建筑物變形與裂縫觀測(cè)全套

建筑物變形與裂縫觀測(cè)全套一、傾斜觀測(cè)在進(jìn)行觀測(cè)之前，首先要在進(jìn)行傾斜觀測(cè)的建筑物上設(shè)置上、下兩點(diǎn)或上、中、下三點(diǎn)標(biāo)志，作為觀測(cè)點(diǎn)，各點(diǎn)應(yīng)位于同一垂直視準(zhǔn)面內(nèi)。如圖4-205所示，M、N為觀測(cè)點(diǎn)。如果建筑物發(fā)生傾斜，MN將由垂直線變?yōu)閮A斜線。觀測(cè)時(shí)，經(jīng)緯儀的位置距離建筑物應(yīng)大于建筑物的高度，瞄準(zhǔn)上部觀測(cè)點(diǎn)M，用正倒鏡法向下投點(diǎn)得N'，如N'與N點(diǎn)不重合，則說明建筑物發(fā)生傾斜，以a表示N'、N之間的水平距離，a即為建筑物的傾斜值。若以H表示其高度，則傾斜度為：圖4-205傾斜觀測(cè)i=arcsin（a/H）（4-83）高層建筑物的傾斜觀測(cè)，必須分別在互成垂直的兩個(gè)方向上進(jìn)行。當(dāng)測(cè)定圓形構(gòu)筑物（如煙囪、水塔、煉油塔）的傾斜度時(shí)（圖4-206），首先要求得頂部中心對(duì)底部中心的偏距。為此，可在構(gòu)筑物底部放一塊木板，木板要放平放穩(wěn)。用經(jīng)緯儀將頂部邊緣兩點(diǎn)A、A'投影至木板上而取其中心A0，再將底部邊緣上的兩點(diǎn)B與B'也投影至木板上而取其中心B0，A0B0之間的距離a就是頂部中心偏離底部中心的距離。同法可測(cè)出與其垂直的另一方向上頂部中心偏離底部中心的距離b。再用矢量相加的方法，即可求得建筑物總的偏心距即傾斜值。即：（4-84）圖4-206偏心距觀測(cè)構(gòu)筑物的傾斜度為：i＝c/H（4-85）二、裂縫觀測(cè)建筑物發(fā)現(xiàn)裂縫，除了要增加沉降觀測(cè)的次數(shù)外，應(yīng)立即進(jìn)行裂縫變化的觀測(cè)。為了觀測(cè)裂縫的發(fā)展情況，要在裂縫處設(shè)置觀測(cè)標(biāo)志。設(shè)置標(biāo)志的基本要求是，當(dāng)裂縫開展時(shí)標(biāo)志就能相應(yīng)的開裂或變化，正確的反映建筑物裂縫發(fā)展情況。其形式有下列三種：1．石膏板標(biāo)志用厚10mm，寬約50~80mm的石膏板（長(zhǎng)度視裂縫大小而定），在裂縫兩邊固定牢固。當(dāng)裂縫繼續(xù)發(fā)展時(shí)，石膏板也隨之開裂，從而觀察裂縫繼續(xù)發(fā)展的情況。2．白鐵片標(biāo)志如圖4-207所示，用兩塊白鐵片，一片取150mm×150mm的正方形，固定在裂縫的一側(cè)，并使其一邊和裂縫的邊緣對(duì)齊。另一片為50mm×200mm，固定在裂縫的另一側(cè)，并使其中一部分緊貼相鄰的正方形白鐵片。當(dāng)兩塊白鐵片固定好以后，在其表面均涂上紅色油漆。如果裂縫繼續(xù)發(fā)展，兩白鐵片將逐漸拉開，露出正方形白鐵上原被覆蓋沒有涂油漆的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度，可用尺子量出。圖4-207白鐵片標(biāo)志3．金屬棒標(biāo)志（圖4-208）在裂縫兩邊鑿孔，將長(zhǎng)約10cm直徑10mm以上的鋼筋頭插入，并使其露出墻外約2cm左右，用水泥砂漿填灌牢固。在兩鋼筋頭埋設(shè)前，應(yīng)先把鋼筋一端銼平，在上面刻畫十字線或中心點(diǎn)，作為量取其間距的依據(jù)。待水泥砂漿凝固后，量出兩金屬棒之間的距離，并記錄下來。以后如裂縫繼續(xù)發(fā)展，則金屬棒的間距也就不斷加大。定期測(cè)量?jī)砂糁g距并進(jìn)行比較，即可掌握裂縫開展情況。圖4-208金屬棒標(biāo)志三、位移觀測(cè)當(dāng)建筑物在平面上產(chǎn)生位移時(shí)，為了進(jìn)行位移測(cè)量，應(yīng)在其縱橫方向上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)及控制點(diǎn)。