測(cè)定建筑物及其地基在建筑物本身的荷載或受外力作用下

1、測(cè)定建筑 物及其地基在 建筑物本身的荷載或受外力作用下， 一定時(shí)間段內(nèi)所 產(chǎn)生的變形量及其數(shù)據(jù)的分析和處理工作。內(nèi)容包括沉降、傾斜、位移、撓曲、 風(fēng)振等變形觀測(cè)項(xiàng)目。 其目的是監(jiān)視 建筑 物在施工過(guò)程中和竣工后， 投入使用中 的安全情況；驗(yàn)證地質(zhì)勘察資料和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的可 * 程度；研究變形的原因和規(guī)律， 以改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和施工方法。建筑 物地基和基礎(chǔ)變形觀測(cè) 內(nèi)容主要有：基坑回彈測(cè)量 在基坑開(kāi)挖前、 中、后期，測(cè)出事先埋設(shè)在基底面上的觀測(cè) 點(diǎn)，由于基坑開(kāi)挖引起的高程變化。 開(kāi)挖前和開(kāi)挖后兩次的高程差為基坑的總回 彈量。地基分層沉降測(cè)量 測(cè)出埋設(shè)在不同土層上的觀測(cè)點(diǎn)因荷載增加而引起的 高程變化，以求

2、得各土層的沉降量和受壓層的最大深度。建筑物的沉降測(cè)量 測(cè)出建筑物或基礎(chǔ)上的觀測(cè)點(diǎn)， 因時(shí)間推移或因地基發(fā) 生變化所引起的高程差異，比較不同周期的觀測(cè)值即得沉降量。以上內(nèi)容都屬于以垂直位移為主的變形觀測(cè)，其方法是首先按建筑 場(chǎng)地地形、地質(zhì)條件和對(duì)變形觀測(cè)的精度要求，合理布設(shè)變形控制網(wǎng)點(diǎn) （ 見(jiàn)工程控制測(cè) 量）。在 建筑物附近比較穩(wěn)固的位置埋設(shè)工作基點(diǎn)，直接用以測(cè)定 建筑物上的觀 測(cè)點(diǎn)的位移，盡可能在變形影響以外的穩(wěn)固位置埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)（檢查點(diǎn)） ，用以檢 核工作基點(diǎn)本身的穩(wěn)固性 （見(jiàn)地面沉降和水平位移觀測(cè) ） 。工作基點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)一般 都組成網(wǎng)形， 用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法來(lái)施測(cè)和檢驗(yàn)。 高程變化值的測(cè)定

3、通常采用 精密水準(zhǔn)方法，也可用液體靜力水準(zhǔn)儀、氣泡傾斜儀、電子水準(zhǔn)器等進(jìn)行測(cè)量。建筑 物上部變形觀測(cè) 內(nèi)容主要有：傾斜觀測(cè) 測(cè)定建筑 物頂部由于地基有差異沉降或受外力作用而產(chǎn)生的垂 直偏差。通常在頂部和墻基設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)， 定期觀測(cè)其相對(duì)位移值， 也可直接觀測(cè) 頂部中心點(diǎn)相對(duì)于底部中心點(diǎn)的位移值，然后推算 建筑 物的傾斜度。位移觀測(cè) 測(cè)定建筑 物因受側(cè)向荷載的影響而產(chǎn)生的水平位移量， 觀測(cè)點(diǎn)的 建立視工程情況和位移的方向而定。裂縫觀測(cè) 測(cè)出建筑 物因基礎(chǔ)有局部不均勻沉降而使墻體出現(xiàn)的裂縫。 一般 在裂縫兩側(cè)設(shè)置觀測(cè)標(biāo)志， 定期觀測(cè)其位置變化， 以取得裂縫的大小和走向等資 料。撓度觀測(cè) 測(cè)定建筑物受

4、力后產(chǎn)生的撓曲程度。 一般測(cè)定設(shè)置在 建筑 物垂直 面內(nèi)不同高度觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底點(diǎn)的水平位移值。擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)觀測(cè) 測(cè)定高層 建筑 物和高聳構(gòu)筑物在風(fēng)振、地震、日照等外 力作用下的擺動(dòng)量和扭曲程度。上述內(nèi)容多屬于以水平位移為主的變形觀測(cè)， 其方法除在穩(wěn)定地區(qū)建立變形 控制網(wǎng)，檢驗(yàn)工作基點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)固性外， 通常使用測(cè)角前方交會(huì)法、 經(jīng)緯儀 投影法、觀測(cè)水平角法、 激光準(zhǔn)直法和垂線觀測(cè)法等， 來(lái)定期測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的位置 變化。對(duì)于特定方向的水平位移， 還可用視準(zhǔn)線法和引張線法進(jìn)行觀測(cè)。 近年來(lái)， 開(kāi)始應(yīng)用的近景攝影測(cè)量方法，對(duì)于測(cè)定地基基礎(chǔ)與 建筑物沉降、 建筑物傾斜、 測(cè)求裂縫參數(shù)、模型變形狀態(tài)參數(shù)，

