變形監(jiān)測設(shè)計(jì)書

遼寧科技大學(xué)設(shè)計(jì)題目：遼寧科技大學(xué)圖書館沉降監(jiān)測技術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院：土木工程學(xué)院專業(yè)班級：測繪2011-2班學(xué)生姓名：劉九陽學(xué)號：120113705021任課教師：寧殿民成績：目錄TOC\o"1-3"\h\u3743一、圖書館的地理概況 3256921.1圖書館的坐落 3211581.2圖書館的文化 324053二、監(jiān)測的目的與意義 329342.1監(jiān)測的目的 3242832.2監(jiān)測的意義 312894三、監(jiān)測的方案 3272453.1監(jiān)測的內(nèi)容與方法 359963.2監(jiān)測的確定 425873.3監(jiān)測方案規(guī)范依據(jù) 465263.4監(jiān)測測區(qū)資料 4306433.4.1控制資料 4122673.4.2高程基準(zhǔn) 4263463.4.3方案概括 423144四、基準(zhǔn)點(diǎn)與觀測點(diǎn) 5205244.1基準(zhǔn)點(diǎn) 5289454.1.1基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)要求 5284194.1.2基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇 5308624.1.3基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè) 5207504.2觀測點(diǎn) 6294104.2.1觀測點(diǎn)的埋設(shè)要求 6227454.2.2觀測點(diǎn)的選擇 672474.2.3觀測點(diǎn)的埋設(shè) 610958五、根據(jù)允許變形量確定觀測精度 625195.1變形量的等級與精度要求 619868六、觀測等級與觀測儀器的確定 777746.1圖書館監(jiān)測的等級與觀測儀器的確定 723513七、外業(yè)實(shí)測方法與要求 7185227.1外業(yè)實(shí)測的方法 7141927.2外業(yè)實(shí)測的要求 787207.2.1觀測的時間和氣象條件 7310957.3設(shè)置測站 7124467.4間歇與檢測 82439八、觀測周期的確定 882858.1觀測周期規(guī)定 8248558.2觀測周期的選擇 84457九、變形網(wǎng)平差計(jì)算方法 8251899.1變形網(wǎng)平差原理 8238849.2變形網(wǎng)平差計(jì)算方法 8102259.2.1準(zhǔn)基點(diǎn)的平差計(jì)算 8182109.2.2沉降觀測點(diǎn)的平差計(jì)算 963039.2.3權(quán)的確定 9209089.2.4誤差方程及法方程 911755十、變形量的計(jì)算 9490810.1變形量的計(jì)算與比較 91250十一、沉降與傾斜曲線 102381311.1沉降曲線的繪制 1022457十二、上交材料 113211412.1上交的內(nèi)容與分析 11一、圖書館的地理概況1.1圖書館的坐落圖書館坐落于千山北麓，毗鄰鞍山市高新區(qū)，風(fēng)光秀麗，景色宜人。建筑面積2.56萬平方米，占地面積5千平方米，是一座大型的現(xiàn)代化、多功能、綜合性的圖書館，歷經(jīng)數(shù)十載的發(fā)展，逐步形成了以理工科為主，兼顧社科、管理等學(xué)科文獻(xiàn)的多類型、多語種、多載體的館藏體系。目前館內(nèi)現(xiàn)藏書刊總量123萬余冊，電子圖書25萬余種、電子期刊2.6萬余種、圖1.科大圖書館各種光盤1.7萬余張，以上資源幾乎涵蓋了學(xué)校目前所開設(shè)的全部專業(yè)，基本上能夠滿足讀者的需要。遼寧科技大學(xué)圖書館為讀者提供24小時網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。1.2圖書館的文化自從有了人類社會以來，便產(chǎn)生了文字，用來記錄這些文字的載體—圖書也就應(yīng)運(yùn)而生。它記載了從古至今人類歷史的發(fā)展和演變。圖書館的功能之一，就是要收集、加工、整理、科學(xué)管理這些珍貴的文獻(xiàn)資源，以便廣大的讀者借閱使用。圖書館是作為保存各民族文化財(cái)富的機(jī)構(gòu)而存在的，它擔(dān)負(fù)的保存人類文化典籍任務(wù)是圖書館最古老的職能。