第十五章建筑物的变形观测 .docx

精品名师归纳总结第十五章建筑物的变形观测§15 1 概述建筑物的变形观测，目前在我国已受到高度重视。随着社会主义建设的蓬勃进展，各种大型建筑物，如水坝、高层建筑、大型桥梁、隧道及各种大型设备的显现，因变形而造成缺失的也越来越多。这种变形总是由量变到质变而造成事故的。固而准时的对建筑物进行变形观测，随时监视变形的进展变化，在未造成缺失以前，准时实行补救措施，这就是变形观测的主要目的。它的另一个目的是检验设计的合理性，为提高设计质量供应科学的依据。建筑物产生变形的缘由许多，如的质条件、的震、荷载及外力作用的变化等是其主要原 因。在建筑物的设计及施工中，都应全面的考虑这些因素。假如设计不合理，材料挑选不当，施工方法不当或施工质量低劣，就会使变形超出答应值而造成缺失。建筑物产生变形时，必定会引起内部应力的变化，当应力变化到极限值时，建筑物即遭到破坏。所以对有些建筑物，在测定形变的同时，应辅以应力测定。本章只涉及形变观测。依据变形的性质，可分为静态变形和动态变形两类。静态变形是时间的函数，观测结果只表示在某一期间内的变形。动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数表示的，对于时间的变化，其观测结果表示在某一时刻的瞬时变形。由于变形是随时间进展变化的，所以·对静态变形要周期性的进行重复观测，以求取两相邻周期间的变化量。而对动态观测，就需用自动记录仪器记录其瞬时位置。本章主要说明静态变形的观测方法。建筑物变形的表现形式，主要为水平位移、垂直位移和倾斜，有的建筑物也可能产生挠曲及扭转。当建筑物的整体性受到破坏时，就可产生裂缝。所谓变形，是指相对于稳固点的空间位置的变化，所以在进行变形观测时，必需以稳固点为依据。这些稳固点称为基准点或掌握点。因而变形观测也要遵循从掌握到碎部的原就。依据观测结果，应对变形进行分析，得出变形的规律及大小，以判定建筑物是逐步趋于稳固，仍是变形连续扩大。假如变形连续扩大，且变形速率加快，就说明它有破坏的危急，应准时发出警报，以便实行措施。即使没有破坏，但变形超出答应值时，就会阻碍建筑物的正常使用。假如变形逐步缩小，说明建筑物趋于稳固，到达肯定程度，即可终止观测。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结§15 2 变形观测的精度和频率建筑物变形观测的精度，视变形观测的目的及变形值的大小而异，很难有一个明确的规定，国内外对此有各种不同的看法。原就上，假如观测的目的是为了监视建筑物的安全，精度要求稍低，只要满意预警需要即可，在1971 年的国际测量工作者联合会FIG上，建议观测的中误差应小于答应变形值的1/10 1/20。假如目的是为了讨论孪形的规律，就精度应尽可能高些，由于精度的高低会影响观测成果的牢靠性。当然，在确定精度时，仍要考虑设备条件的可能，在设备条件具备，且增加工作量不大的情形下，以尽可能高些为宜。观测频率的确定，随载荷的变化及变形速率而异。例如，高层建筑在施工过程中的变 形观测，通常楼层加高1 广 2 层即应观测一次。大坝的变形观测，就随着水位的高低，而确定观测周期。对于已经建成的建筑物，在建成初期，由于变形值大，观测的频率宜高。假如变形逐步趋于稳固，就周期逐步加长，直至完全稳固后，即可停止观测。对于频临破坏的建筑物，或者是即将产生滑坡、倒塌的的面，其变形速率会逐步加快，观测周期也要相应的逐步缩短。观测的精度和频率两者是相关的，只有在一个周期内的变形值远大于观测误差，其所得结果才是牢靠的。§ 15 3 基准点与变形点的构造与布设无论是水平位移的观测仍是垂直位移的观测，都要以稳固的点作为基准点，以求得变形点相对于基准点的位置变化。对于用作水平位移观测的基准点，要构成三角网、导线网或方向线等平面掌握网，对于用作垂直位移观测的基准点，就需构成水准网。由于对基准点的要求主要是稳固，所以都要选在变形区域以外，且的质条件稳固，邻近没有震惊源的的方。对于一些特大工程，如大型水坝等，基准点距变形点较远，无法依据这些点直接对变形点进行观测，所以仍要在变形点邻近相对稳固的的方，设立一些可以利用来直接对变形点进行观测的点作为过渡点，这些点称为工作基点 。工作基点由于离变形体较近，可能也有变形，因而也要周期性的进行观测。作为变形观测用的平面掌握网，与的势测量或施工测量的掌握网相比较，精度要求高，一般边长也较短。为了削减仪器对中误差对观测结果的影响，通常都埋设高1.3m 左右的观测墩，在墩顶安设强制对中器，以保证每次对中于同一位置上。强制对中器的构造如图 15 1 所示，中间有一螺孔，可用连接螺栓来固定仪器，也可将仪器的三个脚螺栓放置在互成 120°的槽内，以使仪器中心与三条槽的交会点对准。观测墩的基础，宜建在基岩或其他稳固的的层上。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结高程基准点的数目不应少于三个，由于少于三个时，假如有一点发生变化，就难于判定哪一点发生了变化。依据的质条件的不同，高程基准点包括工作基点 可采纳深埋式或浅埋式水准点。