第十一章變形觀測

1、第十一章 工程建筑物的變形觀測第一節(jié) 概述建筑物在施工過程中，隨著建筑物的基礎(chǔ)和地基所承受的荷載不斷增加，引起基礎(chǔ)及四周地層的變形，而建筑物本身在自重和各種外力的共同作用下，也要發(fā)生變形，這種變形在建筑物建成后的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)存在著。如果變形在一定范圍內(nèi)，可視為正常現(xiàn)象，但如果超過某一限度就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重的還會(huì)危及建筑物的安全。為了建筑物的安全使用，在建筑物施工和運(yùn)行管理期間需要進(jìn)行變形觀測。通過對(duì)建筑物變形觀測所取得的數(shù)據(jù)，用來分析和監(jiān)視建筑物變形情況，若發(fā)現(xiàn)有變形異常情況時(shí)，可以及時(shí)分析原因，采取必要的措施，確保工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)，同時(shí)也為今后建筑物結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)合理的設(shè)計(jì)積

2、累資料。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技水平的不斷提高，土建工程的建設(shè)也駛上了快車道。在各類工程層出不窮、高層建筑鱗次櫛比、建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、工程規(guī)模愈來愈大的當(dāng)今時(shí)代，對(duì)建筑物進(jìn)行變形觀測有著更現(xiàn)實(shí)的意義。同時(shí)，人類在認(rèn)識(shí)、控制變形和預(yù)防災(zāi)害方面，有其成功的經(jīng)驗(yàn)，也不乏有慘痛的教訓(xùn)，因此，工程建筑物的變形觀測應(yīng)受到各界的高度重視。工程建筑物變形觀測主要包括：沉降觀測，水平位移觀測，傾斜觀測，裂縫觀測等。工程建筑物的變形觀測與其它測量工作相比較其主要特點(diǎn)是：測量精度要求高，觀測方法設(shè)計(jì)精密、嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)據(jù)處理嚴(yán)密。第二節(jié) 沉降觀測工程建筑物的沉降觀測又稱建筑物垂直位移觀測，主要是測定基礎(chǔ)和建筑物本身在垂直

3、方向的位移。沉降觀測主要用水準(zhǔn)測量的方法定期測定建筑物上的觀測點(diǎn)，根據(jù)多次測得觀測點(diǎn)的高程，來確定建筑物的下沉量及下沉觀律。一、水準(zhǔn)基點(diǎn)的布設(shè)建筑物的沉降觀測是根據(jù)埋設(shè)在建筑物附近的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行的，所以這些水準(zhǔn)基點(diǎn)必須堅(jiān)固穩(wěn)定。水準(zhǔn)基點(diǎn)的構(gòu)造及埋設(shè)與永久性水準(zhǔn)點(diǎn)要求一樣。為了檢查水準(zhǔn)基點(diǎn)本身的高程有否變動(dòng)，水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)布設(shè)成其個(gè)數(shù)不少于3個(gè)的閉合環(huán)、結(jié)點(diǎn)或附和水準(zhǔn)路線，以便對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)定期進(jìn)行高程檢測。在布設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：1、水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)選在建筑物沉降影響范圍之外，同時(shí)不受其它震動(dòng)影響的安全地點(diǎn)；2、為了保證觀測精度，水準(zhǔn)基點(diǎn)離建筑物不宜太遠(yuǎn)，以不設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)即不超過100為宜；3、為確保水準(zhǔn)基

4、點(diǎn)的穩(wěn)定性，水準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)應(yīng)在冰凍線以下0.5。二、觀測點(diǎn)的布設(shè)為了測定建筑物的沉降，觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在最能反映建筑物沉降位置的永久性標(biāo)志。觀測點(diǎn)布設(shè)的數(shù)量及位置視建筑物的形式、大小、結(jié)構(gòu)、荷載及地質(zhì)條件而定。一般民用建筑物沿房屋四周每隔1020設(shè)一點(diǎn)，在四角點(diǎn)、中點(diǎn)和較大的轉(zhuǎn)角處設(shè)置觀測點(diǎn)，新、舊建筑物的連接處，沉降縫處的兩側(cè)應(yīng)設(shè)觀測點(diǎn)。在基礎(chǔ)型式改變處，地質(zhì)條件改變處設(shè)置觀測點(diǎn)。當(dāng)建筑物寬度大于15時(shí)，還應(yīng)在房屋內(nèi)部，縱軸線和樓梯間布置觀測點(diǎn)。工業(yè)建筑物除按上述要求布設(shè)觀測點(diǎn)外，還應(yīng)在柱子基礎(chǔ)上，主要設(shè)備基礎(chǔ)的四周，動(dòng)荷載四周等處設(shè)置觀測點(diǎn)。高大圓形的煙囪、水塔、高爐等構(gòu)筑物，則應(yīng)在基礎(chǔ)的對(duì)稱軸

