建筑物的變形監(jiān)測課件

項目九建筑物的變形監(jiān)測

建筑物位移觀測3建筑物沉降觀測1建筑物傾斜觀測2變形觀測：對建筑物在施工和運營期間產生的變形進行的監(jiān)視觀測，即變形觀測。一、建筑物變形的原因

建筑物變形主要是由兩方面原因引起的。即：

1.自然條件及其變化，即建筑物地基的工程地質、水文地質、土壤的物理性質、大氣溫度等。

2.建筑物本身，即建筑物本身的荷重，建筑物的結構、型式及動荷載（如風力、震動、日照等）的作用。二、建筑物變形的分類

按類型區(qū)分：靜態(tài)變形和動態(tài)變形

靜態(tài)變形：變形觀測的結果只表示在某一期間內的變形值，亦即，它只是時間的函數(shù)。

動態(tài)變形：在外力影響下而產生的變形，亦即，它是以外力為函數(shù)來表示的動態(tài)系統(tǒng)對于時間的變化，其觀測結果表示建筑在某個時刻的瞬時變形。三、變形觀測的任務、內容

變形觀測的任務：其最主要的任務就是要對變形觀測點進行周期性的觀測，求得其在兩個觀測周期間的變化量；并對變化量進行統(tǒng)計分析，評定觀測量、變形量質量；對工程建筑物進行變形分析與預報，分析變形成因等。

變形觀測的內容：其內容應根據(jù)建筑物的性質與地基情況來確定定，既要重點突出，又要通盤考慮，以能正確反映出建筑物的變化情況，達到監(jiān)視建筑物安全運營、了解其變形規(guī)律為目的。四、變形觀測的方法

變形觀測的方法，要根據(jù)建筑物的性質、使用情況、觀測、周圍的環(huán)境以及對觀測的要求選定。

垂直位移：多采用精密水準測量、液體靜力水準測量、微水準測量的方法觀測。

水平位移：基準線方法（視準線法、激光準直法、激光波帶法）、前方交會方法、靜態(tài)和動態(tài)GPS方法等。

撓度：對于混凝土壩的撓度觀測多采用懸掛重錘線法（正錘線法和倒錘線法）。

其他：如使用測縫計進行裂縫觀測，運用近景攝影測量進行各種建筑物、建筑文物的變形監(jiān)測等。

任務1建筑物沉降觀測一、水準點和觀測點的布設(1)水準點的布設

考慮水準點的穩(wěn)定性、觀測上的方便和精度要求來合理地埋設水準點。最少要布設三個水準點，它們應埋在受壓、受震范圍以外，埋設深度至少要在冰凍線下0.5m。

(2)觀測點的布設

一般，沿房屋四周每隔15～30m應設立一個。另外，在最容易變形的地方要設立觀測點。觀測點分兩種形式：一種是設在墻上的，用角鋼做成；另一種是設在基礎上的，可用鉚釘做成。二、觀測時間、觀測方法和精度要求

一般在增加較大荷重(如澆灌基礎、安裝柱子和屋架、砌筑磚墻、鋪設屋面、安裝吊車等)之后要進行沉降觀測。竣工后要按沉降量的大小，定期進行觀測。開始，可每隔1～2月觀測一次，以每次沉降量在5～10mm以內為限度，否則要增加觀測次數(shù)。以后，隨著沉降量的減小，可逐漸延長觀測周期，直至沉降穩(wěn)定為止。三、沉降觀測的成果整理

把各觀測點歷次的高程列入成果表中，計算兩次觀測之間的沉降量和累計沉降量，并注明觀測日期和荷重情況。為了更清楚地表示沉降、荷重與時間之間的關系，還要畫出各觀測點的沉降時間關系曲線圖。實訓任務1:建筑物的沉降觀測任務內容：建筑物的沉降觀測小組號場地號任務要求：1．每組完成一棟建筑物的沉降觀測。工具：水準儀1臺；水準尺2把、鋼尺1把；記錄板1個。組織：全班按每小組4~6人分組進行，每小組推選一名組長和一名副組長；組長總體負責本組人員的任務分工，要求組內各成員能相互配合，協(xié)調工作；副組長負責儀器的借、還和儀器的安全管理等事務。技術要求：沉降觀測點相對于后視點高差測定的允許偏差為±2mm。

