建筑物監(jiān)測課程

1、第15章 建(構(gòu))筑物變形觀測與動態(tài)位移監(jiān)測,建筑物隨時間的推移發(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荷載(如風(fēng)力、震動等)的作用等． 變形按時間長短分為：長周期變形(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)變形和動態(tài)變形。,15.1 變形觀測概述,建筑物變形監(jiān)測的主要目的包括以下幾個方面： ①、分析估計(jì)建筑物的安全程度，以便及時采取措施，設(shè)法保證建筑物的安全運(yùn)行. ②、利用長期的觀測資料驗(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,,變形觀測方法第一類：常規(guī)大

3、地測量方法，包括幾何水準(zhǔn)測量測量、三角高程測量、三角(邊)測量、導(dǎo)線測量、交會法等。第二類：攝影測量方法，包括近景攝影測量。,,第三類：專門測量方法．或稱物理儀器法．包括各種準(zhǔn)直測量(激光準(zhǔn)直系統(tǒng)具有代表性)、傾斜儀觀測、流體靜力水淮測量系紋及應(yīng)變計(jì)測量等第四類：空間測量技術(shù)．包括甚長基線干涉測量、衛(wèi)星激光測距、全球定位系統(tǒng)(GPS)等?？臻g測量技術(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：自動化觀測的方法。坐標(biāo)儀、液態(tài)儀等。,,建筑物變形觀測的實(shí)質(zhì)是：定期地對建筑物的有關(guān)幾何量進(jìn)行測量，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)，通過對這些點(diǎn)的重復(fù)觀測來求出幾何量的變化。 變形觀測的測量點(diǎn)可分為：基難點(diǎn)、工作點(diǎn)和觀測點(diǎn)三類。,變形監(jiān)測點(diǎn)的分類:,(1) 基準(zhǔn)點(diǎn) 基準(zhǔn)點(diǎn)為變形觀測系統(tǒng)的基本控制點(diǎn)，是測定工作點(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，盡可能長期保存，穩(wěn)定不動。每個工程一般應(yīng)建立3個基準(zhǔn)點(diǎn). (水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志),,垂直位移監(jiān)測基準(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)與變形觀測點(diǎn)之間起聯(lián)系作用的點(diǎn)。工作埋設(shè)在被研究對象附近，要求在觀測期間保持點(diǎn)位穩(wěn)定。3、觀測點(diǎn) 變形觀測點(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量點(diǎn)，又稱觀測點(diǎn)，一般地設(shè)在建筑物內(nèi)部。并根據(jù)

6、測定它們的變化來判斷這些建筑物的沉陷與位移。,,觀測點(diǎn)的埋設(shè)：,,觀測點(diǎn)的安放位置,,建筑物監(jiān)測內(nèi)容： 1、工業(yè)及民用建筑物 對于工業(yè)與民用建筑物。主要進(jìn)行沉陷、傾斜和裂縫的觀測，即靜態(tài)變形觀測； 對于高層建筑物。還耍進(jìn)行震動觀測，即動態(tài)變形觀測； 對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。 主要監(jiān)測項(xiàng)目如下： （1）基礎(chǔ)沉降：單點(diǎn)沉降量、平均

7、沉降量、相對沉降量、傾斜、彎曲、沉降速率。 （2）水平位移：單點(diǎn)水平位移、位移速率、撓度。 （2）滑坡監(jiān)測。 （3）裂縫監(jiān)測。 （4）內(nèi)部監(jiān)測：應(yīng)力／應(yīng)變監(jiān)測、溫度監(jiān)測、地下水位監(jiān)測。,,2、水工建筑物 對于大型水工建筑物，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。對于某些重要建筑物，除了進(jìn)行必要的變形監(jiān)測外，還需要

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

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

10、。（3）橋面撓度觀測 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 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，這對橋梁的安全運(yùn)營十分不利。,

11、,橋梁工程的主要監(jiān)測項(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。（3）結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測。（4）橋面線形監(jiān)測。（5）結(jié)構(gòu)震動監(jiān)測。（6）索力監(jiān)測。（7）環(huán)境監(jiān)測(風(fēng)、氣溫、地震、車流量、流速等）。（8）河床變化監(jiān)測。,,變形監(jiān)測的精度,不同目的的變形監(jiān)測精度要求不同,,5、變形觀測的周期 變形觀測的時間間隔稱為觀測周期，即在一定的時間內(nèi)完成一個周期的測量工作。

12、 觀測周期與工程的大小、測點(diǎn)所在位置的重要性、觀測目的以及觀測一次所需時間的長短有關(guān)。 確定變形觀測的周期原則:應(yīng)以能系統(tǒng)反映所測變形的變化過程且不遺漏其變化時刻為原則。,,一般可按荷載的變化或變形的速度來確定。在工程建筑物建成初期，變形速度較快，觀測周期應(yīng)多一些，隨著建筑物趨向穩(wěn)定，可以減少觀測次數(shù)，但仍應(yīng)堅(jiān)持長期觀測，以便能發(fā)現(xiàn)異常變化。對于周期件的變形，在一個變形周期內(nèi)至少應(yīng)觀測兩次。 （以大壩為例的觀