5、 以及建筑機(jī)械構(gòu)件變形的檢驗(yàn)等方面都有一 定的效果。 近景攝影測(cè)量通常使用攝影經(jīng)緯儀、 普通攝影機(jī)或高速攝影機(jī)， 按正 直、等偏、交向等攝影方式， 可在一定時(shí)間段或瞬間連續(xù)記錄 建筑 物和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的大量點(diǎn)位變形信息。 并使用立體坐標(biāo)量測(cè)儀、 電子計(jì)算機(jī)、 精密立體測(cè)圖儀或 解析測(cè)圖儀， 按解析法或模擬解析法， 測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間所產(chǎn)生的二維或三維相 對(duì)變形量。所攝得的像片，作為檔案資料還可在其他任何時(shí)候進(jìn)行檢核量測(cè)。變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理與分析首先，將觀測(cè)成果進(jìn)行初步整理，再以時(shí)間或荷載為橫坐標(biāo)，以累計(jì)變形量為縱坐標(biāo)，繪制各種變形過(guò)程線，以便初步了解變 形的幅度、趨勢(shì)和建筑物的安全情況。其次，要對(duì)

6、觀測(cè)資料進(jìn)行歸納和分析。通 常采用回歸分析的方法，先選擇合適的擬合方法，再按最小二乘法與統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的 原理求得回歸方程，從而找出變形的規(guī)律性。由此方程即可根據(jù)各個(gè)自變量來(lái)推 求所需因變量（即變形值），以推算、預(yù)報(bào)今后的變形情況，研究應(yīng)采取的措施。 對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固性的檢驗(yàn)， 在有固定的起算點(diǎn)時(shí)，用統(tǒng)計(jì)檢 驗(yàn)的方法，根據(jù)定期重復(fù)觀測(cè)的結(jié)果，用最小二乘法計(jì)算各點(diǎn)的離差矢量，進(jìn)行F （兩個(gè)正態(tài)母體的方差是否相等）檢驗(yàn)，以判斷水準(zhǔn)點(diǎn)高程的變化是由于水準(zhǔn) 點(diǎn)的升降還是由于觀測(cè)的誤差所引起。 在沒(méi)有固定的起算點(diǎn)時(shí)，采用秩虧自由網(wǎng) 平差方法計(jì)算各點(diǎn)的位移值，根據(jù)定期重復(fù)觀測(cè)成果，判斷其穩(wěn)定性。

7、隨著高大建筑的增多和古 建筑的維修，變形觀測(cè)工作愈來(lái)愈受到人們的重 視。變形控制網(wǎng)的布設(shè)，已在研究應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法； 觀測(cè)方法除了沿 用一些行之有效的傳統(tǒng)觀測(cè)儀器和方法外， 將逐步應(yīng)用全能激光測(cè)量?jī)x、自動(dòng)垂 直儀、電子測(cè)斜儀、位移攝影探索器等光電、電子儀器和攝影測(cè)量技術(shù)，使測(cè)量 過(guò)程日趨自動(dòng)化；觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理，已廣泛應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)檢驗(yàn)點(diǎn)位的穩(wěn) 定性，由單一變量統(tǒng)計(jì)分析發(fā)展到多變量動(dòng)態(tài)的定性定量統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)建筑物的安全將提供更可*的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)。歐洲滑坡監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)技術(shù)近年來(lái)，滑坡監(jiān)測(cè)受到了各國(guó)研究人員的重視，特別是對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)和預(yù)測(cè)模型開(kāi)展了大量研究。本文介紹意大利等歐洲七個(gè)國(guó)家聯(lián)合承

