1、第15章 建(構(gòu))筑物變形觀測(cè)與動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè),建筑物隨時(shí)間的推移發(fā)生沉降、位移、撓曲、傾斜及裂縫等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱為變形。 變形的原因:建筑物在工程建設(shè)和使用過(guò)程中，由于基礎(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造不均勻，土壤的物理性質(zhì)不同，土基的塑性變形，地下水位的變化，大氣溫度的變化，建筑物荷身的荷重及動(dòng)荷載(如風(fēng)力、震動(dòng)等)的作用等． 變形按時(shí)間長(zhǎng)短分為：長(zhǎng)周期變形(建筑物自重引起的沉降和變形)、短周期變形(溫度變化所引

2、起的變形)和瞬時(shí)變形(風(fēng)振引屈的變形)。 變形按其類型可分為：靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形。,15.1 變形觀測(cè)概述,建筑物變形監(jiān)測(cè)的主要目的包括以下幾個(gè)方面： ①、分析估計(jì)建筑物的安全程度，以便及時(shí)采取措施，設(shè)法保證建筑物的安全運(yùn)行. ②、利用長(zhǎng)期的觀測(cè)資料驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù). ③、反饋工程的施工質(zhì)量. ④、研究建筑物變形的基本規(guī)律,,變形觀測(cè)方法第一類：常規(guī)大

3、地測(cè)量方法，包括幾何水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)量、三角高程測(cè)量、三角(邊)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、交會(huì)法等。第二類：攝影測(cè)量方法，包括近景攝影測(cè)量。,,第三類：專門測(cè)量方法．或稱物理儀器法．包括各種準(zhǔn)直測(cè)量(激光準(zhǔn)直系統(tǒng)具有代表性)、傾斜儀觀測(cè)、流體靜力水淮測(cè)量系紋及應(yīng)變計(jì)測(cè)量等第四類：空間測(cè)量技術(shù)．包括甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量、衛(wèi)星激光測(cè)距、全球定位系統(tǒng)(GPS)等。空間測(cè)量技術(shù)先進(jìn)，可以提供大量的變形信息，是研究地殼形變及地友下沉等全球性變形的主要手段。第五

4、類：自動(dòng)化觀測(cè)的方法。坐標(biāo)儀、液態(tài)儀等。,,建筑物變形觀測(cè)的實(shí)質(zhì)是：定期地對(duì)建筑物的有關(guān)幾何量進(jìn)行測(cè)量，并從中整理、分析出變形規(guī)律。 其基本原理是：在建筑物上選擇一定數(shù)量的有代表性的點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些點(diǎn)的重復(fù)觀測(cè)來(lái)求出幾何量的變化。 變形觀測(cè)的測(cè)量點(diǎn)可分為：基難點(diǎn)、工作點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)三類。,變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分類:,(1) 基準(zhǔn)點(diǎn) 基準(zhǔn)點(diǎn)為變形觀測(cè)系統(tǒng)的基本控制點(diǎn)，是測(cè)定工作點(diǎn)和變形點(diǎn)的依據(jù)。基準(zhǔn)點(diǎn)通常埋設(shè)在穩(wěn)固的基巖

5、上或變形區(qū)域以外，盡可能長(zhǎng)期保存，穩(wěn)定不動(dòng)。每個(gè)工程一般應(yīng)建立3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn). (水平位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志),,垂直位移監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志,,2 、工作點(diǎn) 工作點(diǎn)又稱工作基點(diǎn)，它是基準(zhǔn)點(diǎn)與變形觀測(cè)點(diǎn)之間起聯(lián)系作用的點(diǎn)。工作埋設(shè)在被研究對(duì)象附近，要求在觀測(cè)期間保持點(diǎn)位穩(wěn)定。3、觀測(cè)點(diǎn) 變形觀測(cè)點(diǎn)是直接埋設(shè)在變形體上的能反映建筑物變形特征的測(cè)量點(diǎn)，又稱觀測(cè)點(diǎn)，一般地設(shè)在建筑物內(nèi)部。并根據(jù)

6、測(cè)定它們的變化來(lái)判斷這些建筑物的沉陷與位移。,,觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)：,,觀測(cè)點(diǎn)的安放位置,,建筑物監(jiān)測(cè)內(nèi)容： 1、工業(yè)及民用建筑物 對(duì)于工業(yè)與民用建筑物。主要進(jìn)行沉陷、傾斜和裂縫的觀測(cè)，即靜態(tài)變形觀測(cè)； 對(duì)于高層建筑物。還耍進(jìn)行震動(dòng)觀測(cè)，即動(dòng)態(tài)變形觀測(cè)； 對(duì)于大量抽取地下水及進(jìn)行地下采礦的地區(qū)。則應(yīng)進(jìn)行地表沉降觀測(cè)。 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下： （1）基礎(chǔ)沉降：?jiǎn)吸c(diǎn)沉降量、平均

