選定兩個點M、N作為測站。在煙囪橫軸線上布設(shè)觀測標志A、B、C、D點，在縱軸線上布設(shè)觀測標志E、F、G、H點，并選定遠方通視良好的固定點M1、N1作為零方向。O為頂部中心、O為底部中心。14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄（2）觀測時，先在N點設(shè)站，以N1為零方向，以H、G、F、E為觀測方向，用經(jīng)緯儀按方向觀測法觀測兩個測回，得方向值分別為a1、a2、a3、a4，則上部上心O的方向值為（a2+ a3）/2，則O、O與測站點N的水平夾角ONO=1=（a1+ a4）/2-（a2+ a3）/2，若已知N至煙囪底座中心水平距離為L1，則在縱軸線方向的傾斜位移量111L（3）同理，在M點設(shè)站，以M1為零方向，測出A、B、C、D各點方向值 、 、 、 可得縱軸線方向的傾斜位移量222L則總的傾斜偏移值為 2212ABCD14.514.5傾斜觀測上頁下頁目錄垂準線法 利用垂準儀發(fā)射的鉛直激光束，在基準點上向上投射，從而確定偏移值 高層建筑物樓板上，通常預(yù)留有垂準孔。將垂準儀安置在底層