8、擔(dān)的專項(xiàng)課題歐洲滑坡災(zāi)害評(píng)價(jià)與治理新技術(shù)”的部分成果。供國(guó)內(nèi)同行借鑒。一、用纖維一一玻璃質(zhì)鉆孔伸長(zhǎng)儀監(jiān)測(cè)滑坡為了更好地理解滑坡誘發(fā)因素與運(yùn)動(dòng)力學(xué)之間的復(fù)雜關(guān)系，需要連續(xù)記錄滑坡變 形，而測(cè)量運(yùn)動(dòng)速率相對(duì)快的滑坡變形往往有許多條件限制，例如：人力、財(cái)力、設(shè)備的耐用性及假定條件等。為此，近年來(lái)，西班牙和意大利的研究人員對(duì)連續(xù) 測(cè)量的設(shè)備進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，其中之一便是伸長(zhǎng)儀。伸長(zhǎng)儀造價(jià)低廉，在記錄 變形速率突變上非常有用而廣泛應(yīng)用于滑坡監(jiān)測(cè)中。以往滑坡監(jiān)測(cè)大都用鋼絲伸 長(zhǎng)儀。Angeli等人改用纖維-玻璃質(zhì)伸長(zhǎng)儀成功地對(duì)亞得利亞海沿岸意大利中部 安科納港南數(shù)公里處的Sirolo滑坡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。纖維一

9、圍巖穩(wěn)定的隧道襯砌中。它的精度可達(dá)百分之幾毫米，對(duì)檢測(cè)細(xì)微位移很 有效；而且它的使用壽命長(zhǎng)（約 10年），保證了研究的連續(xù)性和可靠性。用纖 維-玻璃質(zhì)伸長(zhǎng)儀監(jiān)測(cè)滑坡尚屬首次。Sirolo滑坡位于泥灰?guī)r陡坡頂部，由厚層及巨厚層泥已壹昂嘀駛已夜鉤桑八鋇夭悖 憬俏?030o。為監(jiān)測(cè)裂隙巖體可能產(chǎn)生的差異運(yùn)動(dòng)，1990年以來(lái)，實(shí)施了大量水平或垂直鉆 孔，用于安裝土工儀器，在部分水平鉆孔中安裝了多個(gè)不同長(zhǎng)度（20m，40m，60m，80m ）的纖維一玻璃質(zhì)伸長(zhǎng)儀。伸長(zhǎng)儀截面為矩形（3mmc 5mm ），桿用剛性套保護(hù)，固定在不同深度，上部 尖端伸出地面并裝上手動(dòng)百分度比長(zhǎng)儀。同時(shí)還安裝了一個(gè)雨量計(jì)和多個(gè)

10、壓力與 位移傳感器，它們都與自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄儀相連接，并進(jìn)行了高精度大地測(cè)量。 研究所收集到的數(shù)據(jù)幫助得出了第一個(gè)滑坡形成機(jī)制的假說(shuō)， 而且證實(shí)了近水平 面上的巨型塊體滑動(dòng)， 而地下水位變動(dòng)被證實(shí)與同期滑坡活動(dòng)相對(duì)應(yīng)， 據(jù)此采取 了相應(yīng)的補(bǔ)救措施，并取得了良好的效果。二、用全球定位系統(tǒng)（ GPS ）監(jiān)測(cè)滑坡1簡(jiǎn)介GPS 是一種應(yīng)用范圍廣泛的無(wú)線電導(dǎo)航、 定時(shí)及定位系統(tǒng)。 通過(guò)跟蹤 GPS 衛(wèi)星 連續(xù)不斷地傳送到全球的電磁波，系統(tǒng)可獲取天線位置（經(jīng)度、緯度、高程及三 維坐標(biāo)）。最近 10 年來(lái)， GPS 已廣泛用于大地測(cè)量與地質(zhì)調(diào)查中，來(lái)校正和完 成傳統(tǒng)勘測(cè)方法。最近幾年里，已開(kāi)發(fā)出一些高效率、高精

11、度的新方法，如：快 速靜態(tài)（FS）和定時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）法。用 GPS 監(jiān)測(cè)變形的方法是：以坐標(biāo)、距離或角度為基礎(chǔ)，新值與初始坐標(biāo)之差 反映目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是同樣精度下， GPS 作用范圍大、效率高，可全天候 觀測(cè)，且兩測(cè)站間不要求通視。2 用 GPS 監(jiān)測(cè) Vallcebre 滑坡西班牙的 J.A.Gili 等有關(guān)專家自 1994 年開(kāi)始對(duì)位于比利牛斯山脈東部， 巴塞羅 那北 140km 處的 Vallcebre 滑坡進(jìn)行了初步測(cè)試，所用儀器為 GP-R1 型 Topcon大地測(cè)量接收機(jī)，觀測(cè)了 8001500m 長(zhǎng)的5條基線（靜態(tài)法，記錄 間隔20s，每次記錄450min ）,并用 Wil