二、監(jiān)測的目的與意義2.1監(jiān)測的目的（1）分析和評價圖書館的安全狀態(tài)，了解圖書館變形狀況；（2）驗(yàn)證圖書館設(shè)計(jì)參數(shù)；（3）反饋設(shè)計(jì)圖書館施工的質(zhì)量；（4）研究正常圖書館的變形規(guī)律和預(yù)報(bào)變形的方法。2.2監(jiān)測的意義在于獲得圖書館變形觀測過程中有關(guān)變形大小的一切資料，分析研究這些資料，可以監(jiān)視圖書館地表變形和圖書館的運(yùn)營狀況。以便及時了解圖書館的變形，保證科大學(xué)子放心讀書。三、監(jiān)測的方案3.1監(jiān)測的內(nèi)容與方法對于圖書館，監(jiān)測主要內(nèi)容為沉降監(jiān)測。地基的下沉量、樓體的下沉量。沉降的主要監(jiān)測方法有：幾何水準(zhǔn)測量、液態(tài)靜力水準(zhǔn)測量、電磁波測距三角高程測量。(1)幾何水準(zhǔn)測量：是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差。通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)圖2.幾何水準(zhǔn)原理圖路線逐站測定各點(diǎn)的高程。由于不同高程的水準(zhǔn)面不平行，沿不同路線測得的兩點(diǎn)間高差將有差異，所以在整理國家水準(zhǔn)測量成果時，須按所采用的正常高系統(tǒng)加以必要的改正，以求得正確的高程。我國國家水準(zhǔn)測量依精度不同分為一、二、三、四等。一、二等水準(zhǔn)測量稱為“精密水準(zhǔn)測量”，是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，可為研究地殼形變等提供數(shù)據(jù)。三、四等水準(zhǔn)測量直接為地形測圖和各種工程建設(shè)提供所必需的高程控制。(2)液態(tài)靜力水準(zhǔn)：靜力水準(zhǔn)儀利用連通液的原理，多支通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，通過測量不通儲液罐的液面高度，經(jīng)過計(jì)算可以得出各個靜力水準(zhǔn)儀的相對差異沉降。假設(shè)共有1…n個觀測點(diǎn)。各個觀測點(diǎn)之間已用連通管連通。安裝完畢后初始圖3.液態(tài)靜力水準(zhǔn)部分圖狀態(tài)時各測點(diǎn)的安裝高程分別為Y01…Y0i…Y0j…Y0n，各測點(diǎn)的液面高度分別為h…h(huán)0i…h(huán)0j…h(huán)0n。(3)電磁波測距三角高程原理：是通過觀測測站點(diǎn)至照準(zhǔn)點(diǎn)的豎直角，再用電磁波測距儀測取此兩點(diǎn)間的距離，根據(jù)平面三角公式計(jì)算此兩點(diǎn)間的高差，進(jìn)而推求待定點(diǎn)高程的方法。它特別適于高差較大而不便用水準(zhǔn)測量時傳遞高程，以及進(jìn)行跨越山谷、河流的高程測量和實(shí)現(xiàn)陸地與島嶼或島嶼與島嶼之間的高程連測。當(dāng)測距和測角的精度達(dá)到必要的精度，圖4.電磁波測距三角高程原理并采用必要的觀測措施時，此法已可達(dá)到四等、甚至三等水準(zhǔn)測量的精度要求。3.2監(jiān)測的確定根據(jù)圖書館的設(shè)計(jì)要求，采用幾何水準(zhǔn)測量比較好，精度高，適用于圖書館監(jiān)測地形，因?yàn)榈匦纹鸱淮螅O(jiān)測方案很好設(shè)計(jì)。3.3監(jiān)測方案規(guī)范依據(jù)（）；；（；—3.4監(jiān)測測區(qū)資料3.4.1控制資料建立獨(dú)立高程系統(tǒng)，也可以聯(lián)測國家高等級水準(zhǔn)點(diǎn)與國家高程接軌。提供1985國家高程基準(zhǔn)成果。3.4.2高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)采用1985年國家高程系或獨(dú)立高程系統(tǒng)。3.4.3方案概括根據(jù)《工程測量規(guī)范》要求，在施工影響范圍外布設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，在圖書館主體承重墻或者承重柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。觀測儀器采用精密水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)觀測要求進(jìn)行觀測。