如已知其位移的方向，則只在此方向上進(jìn)行觀測(cè)即可。觀測(cè)點(diǎn)與控制點(diǎn)應(yīng)位于同一直線上，控制點(diǎn)至少須埋設(shè)三個(gè)，控制點(diǎn)之間的距離及觀測(cè)點(diǎn)與相鄰的控制點(diǎn)間的距離要大于30m，以保證測(cè)量的精度。如圖4-209所示，A、B、C為控制點(diǎn)，M為觀測(cè)點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)必須埋設(shè)牢固穩(wěn)定的標(biāo)樁，每次觀測(cè)前，對(duì)所使用的控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行檢查，以防止其變化。建筑物上的觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志要牢固、明顯。圖4-209位移觀測(cè)位移觀測(cè)可采用正倒鏡投點(diǎn)的方法求出位移值。亦可采用測(cè)角的方法。如圖4-209所示，設(shè)第一次在A點(diǎn)所測(cè)之角度為β1，第二次測(cè)得之角度為β2，兩次觀測(cè)角度的差數(shù)△β＝β2－β1，則建筑物之位移值（4-86）式中ρ＝206265"。位移測(cè)量的允許偏差為±3mm，進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)評(píng)定。四、用三角高程測(cè)量法測(cè)定建筑物的沉降變形在興建和運(yùn)營(yíng)管理期間對(duì)大型工程建筑物的沉降觀測(cè)，通常采用靜力水準(zhǔn)測(cè)量或高精度水準(zhǔn)測(cè)量，這就要求要設(shè)置精致的標(biāo)志，使用精密的水準(zhǔn)尺及其他高精度設(shè)備。為了降低成本和滿足沉降觀測(cè)的急需，可采用短邊三角高程測(cè)量法進(jìn)行建筑物的沉降觀測(cè)，其方法如下：如圖4-210所示，在建筑物上分別固定標(biāo)志1和2，在建筑物之間安置精密光學(xué)經(jīng)緯儀，測(cè)定傾斜角α1及α2。當(dāng)α1及α2很小的情況下，標(biāo)志的高程H，可按下式計(jì)算：圖4-210（4-87）式中l(wèi)——儀器到標(biāo)志的斜距；ρ＝206265"。則兩個(gè)標(biāo)志之間的高差h12即可求得。當(dāng)l1≈l2≈l，和α1≈α2≈α?xí)r，且測(cè)角和量距誤差對(duì)高差為等影響時(shí)，則對(duì)量距和測(cè)角的精度要求為：由式（4-88）可知測(cè)角和量距誤差的大小，都與mk有關(guān)，其影響大小，分別如表4-49及表4-50所示。由表中數(shù)字可以看出，當(dāng)傾斜角α愈大、距離l愈長(zhǎng)則對(duì)測(cè)角、量距的精度要求愈高。例如當(dāng)要求建筑物沉降觀測(cè)中誤差為m沉＝±0.5mm時(shí)，則在1測(cè)站上測(cè)定高差的中誤差為：根據(jù)使用010光學(xué)經(jīng)緯儀觀測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)l＝2~15m，α＝0°~5°時(shí)，一測(cè)回測(cè)角中誤差為±1"。采用三角高程測(cè)量法測(cè)定建筑物的沉降，在我國(guó)剛剛開始，而國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于混凝土地基、高層樓房等建筑物的沉降觀測(cè)。五、用基準(zhǔn)線法測(cè)定建筑物的水平位移水平位移觀測(cè)的任務(wù)是測(cè)定建筑物在平面位置上隨時(shí)間變化的移動(dòng)量。