12、d DIOR 3002S 進(jìn)行了 EDM復(fù)測(cè)， 結(jié)果非常理想。1995年12月至1998年2月進(jìn)行了完整的EDM及GPS測(cè)量， 所用設(shè)備為 400SSi 型 Trimble GPS 全站儀，它帶有 2 臺(tái)雙頻接收機(jī)，天線及 輔助設(shè)備如內(nèi)存貯器、數(shù)據(jù)傳輸裝置及軟件，所進(jìn)行的 14 次聯(lián)測(cè)中，共完成 GPS 定位 300 個(gè)點(diǎn)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出整個(gè)滑坡位移平均速率為 100800a，某些地方高達(dá)130mm/月，GPS測(cè)量精度在水平方向上為 12 16mm ，垂直方向?yàn)?18 24mm 。三、基于GIS的邊坡水文穩(wěn)定性模型與大氣環(huán)流模型（GCM ）相結(jié)合預(yù)測(cè)氣候 變化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響在許

13、多情況下， 影響地下水與孔隙水壓力升降的氣候因素可引起邊坡失穩(wěn)， 從而 誘發(fā)滑坡。 溫室效應(yīng)造成的全球變暖， 尤其是降水型式及氣壓變化將對(duì)未來(lái)滑坡 活動(dòng)產(chǎn)生影響。為此，荷蘭、德國(guó)、意大利、英國(guó)等國(guó)的研究人員以氣候變化態(tài) 勢(shì)生成的大氣環(huán)流模型（CGM ）為基礎(chǔ)，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性模型，利用GIS技術(shù)， 開(kāi)展了預(yù)測(cè)氣候變化對(duì)邊坡影響的研究。這里需要說(shuō)明的是大氣環(huán)流模型雖可成功地模擬大范圍的大氣狀態(tài)， 但 GCM 氣 候數(shù)據(jù)中固有的局限一一低分辨率（約250kmx 250km ） ”使之無(wú)法直接應(yīng)用 于邊坡模型中， 必須利用統(tǒng)計(jì)學(xué)縮尺技術(shù)， 縮小為局部比例尺后才可應(yīng)用： 在滑 坡研究中， GCM 模擬的

14、空氣壓力可作為大比例尺參數(shù)來(lái)使用，以得出局部降雨 參數(shù)。然后將降雨參數(shù)作為邊坡水文模型的輸入?yún)?shù)，這樣就可提供輸出參數(shù) 邊坡地下水成孔隙水壓力數(shù)據(jù)組。 通過(guò)這些輸出參數(shù)并用邊坡穩(wěn)定模型進(jìn)行 滑坡反演分析所推導(dǎo)的臨界地下水條件， 得出邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。 下面以英格蘭東 南部某一滑坡活動(dòng)相對(duì)頻繁的地區(qū)中常見(jiàn)的滑坡類型的典例“RoughS'陡坡為例加以說(shuō)明。 開(kāi)發(fā)一個(gè)成層的一維水文模型來(lái)估算整個(gè)陡坡平均水位深度所對(duì)應(yīng)的降雨及 氣溫。 劃分小集水區(qū)并計(jì)算地形測(cè)量因子 logn （a/tans ） 進(jìn)行數(shù)字界面模擬并歸 納出穿過(guò)陡坡的平均水位。 將坡度 DEM 格網(wǎng)及水位高度分布模型用于無(wú)限邊坡模型來(lái)分析穩(wěn)定系數(shù)。 用 GIS 對(duì)陡坡每個(gè)邊坡單元進(jìn)行不穩(wěn)定性分析。 結(jié)果表明降雨量增加與土壤中水分損失總量增加相一致，大型滑坡的頻率無(wú)變 化，不過(guò)增加了淺層土溫度，可能導(dǎo)致其后 80 年里小滑坡頻率增加。 注意事項(xiàng) 在進(jìn)行監(jiān)測(cè)前，必須全面了解滑坡的地質(zhì)狀況，并進(jìn)行必要的土工試驗(yàn)。 在安裝監(jiān)測(cè)儀器時(shí)，選點(diǎn)非常重要；在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，選擇樣品的數(shù)據(jù)采集 參數(shù)和頻率