傾斜觀測主要針對高聳建構筑物主體進行，如高層建筑、水塔、煙囪等。

通過測定頂部觀測點相對底部觀測點的偏移量及相對高度，計算出傾斜度與傾斜方向。

傾斜度是指最大水平偏移值與相對高度的比值；

傾斜方向是指最大水平偏移方向與建筑物軸線或正北方向的夾角。

任務2建筑物傾斜觀測一、測角儀器垂直投影法

如右圖所示：墻Π1、Π2正交，C、C′為墻角點，C投為C點的垂直投影。在墻Π2地腳線的延長線上置測角儀器，如A點，精確照準頂部C點后，將其投影至緊貼在墻Π1上的水平直尺上，讀取水平偏移分量δx；同理得分量δy。另外由卷尺或三角高程測得CC′高差ΔH。則有如下三式：

最大傾斜量δ=

傾斜度i=δ/ΔH在墻Π1地腳線為主軸的局部坐標系中，

最大傾斜方向的主值β=arctan(δy÷δx)

配盤：參照前圖，置全站儀于A點，瞄準C點后，配盤270°。置儀于B點則配180°，如此配盤是顧及“外偏為正”。

測量方式：免棱鏡模式或反射片模式

測量三維坐標：測出（XCYCZC）和（XC′YC′ZC′）二、全站儀坐標測量——測房角點坐標法最大傾斜量δ=傾斜度i

=δ/ΔH=δ/（ZC-ZC’）局部坐標系中：最大傾斜方向的主值β=arctan((YC-YC′)÷(XC-XC′))

參照前圖，參照直接測角點三維坐標法置儀與配盤。

首先在A測站，測出墻Π1上且與C點臨近的多個同高點，擬合出墻Π1頂部外墻直線l1；然后測量和擬合出墻Π1下部外墻直線l1′；接著支站至B點，A點定向后，測量和擬合出墻Π2上部、下部外墻直線l2和l2′；

l1與

l2、l1′與l2′兩兩求交，得墻角點C、C′平面坐標，進而求出傾斜量和傾斜方向。三、全站儀坐標測量——直線擬合交會法此法可用于圓形構筑物監(jiān)測。基于監(jiān)測網(wǎng)和全站儀免棱鏡功能，采集構筑物頂部圓和基部圓的筒壁三維坐標，同高碎部點≥3個。利用同高點擬合圓方程，解得筒心平面坐標，再由上下兩筒心坐標差，求得最大傾斜量、傾斜方向和傾斜率。此法成果可靠，精度較高。四、全站儀坐標測量——曲線擬合法

如右圖，基于監(jiān)測網(wǎng)和全站儀圓柱偏心測量功能，直接測得上、下筒心三維坐標，據(jù)之推出最大傾斜量、傾斜方向和傾斜率。五、全站儀坐標測量——圓柱偏心測量法

如右圖所示，置測角儀器于A，按B-下左-下右-上右-上左-B順序，全圓方向觀測得各方向值，顧及AO上、AO下為對應角平分線，推得水平角BAO上和BAO下。同理得水平角ABO上和ABO下。注意下左與下右，上右與上左需同高。六、角度前方交會法

根據(jù)角度前方交會原理，內業(yè)解得上、下筒心平面坐標，據(jù)之推出最大傾斜量、傾斜方向。顧及高度可得傾斜率。

早年，工匠常采用錘球檢查墻體是否鉛垂。

目前，測量員?；诮ㄖ镓Q向通道，用垂準儀建立垂直基準線，丈量上、下同名特征點相對于基準線的縱、橫坐標，再由坐標差推出最大傾斜量和傾斜方向。七、垂直基準線法

基礎差異沉降法也是建筑物傾斜觀測一種重要方法。根據(jù)一對沉降觀測點的沉降差和間距，可得基礎在該方向上的傾斜角（相對初期狀態(tài)），同理得到正交方向傾斜角。由此可推出基礎最大傾斜角及傾斜方向，顧及剛體特性，可知監(jiān)測體頂部傾斜情況。八、基礎差異沉降法