13、測周期如下，其它工程以規(guī)范為準(zhǔn)）,15.2 變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì),一、變形監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與內(nèi)容 1 設(shè)計(jì)原則 1）針對性；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,1.建筑物的水平位移是指:建筑物的整體平面移動，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。測定平面位置隨時間變化的移動量，以監(jiān)視建筑物的安全或采取加固措施。 ***其表現(xiàn)形

14、式為在不同時期平面坐標(biāo)或距離的變化。建筑物水平位移觀測是測定建筑物在平面位置上隨時間變化的移動量***,,水平位移觀測的方法常規(guī)的有: 地面控制測量方法，如導(dǎo)線測量、前方交會法等；也有各專用方法，如基準(zhǔn)線法，正、倒垂線法等。對于各種不同的方法，其測點(diǎn)與工作基點(diǎn)及其標(biāo)志布設(shè)都有專門的要求。通常以測量規(guī)范為準(zhǔn).,,,測角前方交會,在變形點(diǎn)上不便于架設(shè)儀器時，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，在觀測了水平角α、β后，即可依下式求算p點(diǎn)的坐標(biāo)。 ——測角中誤差；D——兩已知點(diǎn)間的距離； ——206 265″。采用這種方法時，交會角宜在60°至120°之間，以保證交會精度。,,,,,,后方交會,如果變形點(diǎn)上可以架設(shè)儀器，且與三個平面基準(zhǔn)點(diǎn)通視時，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，需注意p點(diǎn)不能與A、B、C在同一圓周上，否則無定解。,極坐標(biāo)法,在光電測距儀出現(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)算方法簡單，不再進(jìn)行說明。,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)行測角、測距時，可采用這種方

17、法。通過各次觀測所得的坐標(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，如對弧形拱壩和曲線橋的水平位移觀測。,,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)面來測定偏移值的方法。由于鋼絲被固定在兩端的工作基點(diǎn)上，觀測點(diǎn)在不同時間相對于鋼絲的偏移值之差即是該觀測點(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,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)。 ***沉降觀測就是測定建筑物上所設(shè)觀測點(diǎn)(沉降點(diǎn))與基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)點(diǎn))之間隨時間變化的高差變化量。*** 通常采用,,進(jìn)行垂直位移觀測時，首先校測工作基點(diǎn)的高程，然后再由工作基點(diǎn)測定各位移標(biāo)點(diǎn)的高程。 將首次測得的位移標(biāo)點(diǎn)高程與本次測得的高程相比較，其差值即為兩次觀測時間間隔內(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)。,,觀測計(jì)算

19、:,,垂直位移常用的觀測方法有： (1)幾何水準(zhǔn)測量法。利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺從水準(zhǔn)基點(diǎn)開始測量各點(diǎn)位高程的方法，通過各點(diǎn)位高程變化求得其垂直位移。 (2)三角高程測量法。利用三角高程測量原理測定監(jiān)測點(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合。 (3)液體靜力水準(zhǔn)法。利用連通管原理測量各點(diǎn)位容器內(nèi)液面高差以測定各點(diǎn)垂直位移的觀測方法，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。

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

21、 返測：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量，支線必須進(jìn)行往返 觀測。 （3）自動安平水準(zhǔn)儀作業(yè)時，水準(zhǔn)器應(yīng)嚴(yán)格校正，并經(jīng)常檢查其性 能。 （4）由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準(zhǔn)尺必須位置互換并重新整平儀器。 （5）每測段的往返測的測站數(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)測量。,,水準(zhǔn)測量精度,,2、三角高程測量,15.5

22、 撓度與裂縫觀測,1、撓度觀測 撓度觀測是：測定建筑物受力后撓曲程度。 觀測方法是測定建筑物在鉛垂面內(nèi)各不同高程點(diǎn)相對于底部的水平位移值。 測量方法： A、對高層建筑物，通常采用前方交會法測定。,,B、對內(nèi)部有豎直通道的建筑物，撓度觀測多采用垂線觀測，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)置觀測點(diǎn)，以坐標(biāo)儀定期測出各點(diǎn)相對于垂線最低點(diǎn)的位移，比較不同周期的觀測

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，可將觀測點(diǎn)相對于垂線的微小位移變換成電感輸出，經(jīng)放大后出電橋測定并顯示各點(diǎn)的撓度值。,,2 、裂縫觀測 對建筑物產(chǎn)生的裂縫要進(jìn)行位置、長度、寬度、深度和錯距等的定期觀測。 常可分為以下兩類： （1）土工建筑物裂縫觀測 對于表面裂縫．可對全部裂縫或若干主要裂縫區(qū)的裂縫進(jìn)行觀測。 在觀測范圍內(nèi)，以土壩、土堤等建筑物的軸線為基準(zhǔn)線，