根據(jù)對沉降觀測點(diǎn)觀測的需要及《建筑變形測量規(guī)程》（以下簡稱“規(guī)程”）的規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，監(jiān)控網(wǎng)擬布設(shè)成由3個基準(zhǔn)點(diǎn)組成的一個環(huán)形的二等水準(zhǔn)網(wǎng)，編號為BM1～BM3高程測量采用國家高程系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)將設(shè)在變形影響范圍以外便于長期保存的位置，基準(zhǔn)點(diǎn)采用圖書館外固定地址上水準(zhǔn)基點(diǎn)。觀測水準(zhǔn)基點(diǎn)埋設(shè)在沉降穩(wěn)定的圖書館筑物上。其具體位置根據(jù)現(xiàn)場情況及“規(guī)程”的有關(guān)要求進(jìn)行布點(diǎn)，均布于圖書館建筑物上。四、24171基準(zhǔn)點(diǎn)與觀測點(diǎn)4.1基準(zhǔn)點(diǎn)4.1.1基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)要求基準(zhǔn)點(diǎn)可分為兩級：固定基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。固定基準(zhǔn)點(diǎn)一般選擇3個以上，如圖5所示。距建筑物一定的距離（一般不少于1.5倍建筑物高）當(dāng)有3個點(diǎn)時，除某兩點(diǎn)的連線與主要軸線平行外，另一點(diǎn)應(yīng)跨過建(構(gòu))筑物且對其長邊基本構(gòu)成等腰或三個基點(diǎn)基本構(gòu)成直角三角形；當(dāng)點(diǎn)數(shù)多于3個時，除應(yīng)滿，圖5.基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)足以上條件外其余的點(diǎn)應(yīng)較均勻地分布在建(構(gòu))筑物的四周，距離可偏遠(yuǎn)一些。工作基點(diǎn)選擇在地勢相對穩(wěn)定便于觀測的位置。一般在離建筑物30m以外150m以內(nèi)地勢穩(wěn)定的地方選擇和埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)。4.1.2基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇基準(zhǔn)點(diǎn)是變形監(jiān)測的基礎(chǔ)，基準(zhǔn)點(diǎn)一般要求絕對穩(wěn)定，在位置選擇時要注意以下幾方面：（1）位置要選在變形范圍以外；（2）地勢穩(wěn)定；（3）深埋；4.1.3基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)(1)盡量利用城建部門建立的水準(zhǔn)點(diǎn)和各級平面控制點(diǎn)，作為沉降觀測的起算點(diǎn)。(2)在該區(qū)域內(nèi)有修建年代較長、基礎(chǔ)穩(wěn)定的建筑物時，則可在該建筑物上設(shè)置墻上水準(zhǔn)點(diǎn)。在墻上鑿一個長約200mm的洞，將直徑為20mm、長約250mm的圓鋼嵌進(jìn)洞內(nèi)約200mm，露出墻外約50mm。向上彎的標(biāo)頭呈圓形用水泥將洞填滿，洞口抹齊與墻面平。(3)建立淺埋水準(zhǔn)點(diǎn)。該點(diǎn)應(yīng)選在較隱蔽而且通視良好保證安全的地方。首先挖長1150mm、寬110mm左右的小淺井，地面整實(shí)。用直徑20mm、長約117mm的螺紋鋼上部鑿成半圓形，下部焊成十字。將焊成的十字型螺紋鋼放入井內(nèi)，直接灌注混凝土，露出地面約60mm左右，頂部要砌筑保護(hù)蓋。

圖6.基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)4.2觀測點(diǎn)4.2.1觀測點(diǎn)的埋設(shè)要求確定沉降觀測點(diǎn)的位置是非常重要的，必須數(shù)量足夠、點(diǎn)位適當(dāng)。沉降觀測點(diǎn)的數(shù)目和位置又與建筑物的大小、荷載、基礎(chǔ)類型和地質(zhì)條件有關(guān)，并且要能夠全面反映建筑物的沉降情況。沉降觀測點(diǎn)的選擇還應(yīng)便于建筑物基礎(chǔ)沉降的現(xiàn)場觀測，易于保存，并不受損壞。4.2.2觀測點(diǎn)的選擇圖7.