當(dāng)要測(cè)定某大型建筑物的水平位移時(shí)，可以根據(jù)建筑物的形狀和大小，布設(shè)各種形式的控制網(wǎng)進(jìn)行水平位移觀測(cè)，當(dāng)要測(cè)定建筑物在某一特定方向上的位移量時(shí)，這時(shí)可以在垂直于待測(cè)定的方向上建立一條基準(zhǔn)線，定期地測(cè)量觀測(cè)標(biāo)志偏離基準(zhǔn)線的距離，就可以了解建筑物的水平位移情況。建立基準(zhǔn)線的方法有“視準(zhǔn)線法”、“引張線法”和“激光準(zhǔn)直法”。1．視準(zhǔn)線法由經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)面形成基準(zhǔn)面的基準(zhǔn)線法，稱為視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)線法又分為角度變化法（即小角法）和移位法（即活動(dòng)覘牌法）兩種。小角法是利用精密光學(xué)經(jīng)緯儀，精確測(cè)出基準(zhǔn)線與置鏡端點(diǎn)到觀測(cè)點(diǎn)視線之間所夾的角度。由于這些角度很小，觀測(cè)時(shí)只用旋轉(zhuǎn)水平微動(dòng)螺旋即可。設(shè)α為觀測(cè)的角度，di為測(cè)站點(diǎn)到照準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，則觀測(cè)標(biāo)志偏離基準(zhǔn)線的橫向偏差qi為：（4-92）在小角法測(cè)量中，通常采用T2型經(jīng)緯儀，角度觀測(cè)四個(gè)測(cè)回。距離di的丈量精度要求不高，以1/2000的精度往返丈量一次即可?；顒?dòng)覘牌法是直接利用安置在觀測(cè)點(diǎn)上的活動(dòng)覘牌來測(cè)定偏離值。其專用儀器設(shè)備為精密視準(zhǔn)儀、固定覘牌和活動(dòng)覘牌。施測(cè)步驟如下：（1）將視準(zhǔn)儀安置在基準(zhǔn)線的端點(diǎn)上，將固定覘牌安置在另一端點(diǎn)上。（2）將活動(dòng)覘牌仔細(xì)地安置在觀測(cè)點(diǎn)上，視準(zhǔn)儀瞄準(zhǔn)固定覘牌后，將方向固定下來，然后由觀測(cè)員指揮觀測(cè)點(diǎn)上的工作人員移動(dòng)活動(dòng)覘牌，待覘牌的照準(zhǔn)標(biāo)志剛好位于視線方向上時(shí)，讀取活動(dòng)覘牌上的讀數(shù)。然后再移動(dòng)活動(dòng)覘牌從相反方向?qū)?zhǔn)視準(zhǔn)線進(jìn)行第二次讀數(shù)，每定向一次要觀測(cè)四次，即完成一個(gè)測(cè)回的觀測(cè)。（3）在第二測(cè)回開始時(shí)，儀器必須重新定向，其步驟相同，一般對(duì)每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)需進(jìn)行往測(cè)、返測(cè)各2~6個(gè)測(cè)回。2．引張線法引張線法是在兩固定端點(diǎn)之間用拉緊的金屬絲作為基準(zhǔn)線，用于測(cè)定建筑物水平位移。引張線的裝置由端點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)、測(cè)線（不銹鋼絲）與測(cè)線保護(hù)管四部分組成。在引張線法中假定鋼絲兩端固定不動(dòng)，則引張線是固定的基準(zhǔn)線。由于各觀測(cè)點(diǎn)上之標(biāo)尺是與建筑物體固定連接的，所以對(duì)于不同的觀測(cè)周期，鋼絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)變化值，就是該觀測(cè)點(diǎn)的水平位移值。引張線法常用在大壩變形觀測(cè)中，引張線安置在壩體廊道內(nèi)，不受旁折光和外界影響，所以觀測(cè)精度較高，根據(jù)生產(chǎn)單位的統(tǒng)計(jì)，三測(cè)回觀測(cè)平均值的中誤差可達(dá)0.03mm。3．激光準(zhǔn)直法激光準(zhǔn)直法可分為兩類：第一類是激光束準(zhǔn)直法。