5、線上設(shè)置觀測點(diǎn)。橋梁在橋墩頂，隧道在洞內(nèi)外以及洞頂?shù)乇砺裨O(shè)觀測點(diǎn)。總之，沉降觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在最能代表沉降特征的地點(diǎn)。觀測點(diǎn)與建筑物的聯(lián)結(jié)要穩(wěn)固牢靠，使觀測點(diǎn)的變化真正反映建筑物的變化。3080（）（）（）401005060100100保護(hù)蓋20鉚釘圖11-1 觀測點(diǎn)的類型 （單位：）觀測點(diǎn)的構(gòu)造及設(shè)置可根據(jù)工程的類型及施工條件確定，一般民用建筑物的觀測點(diǎn)大都埋設(shè)在外墻勒腳處。用120的角鋼，一端焊一鉚釘頭，另一端埋入墻里，圖11-1（），還可用直徑20的鋼筋，一端彎成90º角， 另一端制成燕尾形埋入墻內(nèi)，圖11-1（），設(shè)備基礎(chǔ)觀測點(diǎn)一般用鉚釘（20直徑），灌注混凝土固定之，埋深要在6

6、0以上，再加上保護(hù)蓋 圖11-1（）。三、觀測時(shí)間及觀測方法1、觀測時(shí)間觀測點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)穩(wěn)固后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行第一次觀測，施工中每當(dāng)增加較大荷載前后（如澆筑基礎(chǔ)、安裝柱子與屋架、設(shè)備安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)、墻體每升高一層、煙囪每增加15左右等）均需進(jìn)行沉降觀測。如遇基礎(chǔ)附近地面荷載突然增加，周圍大量挖土，雨后大量積水時(shí)也應(yīng)進(jìn)行觀測。若施工期間中途較長時(shí)間停工，在停工和復(fù)工前應(yīng)進(jìn)行觀測。建筑物竣工后，其沉降的速度由快逐漸變慢，最后趨于穩(wěn)定，其觀測的時(shí)間間隔也由短變長。一般觀測期由單位時(shí)間內(nèi)沉降量的大小決定，可參照表11-1。2、觀測方法及精度沉降觀測的水準(zhǔn)路線應(yīng)形成閉合路線或附何路線。對(duì)于大型或高層框架結(jié)構(gòu)建合路

7、線。對(duì)于大型或高層框架結(jié)構(gòu)建筑物、大型工業(yè)廠房、連續(xù)生產(chǎn)的設(shè)備基礎(chǔ)、 沉降觀測周期表 表11-1月均沉降量（mm）施測周期15以上1020天10152030天51012月3525月136個(gè)月1年長大橋梁和隧道等，應(yīng)采用二等水準(zhǔn)測量。應(yīng)使用或級(jí)精密水準(zhǔn)儀以及與之配套的水準(zhǔn)尺。測量時(shí)，應(yīng)進(jìn)行往返觀測，其較差不應(yīng)超過±0.6之配套的水準(zhǔn)尺。測量時(shí)，應(yīng)進(jìn)行往返觀測，其較差不應(yīng)超過±0.6（)(式中n為測站數(shù)) ，兩次同一后視點(diǎn)讀數(shù)之差不得超過±1。對(duì)于中、小型建筑物，應(yīng)采用三等水準(zhǔn)測量，用或級(jí)水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測。往返測高差較差不超過±1.4（)，兩次同一后視點(diǎn)讀數(shù)之

8、差不得超過±2。沉降觀測前，應(yīng)根據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)的布置情況及施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，把測量時(shí)儀器安置位置、轉(zhuǎn)點(diǎn)位置、觀測點(diǎn)的編號(hào)以及觀測路線等確定下來，且每次觀測都按此路線。觀測時(shí)，要求前后視距離盡量相等，其距離可用皮尺丈量，亦可用視距測量，視距一般不超過50。觀測應(yīng)在成像清晰穩(wěn)定的條件下進(jìn)行，前后視最好用同一根水準(zhǔn)尺。觀測應(yīng)使用同一臺(tái)儀器和社備，并固定觀測人員。四、沉降觀測的數(shù)據(jù)處理每次沉降觀測之后，應(yīng)及時(shí)檢查手簿各項(xiàng)紀(jì)錄，計(jì)算是否正確，精度是否符合要求，對(duì)超限的觀測點(diǎn)應(yīng)重新觀測，對(duì)個(gè)別不合理和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)要?jiǎng)h除。根據(jù)觀測結(jié)果進(jìn)行閉合差調(diào)整，計(jì)算出各觀測點(diǎn)的高程。由本次所測高程與上次所測