7、沉降量、相對(duì)沉降量、傾斜、彎曲、沉降速率。 （2）水平位移：?jiǎn)吸c(diǎn)水平位移、位移速率、撓度。 （2）滑坡監(jiān)測(cè)。 （3）裂縫監(jiān)測(cè)。 （4）內(nèi)部監(jiān)測(cè)：應(yīng)力／應(yīng)變監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)。,,2、水工建筑物 對(duì)于大型水工建筑物，例如混凝土壩，由于水的側(cè)壓力、外界溫度變化、壩體自重等因素的影響，壩體將產(chǎn)生沉降、水平位移、傾斜、撓曲等變化，因而需要進(jìn)行相應(yīng)內(nèi)容的變形觀測(cè)。對(duì)于某些重要建筑物，除了進(jìn)行必要的變形監(jiān)測(cè)外，還需要

8、對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、摻壓等項(xiàng)目進(jìn)行觀測(cè)，以便綜合了解建筑物的工作性態(tài)。,,主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下： （1）現(xiàn)場(chǎng)巡視 （2）外部監(jiān)測(cè)：沉降、水平位移、傾斜、撓度、裂縫、滑坡等。 （3）內(nèi)部監(jiān)測(cè)：溫度、應(yīng)力／應(yīng)變、滲壓、滲流量、水力學(xué)觀測(cè)、水文觀測(cè)、泥沙。 （4）環(huán)境監(jiān)測(cè)：水位、氣溫、降雨量、風(fēng)、地震、地下滲流場(chǎng)。,,3、大型橋梁工程 （1）橋梁墩臺(tái)變形觀測(cè) 橋梁墩臺(tái)的變形觀測(cè)主要包括兩方面

9、： 各墩臺(tái)的垂直位移觀測(cè)：主要包括墩臺(tái)特征位置的垂直位移和沿橋軸線方向(或垂直于橋軸線方向)的傾斜觀測(cè)； 各墩臺(tái)的水平位移觀測(cè)：其中各墩臺(tái)在上、下游的水平位移觀測(cè)稱為橫向位移觀測(cè)，各墩臺(tái)沿橋軸線方向的水平位移觀測(cè)稱為縱向位移觀測(cè)。兩者中，以橫向位移觀測(cè)更為重要。,,（2）塔柱變形觀測(cè) 塔柱變形觀測(cè)主要包括：塔柱頂部水平位移監(jiān)測(cè)、塔柱整體傾斜觀測(cè)、塔柱周日變形觀測(cè)、塔柱體撓度觀測(cè)、塔柱體伸縮量觀測(cè)

10、。（3）橋面撓度觀測(cè) 橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況。橋面在外界荷載的作用下將發(fā)生變形，使橋梁的實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形產(chǎn)生差異，從而影響橋梁的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。,,（4）橋面水平位移觀測(cè) 橋面水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移。橋梁水平位移主要由基礎(chǔ)的位移、傾斜以及外界荷載(風(fēng)．日照、車輛等)等引起，對(duì)于大路徑的斜拉橋和懸索橋，風(fēng)荷載可使橋面產(chǎn)生大幅度的擺動(dòng)，這對(duì)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)十分不利。,

11、,橋梁工程的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下：（1）塔柱變形：基礎(chǔ)沉降、傾斜、周日變形、壓縮、膨脹。（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力／應(yīng)變監(jiān)測(cè)。（3）結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)。（4）橋面線形監(jiān)測(cè)。（5）結(jié)構(gòu)震動(dòng)監(jiān)測(cè)。（6）索力監(jiān)測(cè)。（7）環(huán)境監(jiān)測(cè)(風(fēng)、氣溫、地震、車流量、流速等）。（8）河床變化監(jiān)測(cè)。,,變形監(jiān)測(cè)的精度,不同目的的變形監(jiān)測(cè)精度要求不同,,5、變形觀測(cè)的周期 變形觀測(cè)的時(shí)間間隔稱為觀測(cè)周期，即在一定的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)周期的測(cè)量工作。