深埋式是通过钻孔埋设在基岩上，浅埋式的基础与一般水准点相同。点的顶部均设有半球状的不锈钢或铜质标志。在变形观测时，不行能对建筑物的每一点都进行观测，而是只观测一些有代表性的点，这些点称为变形点或观测点。变形点要与建筑物固连在一起，以保证它与建筑物一起变化。为使点位明显、确定，以保证每次所观测的点位相同，也要设置观测标志。变形点的数量和位置，要能够全面反映建筑物变形的情形，并要顾及到观测的便利。例如对工业与民用建筑进行垂直位移观测时，其位置宜布设在建筑物的四角及荷载变化、楼层数变化以及的质条件变化处。对于大的建筑物，要求沿周边每隔10 20m 处布设一点，如图152 所示。假如垂直位移是用水准测量的方法观测，在施工时，就在墙体底部离的面0.8m 左右处，按上述要求埋设凸出墙面的金属观测标志，以便于观测，如图15 3 所示。这些标志要与墙体内的钢筋焊在一起，以保证它们的整体性。对于桥墩的垂直位移观测，就变形点宜布设在墩顶的四角，或垂直平分线的两端，以便于依据不匀称的垂直位移，推求桥墩的倾斜程度。水平位移变形点的布设，就视建筑物的结构、观测方法及变形方向而异。产生水平位移的缘由许多，主要有的震。岩体滑动、侧向的土压力和水压力、水流的冲击等。其中有些对位移方向的影响是已知的，例如，水坝受侧向水压而产生的位移，桥墩受水流冲击而产生的位移等，即属这种情形。但有些对方向的影响是不知道的，如受的震影响而使建筑物产生的位移即是。对于不同的情形，宜采纳不同的观测方法，相应的对变形点的布设要求也不一样。但不管以什么方式布设，变形点的位置必需具有变形的代表性，必需与建筑物固连，而且要与基准点或工作基点通视。在变形点上，假如可以安置觇标或仪器，就应设置强制对中器、以强制对中，减小对中误差，假如不能安置觇标，就应设置清晰而易于照准的目标，其颜色和图案的挑选，应有利于提高照准的精度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结§ 15 4 垂直位移观测建筑物受的下水位升降、荷载的作用及的震等的影响，会使其产生位移。一般说来，在没有其它外力作用时，多数逞下沉现象，对它的观测称沉降观测 。在建筑物施工开挖基槽以后，深部的层由于荷载减轻而上升，这种现象称为回弹，对它的观测称为回弹观测。垂直位移观测的高程依据是水准基点，即在水准基点高程不变的前提下，定期的测出变形点相对于水准基点的高差，并求出其高程，将不同周期的高程加以比较，即可得出变形点高程变化的大小及规律。由水准基点组成的水准网称为垂直位移监测网，它可布设成闭合环、结点或附合水准路线等形式。其精度等级及主要技术要求见表15 1。表 15 1 垂直位移监测网的主要技术要求可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结相邻基准等级 点高差中误差 mm每站高差中误差mm来回较差、附合或环线闭合差 mm检测已测高差较差mm使用仪器、观测方法及要求DS0.5 型仪器，视线长度15m ，前后视距差 0.3m，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一等± 0.3± 0.070.15二等± 0.5± 0.130.30三等± 1.0± 0.300.60四等± 2.0± 0.701.40视距累计差 1.5m，宜按国家一等水准测量的技术要求施测DS0.5 型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测DS0.5 或 DS1 型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要求施测DS0.5 或 DS1 型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要求施测可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结n0.2nn0.5nn0.8nn2.0n注： n 为测段的测站数假如设置有工作基点，就每年应进行一至两次与水准基点的联测，以检查工作基点是否发生变动。联测工作应尽可能挑选固定的月份，即保证外界条件基本相同，以削减外界条件变化对成果的影响。变形点垂直位移观测的方法有多种，但暴常用的是水准测量。观测的精度等级和主要技术要求见表 15 2。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结等级 高程中误差mm表 15 2 变形点垂直位移观测的精度要求和观测方法相邻点高差观测方法中误差 mm除按国家一等水准测量的技术要求施测外，尚需设双转来回较差、附合或环线闭合差 mm可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二等± 0.5±030按国家一等水准测量的技术要求施测三等± 1.0± 0.50按国家二等水准测量的技术要求施测四等± 2.0± 1.00按国家三等水准测量的技术要求施测一等± 0.3± 0.15注： n 为测站数点，视线 15m ，前后视距差 0.3m，视距累计差 1.5m 0.15n 0.30n 0.60n 1.40n可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由于变形观测是多周期的重复观测，且精度要求较高，为了防止误差的影响，尚需注可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结意以下各点：1. 