建筑物沉降观测培训讲义.ppt
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1、建筑物沉降观测培训讲义习惯采用的时间习惯采用的时间-累计沉降曲线累计沉降曲线常用沉降观测方法常用沉降观测方法l水准测量(即几何水准)方法;l静力水准测量(基本原理是连通管原理);l电磁波测距三角高程测量方法;l传感器;l高精度GPS测量等。沉降观测的相关规范沉降观测的相关规范l现行的国家建筑物变形测量行业标准为国家建设部2007年9月4日发布,2008年3月1日开始实施的建筑变形测量规范 JGJ 8-2007。该规范适用于工业与民用建筑的地基、基础、上部结构及场地的沉降观测、位移测量和特殊变形测量。对建筑物变形观测所应采用的观测方法、仪器设备、测量精度以及各种应提交的观测数据、成果、图件和分析
2、方法进行了规定,是建筑物变形测量工作必须严格执行的行业技术标准。l此外,对于该建筑变形测量规范不能覆盖的沉降观测过程中遇到的一些技术要求,应符合国家一、二等水准测量规范GB12897和国家三、四等水准测量规范GB12898的相应规定。第二讲、水准测量基本理论和方法l内容:内容:理解水准测量的基本原理;掌握微倾式水准仪、自动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫;掌握水准仪的使用及检校方法;掌握水准测量的外业实施(观测、记录和检核)及内业数据处理(高差闭合差的调整等)方法;了解水准测量的注意事项、精密水准仪操作方法。l重点:重点:水准测量原理;水准测量的外业实施及内业数据处理。l难点:难点:水准仪的
3、检验与校正和内业数据处理。2.1高程测量的概念高程测量的概念l测量地面上各点高程的测量工作,称为高程测量。l高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同,分为:水准测量、三角高程测量、气压高程测量、流体静力水准测量和GPS 高程测量。l水准测量具有观测精度高、观测和计算处理方法简单的优点而得到广泛应用。气压高程测量气压高程测量l根据大气压力随高程变化的规律,用气压计测定两点的气压差推算高差的方法。大气压力常以水银柱高度表示,温度为0时,在纬度45处的平均海面上大气平均压力约为760毫米水银柱。每升高约11米,大气压力减少1毫米水银柱。一般气压计读数精度可达0.1毫米水银柱,约相当于1米的高差。由于
4、大气压力受气象变化的影响较大,气压高程测量精度低于水准测量和三角高程测量,主要用于高差较大的丘陵地和山区的勘测工作。通常用空盒气压计和水银气压计,前者便于携带,多用于野外作业,后者常用于固定测站或检验前者。2.2水准测量原理水准测量原理l通常,水准测量有高差法和仪高法两种各种测量方法,其中,仪高法的观测精度较低,不适于做高精度的沉降观测,因此,下面主要介绍高差观测法。l水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”,测量两点间高差,从而由已知点高程推算出未知点高程。2.2水准测量原理水准测量原理标尺读数与测点地势的关系。标尺读数与测点地势的关系。根据公式 ,当hAB为负值时,表示沿观测路线方向地
5、势为下坡,相反为上坡。2.2水准测量原理水准测量原理l转点的概念:当地面上两点的距离较远,或两点的高差太大,放置一次仪器不能测定其高差时,就需增设若干个临时传递高程的立尺点,称为转点。l由多个测站和多个转点的成组连接,形成一个测段,就是连续水准测量方法。连续水准测量连续水准测量l在实际水准测量中,A、B 两点间高差较大或相距较远,安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A、B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点,即转点(用作传递高程)。l根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差,求和得到 A、B 两点间的高差值。连续水准测量连续水准测量前进方向h
6、1=a 1 b 1 h 2=a 2 b 2 则:h AB=h 1+h 2+h n=h=a b 结论:A、B 两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。2.3水准仪和水准尺水准仪和水准尺l为水准测量提供水平视线并在水准尺上读数的仪器称为水准仪。水准仪的种类、型号很多,按其精度可以分为DS05、DS1、DS3等型号。其中,“D”和“S”分别表示“大地测量”和“水准仪”,其下标是该类仪器每公里水准测量高差中数偶然中误差,以毫米计。根据光学结构特点,水准仪又可以分为“微倾式”和“自动安平式”水准仪两种。对于“自动安平式”水准仪,其精度等级依次为DSZ05、DSZ1、DSZ3等,其中的字母表示自动安
7、平。常见水准仪类型常见水准仪类型微倾式水准仪 自动安平水准仪 电子水准仪电子水准仪能够自动进行读数,取代人工读数,可以极大地提高观测效率、减少出错概率。水准仪的结构水准仪的结构l水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。望远镜的作用是准确瞄准目标并在水准尺上进行读数。水准仪的水准器有圆水准器和管水准器两种,其作用是标示仪器竖轴是否竖直,视准轴是否水平的部件。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板组成,其作用是支撑仪器上部并用连接螺旋与三脚架连接。水准尺及种类水准尺及种类l水准测量使用的标尺称为水准尺,是水准测量的高差度量工具,主要有:单面尺、双面尺和塔尺等几种类型,以及配合电子水准仪使用的条码标