12、 觀測(cè)周期與工程的大小、測(cè)點(diǎn)所在位置的重要性、觀測(cè)目的以及觀測(cè)一次所需時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。 確定變形觀測(cè)的周期原則:應(yīng)以能系統(tǒng)反映所測(cè)變形的變化過(guò)程且不遺漏其變化時(shí)刻為原則。,,一般可按荷載的變化或變形的速度來(lái)確定。在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測(cè)周期應(yīng)多一些，隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測(cè)次數(shù)，但仍應(yīng)堅(jiān)持長(zhǎng)期觀測(cè)，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對(duì)于周期件的變形，在一個(gè)變形周期內(nèi)至少應(yīng)觀測(cè)兩次。 （以大壩為例的觀

13、測(cè)周期如下，其它工程以規(guī)范為準(zhǔn)）,15.2 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)原則 1）針對(duì)性；2）完整性；3）先進(jìn)性；4）可靠性；5）經(jīng)濟(jì)性 2、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,15.3 水平位移監(jiān)測(cè),1.建筑物的水平位移是指:建筑物的整體平面移動(dòng)，其原因主要是基礎(chǔ)受到水平應(yīng)力的影響,如地基處于滑坡地帶或受地震的影響。測(cè)定平面位置隨時(shí)間變化的移動(dòng)量，以監(jiān)視建筑物的安全或采取加固措施。 ***其表現(xiàn)形

14、式為在不同時(shí)期平面坐標(biāo)或距離的變化。建筑物水平位移觀測(cè)是測(cè)定建筑物在平面位置上隨時(shí)間變化的移動(dòng)量***,,水平位移觀測(cè)的方法常規(guī)的有: 地面控制測(cè)量方法，如導(dǎo)線測(cè)量、前方交會(huì)法等；也有各專用方法，如基準(zhǔn)線法，正、倒垂線法等。對(duì)于各種不同的方法，其測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)及其標(biāo)志布設(shè)都有專門的要求。通常以測(cè)量規(guī)范為準(zhǔn).,,,測(cè)角前方交會(huì),在變形點(diǎn)上不便于架設(shè)儀器時(shí)，多采用這種方法。如圖15—4所示，A、B為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)

15、，由于A、B的坐標(biāo)為已知，在觀測(cè)了水平角α、β后，即可依下式求算p點(diǎn)的坐標(biāo)。 ——測(cè)角中誤差；D——兩已知點(diǎn)間的距離； ——206 265″。采用這種方法時(shí)，交會(huì)角宜在60°至120°之間，以保證交會(huì)精度。,,,,,,后方交會(huì),如果變形點(diǎn)上可以架設(shè)儀器，且與三個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)通視時(shí)，可采用這種方法。如圖15－5所示，A、B、C為平面基準(zhǔn)點(diǎn)，p為變形點(diǎn)，當(dāng)觀測(cè)了水平角α、β后，即可依公式15—3計(jì)算p點(diǎn)坐標(biāo)。

16、,,,,,,,,采用這種方法時(shí)，需注意p點(diǎn)不能與A、B、C在同一圓周上，否則無(wú)定解。,極坐標(biāo)法,在光電測(cè)距儀出現(xiàn)以后，這種方法用得比較廣泛，只要在變形點(diǎn)上可以安置反光鏡，且與基準(zhǔn)點(diǎn)通視即可。如圖15—6所示，A、B為基準(zhǔn)點(diǎn)，其坐標(biāo)已知，p為變形點(diǎn)，當(dāng)測(cè)出α及d以后，即可據(jù)以求出p點(diǎn)的坐標(biāo)，由于計(jì)算方法簡(jiǎn)單，不再進(jìn)行說(shuō)明。,點(diǎn)位中誤差的估算公式為：,,導(dǎo)線法,當(dāng)相鄰的變形點(diǎn)間可以通視，且在變形點(diǎn)上可以安置儀器進(jìn)行測(cè)角、測(cè)距時(shí)，可采用這種方

17、法。通過(guò)各次觀測(cè)所得的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，便可得出點(diǎn)位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線型建筑物的水平位移觀測(cè)，如對(duì)弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測(cè)。,,4．引張線法 引張線法是利用一根在兩端拉緊的鋼絲(或高強(qiáng)度的尼龍絲)所建立的基準(zhǔn)面來(lái)測(cè)定偏移值的方法。由于鋼絲被固定在兩端的工作基點(diǎn)上，觀測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間相對(duì)于鋼絲的偏移值之差即是該觀測(cè)點(diǎn)在垂直于軸線方向上的水平位移量。,,,15.4 垂直位移監(jiān)測(cè),建筑物的沉降是指:建