9、高程之差，計(jì)算本次沉降量及累計(jì)沉降量，并將日期、荷載情況填入觀測記錄表11-2中。為了更直觀地表示建筑物沉降量、荷載、時(shí)間之間的關(guān)系，還應(yīng)根據(jù)觀測成果畫出每一觀測點(diǎn)的時(shí)間與沉降量及時(shí)間與荷載的關(guān)系曲線，如圖11-2。第三節(jié) 水平位移觀測測定建筑物在水平方向位置移動(dòng)的工作稱為水平位移觀測。其觀測方法視現(xiàn)場情況和要求而定。 沉 降 觀 測 記 錄 表 表11-2日期 (年月日)荷載觀 測 點(diǎn)1 2 3 4 5 6 高程(m)本次下沉(mm) 累計(jì)下沉(mm)高程(m)本次下沉(mm)累計(jì)下沉(mm)高程(m)本次下沉(mm)累計(jì)下沉(mm)高程(m)本次下沉(mm)累計(jì)下沉(mm)高程(m)本次下

10、沉(mm)累計(jì)下沉(mm)高程(m)本次下沉(mm)累計(jì)下沉(mm)2002.4.2045.0 50.157±0±050.154±0±050.155±0±050.155±0±050.156±0±050.154±0±05.555.0 50.155 -2 -2 50.153 -1 -1 50.153 -2 -2 50.154 -1 -1 #-1 -1 50.152 -2-25.20 70.0 50.152 -3 -5 50.150 -3 -4 50.151 -2 -4 50.15

11、3 -1 -2 #-4 -5 50.148 -4-66.595.0 50.148 -4 -9 50.148 -2 -6 50.147 -4 -8 50.150 -3 -5 #-3 -8 50.146 -2-86.20 105.0 50.145 -3 -12 50.146 -2 -8 50.143 -4 -12 50.148 -2 -7 #-2 -10 50.144 -2-107.20 105.0 50.143 -2 -14 50.145 -1 -9 50.141 -2 -14 50.147 -1 -8 #-1 -11 50.142 -2-128.20 105.0 50.142 -1 -15 5

12、0.144 -1 -10 50.140 -1 -15 50.145 -2 -10 #-1 -12 50.140 -2-149.20 105.0 50.140 -2 -17 50.142 -2 -12 50.138 -2 -17 50.143 -2 -12 #-2 -14 50.139 -1-1510.20 105.0 50.139 -1 -18 50.140 -2 -14 50.137 -1 -18 50.142 -1 -13 #-2 -16 50.137 -2-172003.1.20105.0 50.137 -2 -20 50.139 -1 -15 50.137 ±0-18 50.

13、142 ±0-13 #-1 -17 50.136 -1-184.20 105.0 50.136 -1 -21 50.139 ±0-15 50.136 -1 -19 50.141 -1 -14 #-1 -18 50.136 ±0-187.20 105.0 50.135 -1 -22 50.138 -1 -16 50.135 -1 -20 50.140 -1 .-15#-1 -19 50.136 ±0-1810.20 105.0 50.135 ±0-22 50.138 ±0-16 50.134 -1 -21 50.140 ±0-

14、15 #-1 -20 50.136 ±0-182004.1.20105.0 50.135 ±0-22 50.138 ±0-16 50.134 ±0-21 50.140 ±0-15 #±0-20 50.136 ±0-18荷載（）圖11-2 時(shí)間與沉降量及時(shí)間與荷載的關(guān)系曲線時(shí)間（）沉降量（）一、基準(zhǔn)線法測定水平位移基準(zhǔn)線法的原理是以通過建筑物軸線（例如大壩軸線、直線橋軸線等）或平行于建筑物軸線固定不變的鉛垂面為基準(zhǔn)面，由此來測定建筑物的水平位移。12345圖11-3 壩頂基準(zhǔn)線布設(shè)圖113為某混凝土大壩壩頂基準(zhǔn)線示意圖。、分別

15、為位于大壩兩端所選定的基準(zhǔn)線端點(diǎn)，1、2、3、4、5為水平位移的觀測點(diǎn)經(jīng)緯儀安置于一端基準(zhǔn)點(diǎn)A上，照準(zhǔn)安置于另一端基準(zhǔn)點(diǎn)B上的覘牌，則通過儀器中心的鉛錘線與覘牌中心的鉛垂面即形成基準(zhǔn)線法中的基準(zhǔn)面。通過觀測，量取各觀測點(diǎn)相對(duì)于該點(diǎn)基準(zhǔn)面的水平距離，并與首次觀測面結(jié)果比較，即可求得各觀測點(diǎn)所在壩段的位移量。基準(zhǔn)線法根據(jù)使用的工具和觀測方法可分為測小角法和活動(dòng)覘牌法。測小角法是用精密經(jīng)緯儀精確地測出基準(zhǔn)線方向與置鏡點(diǎn)到觀測點(diǎn)視線方向之間所夾的小角，然后計(jì)算出觀測點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)線的偏離值?；顒?dòng)覘牌法則是利用活動(dòng)覘牌上的標(biāo)尺，直接測定其偏離值。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以激光來替代經(jīng)緯儀視線的“激光經(jīng)緯儀準(zhǔn)直