设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行。2. 人员固定，以削减人差的影响。3. 使用固定的仪器和水准尺，以削减仪器误差的影响。§ 15 5 水平位移观测水平位移观测的平面位置是依据水平位移监测网，或称平面掌握网。依据建筑物的结构形式、已有设备和详细条件，可采纳三角网、导线网、边角网、三边网和视准线等形 式。在采纳视准线时，为能发觉端点是否产生位移，仍应在两端分别建立检核点。为了便利，水平位移监测网通常都采纳独立坐标系统。例如大坝、桥梁等往往以它的 轴线方向作为x 轴，而 y 坐标的变化，即是它的侧向位移。为使各掌握点的精度一样，都采纳一次布网。监测网的精度，应能满意变形点观测精度的要求。在设计监测网时，要依据变形点的观测精度，预估对监测网的精度要求，并挑选相宜的观测等级和方法。水平位移监测网的等级和主要技术要求见表153。等级相邻基准点的点平均边长 m测角中误差最弱边相对中误差作业要求表 15 3 水平位移监测网的主要技术要求位中误差 mm一等1.5二等3.0三等6.0四等12.03000.71/250 000按国家一等三角要求施测1501.01/120 000按国家二等三角要求施测3001.01/120 000按国家二等三角要求施测1501.8 1/70 000按国家三等三角要求施测3501.8 1/70 000按国家三等三角要求施测2002.51/40 000按国家四等三角要求施测4002.51/40 000按国家四等三角要求施测变形点的水平位移观测有多种方法，最常用的有测角前方交会、后方交会、极坐标法、导线法、视准线法、引张线法等，宜依据条件，选用适当的方法。一、测角前方交会在变形点上不便于架设仪器时，多采纳这种方法。如图154 所示， A 、B 为平面基准点， p 为变形点，由于A 、B 的坐标为已知，在观测了水平角 、 后，即可依下式求算p 点的坐标。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xxA cotpxB cotyAyB可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结yyA cotpcotyBcotcot cotcotxAxB151可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结点位中误差mp 的估算公式为：mDmpsin 2sin 2 sin 215 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中 m 测角中误差。D 两已知点间的距离。 206 265。采纳这种方法时，交会角宜在60°至 120°之间，以保证交会精度。二、后方交会假如变形点上可以架设仪器，且与三个平面基准点通视时，可采纳这种方法。如图15 5 所示， A 、B、C 为平面基准点， p 为变形点，当观测了水平角 、 后，即可依公式15 3 运算 p 点坐标。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结xpxBxBpaKbxB1K 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中 a xAypxB yB yAyBpyBKyB cotxBp153可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结b y Ac xCd yCyB xB yB xA yC xCxB cot yB cot xB cot可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结kacbd可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结点位中误差的估算公式为mm2222可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结D AB DcpDBC Da2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 Dc sin式中 m测角中误差Da sinDb sin154可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结采纳这种方法时，需留意p 点不能与 A 、B 、C 在同一圆周上，否就无定解。三、极坐标法在光电测距仪显现以后，这种方法用得比较广泛，只要在变形点上可以安置反光镜，且与基准点通视即可。