觀測點(diǎn)的埋設(shè)(1)通常在建筑物的四角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)間距一般為10m～20m；(2)對于設(shè)有后澆帶及施工縫的建筑物，應(yīng)在其兩側(cè)布設(shè)沉降觀測點(diǎn)；(3)對于新建與原有建筑物的連接處，應(yīng)在其兩側(cè)的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)；(4)對于一些大型工業(yè)廠房，除按上述原則布設(shè)沉降觀測點(diǎn)外，還應(yīng)在大型設(shè)備四周的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。4.2.3觀測點(diǎn)的埋設(shè)(1)觀測點(diǎn)本身應(yīng)牢固穩(wěn)定，確保點(diǎn)位安全，能長期保存；(2)觀測點(diǎn)的上部必須為突出的半球形狀或有明顯的突出之處，與柱身或墻身保持一定的距離；(3)要保證能在點(diǎn)上垂直置尺和良好的通視條件。五、根據(jù)允許變形量確定觀測精度5.1變形量的等級與精度要求表1.變形測量等級及精度要求變形測量等級垂直位移測量水平位移觀測變形點(diǎn)的高程中誤差（mm）相鄰變形點(diǎn)的高程中誤差（mm）變形點(diǎn)點(diǎn)位中誤差（mm）一等±0.3±0.1±1.5二等±0.5±0.3±3.0三等±1.0±0.5±6.0四等±2.0±1.0±12.0表2.水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)（1）等級每千米高差全中誤差㎜路線長度km水準(zhǔn)儀型號水準(zhǔn)尺觀測次數(shù)往返較差、附合或環(huán)線閉合差與已知點(diǎn)聯(lián)測附合或環(huán)線平地㎜山地㎜二等2—DS1因瓦往返各一次往返各一次4—三等6≦50DS1因瓦往返各一次往一次124DS3雙面往返各一次四等10≦16DS3雙面往返各一次往一次206五等15－DS3單面往返各一次往一次30—表3.水準(zhǔn)觀測的主要技術(shù)要求（2）等級水準(zhǔn)儀型號視線長度m前后視的距離較差m前后視距離較差累積m視線離地面最低高度m基、輔分劃或黑、紅面讀數(shù)較差㎜基、輔分劃或黑、紅面所測高程較差㎜二等DS150130.50.50.7三等DS1100360.31.01.5DS3752.03.0四等DS31005100.23.05.0五等DS3100近似相等————六、觀測等級與觀測儀器的確定6.1圖書館監(jiān)測的等級與觀測儀器的確定雖然外業(yè)觀測采用的是國家二等水準(zhǔn)測量方法,但是外業(yè)觀測技術(shù)指標(biāo)不能完全采用與其相同的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)工程的精度、使用的儀器及沉降觀測的具體要求制定出適合本工程的技術(shù)指標(biāo)標(biāo)尺采用條式因瓦水準(zhǔn)尺；儀器采用DS05精密水準(zhǔn)儀和國家二等技術(shù)指標(biāo)。七、外業(yè)實(shí)測方法與要求7.1外業(yè)實(shí)測的方法對水準(zhǔn)基點(diǎn)及沉降觀測點(diǎn)均采用二等水準(zhǔn)測量方法.(1)往測:奇數(shù)測站采用后—前—前—后;偶數(shù)測站采用前—后—后—前觀測順序；(2)返測:奇數(shù)測站采用前—后—后—前;偶數(shù)測站采用后—前—前—后觀測順序；(3)對沉降點(diǎn)的觀測時盡量采用測站固定、人員固定和一個后視幾個前視的方法。7.2外業(yè)實(shí)測的要求7.2.1觀測的時間和氣象條件水準(zhǔn)觀測應(yīng)在標(biāo)尺分劃線成像清晰而穩(wěn)定時進(jìn)行。下列情況下，不應(yīng)進(jìn)行觀測：(1)日出后與日落前30分鐘內(nèi)；(2)太陽中天前后各約2h內(nèi)（可根據(jù)地區(qū)、季節(jié)和氣象情況，適當(dāng)增減中午間歇時間）；(3)標(biāo)尺分劃線的影像跳動而難于照準(zhǔn)時；(4)氣溫突變時；(5)風(fēng)力過大而使標(biāo)尺與儀器不能穩(wěn)定時。7.3設(shè)置測站二等水準(zhǔn)觀測，須根據(jù)路線土質(zhì)選用尺樁或尺臺（尺臺重量不輕于5kg）作轉(zhuǎn)點(diǎn)尺承，所用尺樁或尺臺數(shù)，應(yīng)不少于4個。特殊地段可采用大帽釘。測站視線長度（儀器至標(biāo)尺距離）、前后視距差、視線高度按表4規(guī)定執(zhí)行。