正交時:最大傾斜角局部坐標系中最大傾斜方向主值實訓任務2:建筑物傾斜觀測任務內容：建筑物傾斜觀測小組號場地號任務要求：1．會根據(jù)建筑物實情，合理選用儀器與方法，實施傾斜觀測；2．通常要求每人獨立測一組。工具：經(jīng)緯儀或全站儀1套；直尺1把；記錄板1個。組織：全班按每小組4~6人分組進行，每小組推選一名組長和一名副組長；組長總體負責本組人員的任務分工，要求組內各成員能相互配合，協(xié)調工作；副組長負責儀器的借、還和儀器的安全管理等事務。技術要求：監(jiān)測點點位中誤差≤±3mm。

變形觀測中的位移觀測是指建構筑物的整體水平位移，或上部相對于下部的位移。

產生原因主要有地質滑坡、深基坑施工，橫向外力、氣溫變化、水壓變化等。

任務3建筑物位移觀測

基準線法可細分為視準線法、激光準直法和引張線法。一、基準線——

測小角法

如下圖所示，在監(jiān)測點Pi所在直線延長線上，建工作基準A和B。

di為監(jiān)測點至基準線的垂距。置測角儀器于A，以B為置零方向，精確測出水平角BAPi（βi），并規(guī)范至小角，同時測出APi間概略距離SAPi。水平位移值：di

=SAPiⅹtan(βi)=SAPiⅹsin(βi)=SAPiⅹβi/ρ″位移方向：

βi為正時右偏

βi為負時（規(guī)范前近360°）左偏

在Pi點上安置活動覘牌，并對活動覘牌進行零位差測定。

參照測小角法，置測角儀器于A，精確照準B點并水平制動，松垂直制動，調焦使活動覘牌像清晰，指揮組員緩慢轉動測微器，使覘牌中心精確落在望遠鏡縱絲上，再由測微器直接讀出偏移量。

二、基準線——

活動覘牌法

如圖所示：A、B為工作基準，Pi為監(jiān)測點。置測角儀器于Pi，A為置零方向，精確測出APiB組成的交角γi，同時測出Pi至A、B的概略距離SAPi和SBpi。顧及三角形APiB面積公式及直伸特性，可得如下等式：三、基準線——測交角法

（SAPi+SBpi）*di

/2=SAPi*SBpi*sin(γi)/2由此可推出水平位移值：di=SAPi*SBpi*sin(γi)/（SAPi+SBpi）位移方向：交角γi＜180°時右偏，γi＞180°時左偏。本法基準線端點可設在墻面上。

隨著高精度（測角精度0.5″～1″測距精度1+1ppm）、伺服型全站儀的出現(xiàn)，極坐標測量成為水平位移監(jiān)測一種快捷方法。四、全站儀極坐標測量法

大壩、危巖等建議用伺服型全站儀自動觀測，一般建筑工地可選用非伺服型，如樁位檢測，但宜采用雙測站觀測法提高可靠性。垂直角較大時宜采用導線形式觀測計算。

用交會法進行水平位移觀測，宜采用三點交會法提高可靠性。角度前方交會的交會角宜在60°～120°之間；距離前方交會的交會角宜在30°～150°之間；自由設站法（后方交會）亦被廣泛使用。五、交會法

地殼運動，大區(qū)域地表變形、高大建筑、大型橋梁變形等，可基于衛(wèi)星（GPS）定位技術建立變形監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)遠程、全天候、實時、自動化監(jiān)測。六、衛(wèi)星定位法

杭州灣大橋GPS監(jiān)測工程測斜儀常用于監(jiān)測基坑壁或滑坡的深層土體水平位移。七、測斜儀法

測斜儀工作原理

測斜儀工作原理是基于伺服加速度等，測得導向輪及其正交平面兩個方向的傾斜度，顧及深度變化，求得各測點相對于管底的水平位移值，進而可畫出位移曲線圖。

觀測時將測頭導入至管底（水平位移基準點），緩慢提升，沿導槽全長每隔500mm(輪距)測讀1次，出地面后將測頭旋轉180°重測1次，依此作為一測回。初始值應測4測回，而后2測回。實訓任務3:建