如图15 6 所示， A 、B 为基准点，其坐标已知，p 为变形点，当测出 及 d 以后，即可据以求出p 点的坐标，由于运算方法简洁，不再进行说明。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结点位中误差的估算公式为：mp2mD 2mD155可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结四、导线法当相邻的变形点间可以通视，且在变形点上可以安置仪器进行测角、测距时，可采纳这种方法。通过各次观测所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方向。这种方法多用于非直线型建筑物的水平位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。五、视准线法这种方法适用于变形方向为已知的线形建构 筑物，是水坝、桥梁等常用的方法。如图 15 7 所示，视准线的两个端点A 、B 为基准点，变形点1、2、3等布设在AB 的连线上，其偏差不宜超过2cm。变形点相对于视准线偏移量的变化，即是建构 筑物在垂直于视准点方向上的位移。量测偏移量的设备为活动觇牌，其构造如图15 8 所示。觇牌图案可以左右移动，移动量可在刻划上读出。当图案中心与竖轴中心重合时，其读数应为零，这一位置称为零位。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结观测时在视准线的一端架设经纬仪，照准另一端的观测标志，这时的视线称为视准线。将活动觇牌安置在变形点上，左右移动觇牌的图案，直至图案中心位于视准线上，这时的读数即为变形点相对视准线的偏移量。不同周期所得偏移量的变化，即为其变形值。与此法类似的仍有激光准直法，就是用激光光束代替经纬仪的视准线。六、引张线法引张线法的工作原理与视准线法类似，但要求在无风及没有干扰的条件下工作，所以 在大坝廊道里进行水平位移观测采纳较多。所不同的，是在两个端点间引张一根直径为0.8mm 至 lmm 的钢丝，以代替视准线。采纳这种方法的两个端点应基本等高，上面要安置掌握引张线位置的V 形槽及施加拉力的设备。中间各变形点与端点基本等高，在上面与引张线垂直的方向上水平安置刻划尺。以读出引张线在刻划尺上的读数。不同周期观测时尺 上读数的变化，即为变形点与引张线垂直方向上的位移值。§ 15 6 倾斜观测一些高耸建 构筑物，如电视塔、烟囱、高桥墩、高层楼房等，往往会发生倾斜。倾斜度用顶部的水平位移值K 与高度 h 之比表示，即iKh （156）一般倾斜度用测定的K 及 h 求算，假如确信建筑物是刚性的，也可以通过测定基础不同部位的高程变化来间接求算。高度 h 可用悬吊钢尺测出，也可用三角高程法测出。顶部点的水平位移值，可用前方交会及建立垂准线的方法测出。一、前方交会法采纳前方交会法时，例如对高层楼房的墙角观测，就高处观测点与其理论位置的坐标差 x、 y，即为在 x,y 方向上的位移值，其最大位移方向上的位移值为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Kx 2y 2（157）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结像烟囱等圆锥形中空构筑物，应测定其几何中心的水平位移，这种情形可采纳图159 所示的方法进行。A 、 B 为两观测站，离烟囱的距离应不小于烟囱高度的两倍，并使Ap 、Bp 方向大致垂直。经纬仪先在A 点观测烟囱底部和顶部相切两方向的值，取平均值得 a、a即为通过烟囱底部和顶部中心的方向值。同样再在B 点观测，得b、 b。如 aa， b b，就表示烟囱的上下中心不在同一铅垂线上，即烟囱有倾斜。运算出a= a - a， b= b -b，并从 A 、B 分别沿 Ap、Bp 方向量出到烟囱外皮的距离DA 、DB ，就可按下式运算出垂直于 Ap、Bp 方向的偏移量 eA、eB：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AAea DBBeb DRR（15 8）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中 R 为烟囱底部的半径，可量出底部的周长后求得。烟囱总的偏移量e 为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ee22eAB（15 9）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据 a、 b 的正负号，仍可以按下式运算出偏移的方向：arctaneAeB （1510）为以 Ap 为 0°按顺时针方向计量的方位角。二、垂准线法垂准线的建立，可以利用悬吊垂球，也可以利用铅垂仪 或称垂准仪 。利用垂球时，是在高处的某点，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂球，垂球线的长度应使垂球尖端刚刚不与底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的水平位移值。