表4二等水準(zhǔn)要求等級儀器型號視線長度前后視距差任一測站上前后視距差累積視線高度（下絲讀數(shù)）二等DS1,DS05≤50m≤1.0m≤3.0m≥0.3m注：下絲為近地面的視距絲。7.4間歇與檢測觀測間歇時，最好在水準(zhǔn)點(diǎn)上結(jié)束。否則，應(yīng)在最后一站選擇兩個堅(jiān)穩(wěn)可靠、光滑突出、便于放置標(biāo)尺的固定點(diǎn)，作為間歇點(diǎn)。如無固定點(diǎn)可選擇，則間歇前應(yīng)對最后兩站的轉(zhuǎn)點(diǎn)尺樁（用尺臺作轉(zhuǎn)點(diǎn)時，可用三個帶帽釘?shù)哪緲叮┳鐾咨瓢仓米鳛殚g歇點(diǎn)。間歇后應(yīng)對間歇點(diǎn)進(jìn)行檢測，比較任意兩尺承點(diǎn)間歇前后所測高差，若符合限差（見表4）要求，即可由此起測；若超過限差，可變動儀器高度再檢測一次，如任超限，則須從前一水準(zhǔn)點(diǎn)起測。檢測成果應(yīng)保留，但計(jì)算高差時不采用。八、32131觀測周期的確定8.1觀測周期規(guī)定（1)沉降觀測周期按每兩個結(jié)構(gòu)觀測一次,直至封頂,封頂后每月觀測一次，直至竣工。

（2)出現(xiàn)不均沉降時，根據(jù)情況增加觀測次數(shù)。

（3)施工期間因故停工超過三個月，應(yīng)在停工時及復(fù)工前進(jìn)行觀測。

（4）結(jié)構(gòu)封頂至工程竣工沉降周期應(yīng)符合下列要求：均勻沉降且連續(xù)三個月內(nèi)平均沉降量不超過1mm時，每三個月觀測一次；連續(xù)二次每三個月平均沉降量不超過2mm時，每六個月觀測一次；外界發(fā)生劇烈變化時應(yīng)及時觀測；封頂后應(yīng)每六個月觀測一次，直至基本穩(wěn)定（1mm/100d）為止。8.2觀測周期的選擇（1)沉降觀測點(diǎn)埋好穩(wěn)定后需進(jìn)行第一次沉降觀測,以后每增加一層便進(jìn)行一次觀測；（2)竣工后的第一年前四個月每兩個月一次,后八個月進(jìn)行兩次觀測；（3)第二年兩次、第三年一次；（4)當(dāng)最后三次觀測中所測建筑沉降量不超過水準(zhǔn)測量精度(0.5mm)范圍時,可停止觀測。九、變形網(wǎng)平差計(jì)算方法9.1變形網(wǎng)平差原理最小二乘法平差（leastsquaresmethod）是在殘差向量V和權(quán)矩陣P滿為最小的條件下，求取測量值和參數(shù)的最佳估值，并進(jìn)行精度估計(jì)的的理論和方法。德國著名的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和大地測量學(xué)家高斯（C·F·Gauss）于1794年首創(chuàng)此法。應(yīng)用于測量，使平差的大部分問題得到解決，極大地推動了19世紀(jì)大地測量的發(fā)展。用此法進(jìn)行測量平差時，未知量估值的數(shù)學(xué)期望等于未知量的數(shù)學(xué)期望（估值無偏），且估值的方差為最小，所獲得的估值是最佳估值。其應(yīng)用十分廣泛，不僅用于傳統(tǒng)的測量平差，而且用于最小二乘擬合和最小二乘配置等現(xiàn)代平差理論之中；不僅在測繪領(lǐng)域中，而且在其他許多科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域都已得到廣泛應(yīng)用。9.2變形網(wǎng)平差計(jì)算方法9.2.1準(zhǔn)基點(diǎn)的平差計(jì)算三個水準(zhǔn)基點(diǎn)構(gòu)成一個閉合環(huán),當(dāng)閉合差≤(L為環(huán)線長)時可將閉合差按與距離成比例反號分配到各測段中,然后再用已知點(diǎn)高程計(jì)算出水準(zhǔn)基點(diǎn)高程。9.2.2沉降觀測點(diǎn)的平差計(jì)算從圖7中可看出三個水準(zhǔn)基點(diǎn)與沉降觀測點(diǎn)可構(gòu)成三個結(jié)點(diǎn)的水準(zhǔn)網(wǎng),分別取三個水基點(diǎn)最近的沉降點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)。9.2.3權(quán)的確定權(quán)的確定有兩種方式:以測站數(shù)定權(quán)=(n為各測段的測站數(shù))；以長度定權(quán)=(L為各測段的長度，單位km)。9.2.4誤差方程及法方程平差計(jì)算采用間接平差法.設(shè)三個結(jié)圖7.水準(zhǔn)網(wǎng)平差點(diǎn)平差高程分別為X(12),Y(6),Z(16)