16、”和利用光干涉原理的“波帶板激光準(zhǔn)直”已在實(shí)踐中應(yīng)用。二、導(dǎo)線法測定建筑物的水平位移對(duì)于直線型建筑物的位移觀測，應(yīng)用基準(zhǔn)線法具有觀測速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于非直線型建筑物，如重力拱壩，曲線橋梁以及一些高層建筑物的位移觀測，采用導(dǎo)線法則更為適宜，此法可以同時(shí)測定建筑物上某觀測點(diǎn)在同一水平面內(nèi)兩個(gè)方向上的位移。對(duì)于變形觀測的導(dǎo)線，是兩端不觀測定向角的導(dǎo)線，可在建筑物的適當(dāng)位置與高度上布設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)。其邊長應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況確定，但盡量選用長邊。導(dǎo)線的角度測量可以利用激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，配合特制的轉(zhuǎn)角棱鏡進(jìn)行間接測量。導(dǎo)線的邊長可采用測微銦瓦鋼尺丈量。導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算后，以第一次觀測計(jì)算的各點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)

17、值，以后各次的測算結(jié)果與之比較，即可求得各觀測點(diǎn)在兩個(gè)方向上的位移量。第四節(jié) 建筑物的傾斜觀測建筑物（或構(gòu)筑物）的不均勻下沉，會(huì)使建筑物產(chǎn)生傾斜，嚴(yán)重的不均勻下沉?xí)菇ㄖ锇l(fā)生裂縫，甚至破壞，影響建筑物的正常使用。對(duì)于高層建筑和圓形建筑更應(yīng)及時(shí)進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)問題立即采取補(bǔ)救措施，以確保建筑物的安全與穩(wěn)定。一、一般建筑物的傾斜觀測圖11-4房屋傾斜觀測對(duì)于一般建筑物的傾斜觀測，主要是測定建筑物的上部與下部的相對(duì)位移。在觀測前，首先要在建筑物上、下部設(shè)置兩個(gè)觀測點(diǎn)，兩點(diǎn)應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。如圖11-4所示，、為上下觀測點(diǎn)，如果建筑物發(fā)生傾斜，則連線隨之傾斜。觀測時(shí)，在離建筑物約大于建筑物高度處安置經(jīng)

18、緯儀，照準(zhǔn)上部觀測點(diǎn)，用盤左、盤右分中法向下投測得點(diǎn)，如與點(diǎn)不重合，則說明建筑物產(chǎn)生傾斜，、之間的水平距離，即為建筑物的傾斜值。若建筑物的高度為，則建筑物傾斜度為： （11-1）圖11-5 傾斜值與傾斜方向高層建筑物和構(gòu)筑物的傾斜觀測，應(yīng)分別在相互垂直的兩個(gè)墻面上進(jìn)行。如圖115所示。圖中、為建筑物分別沿相互垂直的兩個(gè)墻面方向的傾斜值，則建筑物的總傾斜值為： （11-2）建筑物的總傾斜度為： （11-3）的傾斜方向與方向的夾角為： （11-4）二、特殊建筑物的傾斜觀測對(duì)于特殊建筑物和構(gòu)筑物（如煙囪、水塔等）的傾斜觀測，是在相互垂直的兩個(gè)方向上測定其頂部中心對(duì)底部中心的偏心距，該偏心距即為建（構(gòu)）筑物的傾斜量?，F(xiàn)以煙囪為例，介紹觀測的一般方法。如圖11-6所示，先在煙囪的底部構(gòu)筑物縱、橫兩軸線延長線上選定、兩個(gè)觀測點(diǎn)，、距煙囪的距離大于煙囪的高度。在靠近煙囪底部選定的方向上橫放一根標(biāo)尺，并使尺與軸線方向垂直。首先，在測站點(diǎn)置鏡，用望遠(yuǎn)鏡分別將煙囪頂部邊緣兩點(diǎn)、及底部邊緣兩點(diǎn)、投到標(biāo)尺上，設(shè)其讀數(shù)分別為、及、,則煙囪頂部中心對(duì)底部中心在方向上的偏心距為： （11-5）然后將經(jīng)緯儀置于另一測站點(diǎn)，同法用望遠(yuǎn)鏡分別將煙囪頂部及底部邊緣投測到標(biāo)尺上，其讀數(shù)分別為、及、, 則在方向上的偏心距為： （11-6）煙囪頂部中心O對(duì)底部中心O´的總偏心距為： （1