18、筑物及其基礎(chǔ)在垂直方向上的變形(也稱垂直位移)。 ***沉降觀測(cè)就是測(cè)定建筑物上所設(shè)觀測(cè)點(diǎn)(沉降點(diǎn))與基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)點(diǎn))之間隨時(shí)間變化的高差變化量。*** 通常采用,,進(jìn)行垂直位移觀測(cè)時(shí)，首先校測(cè)工作基點(diǎn)的高程，然后再由工作基點(diǎn)測(cè)定各位移標(biāo)點(diǎn)的高程。 將首次測(cè)得的位移標(biāo)點(diǎn)高程與本次測(cè)得的高程相比較，其差值即為兩次觀測(cè)時(shí)間間隔內(nèi)位移標(biāo)點(diǎn)的垂直位移量。按規(guī)定垂直位移向下為正，向上為負(fù)。,,觀測(cè)計(jì)算

19、:,,垂直位移常用的觀測(cè)方法有： (1)幾何水準(zhǔn)測(cè)量法。利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開(kāi)始測(cè)量各點(diǎn)位高程的方法，通過(guò)各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移。 (2)三角高程測(cè)量法。利用三角高程測(cè)量原理測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，從而判定該點(diǎn)的變形情況，該法適用于高差較大的場(chǎng)合。 (3)液體靜力水準(zhǔn)法。利用連通管原理測(cè)量各點(diǎn)位容器內(nèi)液面高差以測(cè)定各點(diǎn)垂直位移的觀測(cè)方法，適用于混凝土大壩基礎(chǔ)廊道和土石壩表面垂直位移觀測(cè)。

20、 (4)GPS觀測(cè)法。利用GPS可以測(cè)量出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而也可測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的垂直位移。,,1、幾何水準(zhǔn)測(cè)量法,,水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)應(yīng)按照國(guó)家規(guī)范的具體要求嚴(yán)格執(zhí)行。儀器校驗(yàn)；應(yīng)按照規(guī)范要求的觀測(cè)程序和限差要求進(jìn)行觀測(cè)和檢驗(yàn)。 在水難測(cè)量作業(yè)過(guò)程中，還應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）三等以上水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)往返觀測(cè)，其觀測(cè)順序?yàn)椋?往測(cè)；奇數(shù)站，后一前一前一后；偶數(shù)站，前一后一后—前。

21、 返測(cè)：奇數(shù)站，前一后一后一前；偶數(shù)站，后一前一前一后。 （2）三等水準(zhǔn)若為附合線路可以采用單程測(cè)量，支線必須進(jìn)行往返 觀測(cè)。 （3）自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀作業(yè)時(shí)，水準(zhǔn)器應(yīng)嚴(yán)格校正，并經(jīng)常檢查其性 能。 （4）由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，兩水準(zhǔn)尺必須位置互換并重新整平儀器。 （5）每測(cè)段的往返測(cè)的測(cè)站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)。 （6）應(yīng)選氣象條件良好的狀態(tài)下進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。,,水準(zhǔn)測(cè)量精度,,2、三角高程測(cè)量,15.5

22、 撓度與裂縫觀測(cè),1、撓度觀測(cè) 撓度觀測(cè)是：測(cè)定建筑物受力后撓曲程度。 觀測(cè)方法是測(cè)定建筑物在鉛垂面內(nèi)各不同高程點(diǎn)相對(duì)于底部的水平位移值。 測(cè)量方法： A、對(duì)高層建筑物，通常采用前方交會(huì)法測(cè)定。,,B、對(duì)內(nèi)部有豎直通道的建筑物，撓度觀測(cè)多采用垂線觀測(cè)，即從建筑物頂部附近懸掛一根不銹鋼絲，下掛重錘，直到建筑物底部。在建筑物不同高程上設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，以坐標(biāo)儀定期測(cè)出各點(diǎn)相對(duì)于垂線最低點(diǎn)的位移，比較不同周期的觀測(cè)

23、成果，即可求得建筑物的撓度值。,,C、如果采用電子傳感設(shè)備，可將觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于垂線的微小位移變換成電感輸出，經(jīng)放大后出電橋測(cè)定并顯示各點(diǎn)的撓度值。,,2 、裂縫觀測(cè) 對(duì)建筑物產(chǎn)生的裂縫要進(jìn)行位置、長(zhǎng)度、寬度、深度和錯(cuò)距等的定期觀測(cè)。 ?？煞譃橐韵聝深悾?（1）土工建筑物裂縫觀測(cè) 對(duì)于表面裂縫．可對(duì)全部裂縫或若干主要裂縫區(qū)的裂縫進(jìn)行觀測(cè)。 在觀測(cè)范圍內(nèi)，以土壩、土堤等建筑物的軸線為基準(zhǔn)線，