铅垂仪的构造如图 15 10 所示，当仪器整平后，即形成一条铅垂视线。假如在目镜处加装一个激光器，就形成一条铅垂的可见光束，称为激光铅垂线。观测时，在低部安置仪器，而在顶部量取相应点的偏移距离。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结§ 15 7 挠度观测所谓挠度，是指建 构筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。例如桥的梁部在中间会产生向下弯曲，高耸建筑物会产生侧向弯曲。图 15 一 11 是对梁进行挠度观测的例子。在梁的两端及中部设置三个变形观测点A 、B 及 C，定期对这三个点进行沉降观测，即可依下式运算各期相对于首期的挠度值：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结FesBsA LALALBsCsA1511可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中 LA、LB 观测点间的距离。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结sA、sB、sC 观测点的沉降量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结沉降观测的方法可用水准测量，假如由于结构或其他缘由，无法采纳水准测量时，也可采纳三角高程的方法。桥梁在动荷载 如列车行驶在桥上作用下会产生弹性挠度，即列车通过后，立刻复原原状，这就要求在挠度最大时测定其变形值。为能测得其瞬时值，可在的面架设测距仪，用三角高程法观测，也可利用近景摄影测量法测定。对高耸建 构筑物竖直方向的挠度观测，是测定在不同高度上的几何中心或棱边等特殊点相对于底部几何中心或相应点的水平位移，并将这些点在其扭曲方向的铅垂面上的投 影绘成曲线，就是挠度曲线。水平位移的观测方法，可采纳测角前方交会法、极坐标法或 垂线法。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结§15 8 变形观测的成果处理变形观测的外业工作终止后，应准时对观测手簿进行整理和检查。如有错误或误差超限，须找出缘由，准时进行补测。由于观测变形点的依据是监测网点，首要的是监测网点必需稳固牢靠。为能判定其是否稳固，也要定期进行复测。假如各个点每次结果的平差值的较差在要求的范畴内，就认为它是稳固的，假如某点的较差超限，就说明该点产生了变形。依据该点观测的变形点， 其结果应考虑该点变形的影响。变形量的运算，是以首期观测的成果作为基础，即变形量是相对于首期的结果而言的，所以要特殊留意首期观测的质量。变形观测的目的是从多次观测的成果中，发觉变形的规律和大小，进而分析变形的性质和缘由，以便实行措施。所以成果的表现形式应直观、清晰，通常采纳以下形式：一、列表将各次观测成果依时间先后列表，表15 4 是一个沉降观测的例子。表中列出了每次观测各点的高程H，与上一期相比较的沉降量s，累计的沉降量s，荷载情形，平均沉降量及平均沉降速度等，在作变形分析时，对这些信息可以一目了然。表 15 4 沉降观测成果表点号首期成果1995.3.4其次期成果1995.5.8第三期成果1995.7.2备注H0mHmSmm SmmHmSmmSmm其次期观测为暴雨后静荷载 P平均沉降量平均沉降速度3.0t/m 224.5t/m5.0mm28.1t/m2.0mm0.078mm/d0.037mm/d工程名称 XX 楼仪器 N3No128544观测 XXX117.59517.5905517.58827217.55517.5496617.54639317.57117.5656617.56328417.60417.6013317.60014二、作图为了更直观的显示所获得的信息，可以将其绘制成图。图15 12 是一个表示荷载、时间与沉降量的关系曲线图。图中横坐标为时间T，可以十天或一月为单位，纵坐标向下为沉降量s，向上为荷载P。所以横坐标轴以下是随着时间变化的沉降量曲线，即s T 曲线。横坐标轴以上就是荷载随时间而增加的曲线，即PT 曲线。施工终止后，荷载不再可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结增加，就 P T 曲线逞水平直线。从这个图上，可以清晰的看出沉降量与荷载的关系及变化趋势是渐趋稳固。依据同样方法，也可绘出其他变形与外界因素的关系曲线。依据上述的各种信息，结合有关的专业学问，即可对变形的缘由，趋势等进行几何的和物理的分析，为工程措施供应依据。需要指出的是，一般认为稳固的基准点，也不行能完全没有变形，所谓稳固，只是相对而言。即当变形是对变形点的观测没有实际影响时，就视为是稳固的。可编辑资料 - 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