它是通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)射激光束，在需要準(zhǔn)直的觀測(cè)點(diǎn)上用光電探測(cè)器接收。由于這種方法是以可見光束代替望遠(yuǎn)鏡視線，用光電探測(cè)器探測(cè)激光光斑能量中心，所以常用于施工機(jī)械導(dǎo)向的自動(dòng)化和變形觀測(cè)。第二類是波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，波帶板是一種特殊設(shè)計(jì)的屏，它能把一束單色相干光會(huì)聚成一個(gè)亮點(diǎn)。波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)由激光器點(diǎn)光源、波帶板裝置和光電探測(cè)器或自動(dòng)數(shù)碼顯示器三部分組成。第二類方法的準(zhǔn)直精度高于第一類，可達(dá)10-6~10-7以上。六、用前方交會(huì)法測(cè)定建筑物的水平位移在測(cè)定大型工程建筑物（例如塔形建筑物、水工建筑物等）的水平位移時(shí)，可利用變形影響范圍以外的控制點(diǎn)用前方交會(huì)法進(jìn)行。如圖4-211所示，1，2點(diǎn)為互不通視的控制點(diǎn)，T1為建筑物上的位移觀測(cè)點(diǎn)。由于γl及γ2不能直接測(cè)量，為此必須測(cè)量連接角γ'1及γ'2，則γl及γ2通過計(jì)算可以求得：圖4-211七、用后方交會(huì)法測(cè)定建筑物的水平位移建筑物的平面位移觀測(cè)，在我國(guó)用于水利工程上較多，例如大壩、護(hù)坡、護(hù)岸等工程。位移觀測(cè)的方法很多，有方向線法、三角測(cè)量法、綜合測(cè)量法，還有視準(zhǔn)線法、引張線法，正、倒垂線法等等。在上一節(jié)我們介紹了用角度前方交會(huì)法測(cè)定建筑物的水平位移，本節(jié)我們將介紹用后方交會(huì)法測(cè)定建筑物的水平位移。為了測(cè)定單體建筑物的水平位移，可在被測(cè)建筑物本體上設(shè)立測(cè)站，要求測(cè)站標(biāo)志必須和建筑物連成一個(gè)整體。在建筑物周圍，當(dāng)然應(yīng)在變形范圍之外，尋找4~5個(gè)固定方向，要求測(cè)站點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)都有強(qiáng)制歸心設(shè)備，以克服偏心誤差的影響。常見的對(duì)中裝置有下列三種：1．三叉式對(duì)中盤：如圖4-212所示，盤上銑出三條輻射形凹槽，三條凹槽夾角為120°，對(duì)中時(shí)必須先把基座的底板卸掉，將三只腳螺旋尖端安放在三條凹槽中后，經(jīng)緯儀就在對(duì)中盤上定位了。圖4-212三叉式對(duì)中盤2．點(diǎn)、線、面式對(duì)中盤：如圖4-213所示，盤上有三個(gè)小金屬塊，分別是點(diǎn)、線、面?！包c(diǎn)”是金屬塊上有一個(gè)圓錐形凹穴，腳螺旋尖端對(duì)準(zhǔn)放上去后即不可移動(dòng)；“線”是金屬塊上，有一條線形凹槽，腳螺旋尖端在凹槽內(nèi)可以沿槽線移動(dòng)。第三塊是一個(gè)平面，腳螺旋尖端在上面有二維自由度，當(dāng)腳螺旋間距與這三個(gè)金屬塊間距大致相等時(shí)，儀器可以在對(duì)中盤上精確就位。圖4-213點(diǎn)、線、面式對(duì)中盤3．球、孔式對(duì)中裝置：如圖4-214所示，固定在標(biāo)志體上的對(duì)中盤上有一個(gè)圓柱形的對(duì)中孔，另有一個(gè)對(duì)中球（或圓柱）通過螺紋可以旋在基底的底板下，對(duì)中球外徑與對(duì)中孔的內(nèi)徑匹配，旋上對(duì)中球的測(cè)量?jī)x器通過球、孔接口，可以精確地就位于對(duì)中盤上。圖4-214球、孔式對(duì)中裝置儀器和觀測(cè)標(biāo)志都設(shè)置強(qiáng)制歸心設(shè)備之后，即可在測(cè)站上進(jìn)行多次后方交會(huì)觀測(cè)，這樣定