8、尺。l通常用干燥、优质的木材制成,也有用玻璃钢、铝合金等材料制成。用于建筑物沉降等高精度的水准测量时,应该采用温度膨胀系数很小的因钢标尺,除条码尺外,一般最小刻划为0.5厘米。双面标尺和塔尺单面双刻划标尺条码式电子水准仪标尺尺垫尺垫l尺垫是在连续水准测量过程中,放置在高程传递的转点上,以防止观测过程中水准尺下沉的装置。尺垫水准仪的使用水准仪的使用l在一个测站上,水准仪的基本操作程序包括以下步骤:1.安置仪器2.粗略整平3.对光和照准4.精确整平(仅微倾式水准仪需要)5.读数安置仪器安置仪器l安置仪器的过程是将水准仪器安置到脚架上的过程。仪器安置高度应适中(与观测员身高相适应),目估架头大致水平
9、,并牢固地架设在地面上。粗略整平粗略整平l粗略整平简称粗平,是转动三个脚螺旋使圆水准器气泡居中,达到仪器竖轴竖直,仪器旋转时,为视线在各方向精确水平创造条件。l1、方法:对向转动脚螺旋 1、2 使气泡移至 1、2 方向的中间转动脚螺旋 3,使气泡居中。l2、规律:气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。圆水准器调节方法 对光和照准对光和照准l对光和照准是为了精确读取水准标尺的刻划和注记而调整望远镜的目镜、物镜的焦距和视线方向的过程。一般按以下五个过程:1、目镜对光2、概略照准3、物镜对光4、精确照准5、消除视差 目镜对光目镜对光l调节目镜对光螺旋,使十字丝清晰。目镜对光螺旋望远镜十字丝概略照准
10、概略照准l松开制动螺旋,转动望远镜,用望远镜上的准星和照门(缺口)瞄准水准尺,然后旋紧制动螺旋。照门准星瞄准器制动旋钮物镜对光物镜对光l转动物镜对光螺旋,使水准尺成像清晰。物镜对光螺旋精确照准精确照准l转动望远镜的微动螺旋,使十字丝纵丝照准水准尺边缘或纵丝平分水准尺,以利于用中横丝的中央部分截取水准尺读数。消除视差消除视差l视差是指眼睛在目镜端上下移动时,十字丝与目标像(水准尺像)有相对运动。视差对照准和读数影响很大,故在读数前必须予以消除。视差产生的原因是目标像平面与十字丝平面不重合。消除方法是仔细重新进行物镜对光,如果仍然不能消除,须再重新进行目镜对光,直至成像清晰、读数不变为止。精平与读
11、数精平与读数l转动微倾螺旋使符合水准器的气泡吻合,表示视线精确水平,随即可以读数。对于自动安平水准仪,仪器内部有一个补偿透镜,能够对一定范围内的视准轴不平行进行补偿,因此,该类水准仪没有管水准器,不需要进行精平操作,调节脚螺旋使圆水准器居中,即可照准标尺进行对光、读数。l电子水准仪也不需要精平操作,圆水准器居中,即可照准标尺进行对光、读数。读数方法示意读数方法示意l精密水准仪配套使用的水准尺,尺面注记的特点是:尺面注记的各分划数值均为实际长度的2倍,即5cm的格值注记为1分米。l因此,在尺面上读数的1/2才是实际读数。所以用这种尺测量高差时,须将观测高差值除以2,才是实际高差。2.4水准测量的
12、实施与成果整理水准测量的实施与成果整理 l通过水准测量方法获得其高程的高程控制点,称为水准点,水准点可作为引测高程的依据。水准点有永久性和临时性两种。永久水准点是国家有关专业测量单位,按统一的精度要求在全国各地建立的国家级的水准点。l沉降观测中埋设的沉降观测点属于临时水准点,一般在项目完成之后就不再使用。水准路线水准路线l由一系列水准点间进行水准测量所经过的路线,称为水准路线。l水准路线依据工程的性质和测区情况,可布设成以下三种形式:1.闭合水准路线2.附合水准路线3.支水准路线l以上三种水准路线,我们叫做单一水准路线。闭合水准路线闭合水准路线l由已知点水准点BM1经过一系列的未知高程点的水准
13、测量之后,又回到原已知点BM1的水准路线称为闭合水准路线(或简称水准环线)。l建筑物变形测量规范规定,建筑物的沉降观测应尽量采用闭合水准路线进行沉降点的高程联测。附合水准路线附合水准路线l两个不同的已知水准点之间的水准测量路线,称为附合水准路线。如从已知点BM1到已知点BM2的水准测量方法。支水准路线支水准路线l由一个已知点BM1到某一待定水准点A的水准测量路线,称为水准支线。由于水准支线没有路线闭合(或附合差)校核,路线高差没有多余观测而无法进行路线高差的平差计算,因此,除非不具备闭合和附合路线条件,不宜在高精度的水准测量中采用。水准网水准网l若干条单一水准路线相互连接构成的较复杂的网络图形
14、,称为水准网。l因此,单一水准路线不包括水准网。水准测量的实施(外业)水准测量的实施(外业)l1 1、单站水准测量的施测方法:、单站水准测量的施测方法:一个水准测站的安置,应在两点之间前、后视距大致相等处安置仪器,进行粗平,前后视距差应符合规范要求;为及时发现观测中的错误,通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。关于这两种观测方法的限差应符合国家相关规范中规定;瞄准水准点(后视点)上的水准尺,精平后用中横丝读数(后视读数);松开制动螺旋,瞄准待定点(前视点)上所立的水准尺,精平以后用中横丝读数(前视读数);计算本站高差(或按此高差再推算待定点高程),即完成一个测站的施测工作;根据规范规定,对于
15、各种不同等级的水准测量,不同观测方向(如往测或返测过程)的不同测站序号的读数顺序有具体规定,以消除尺垫下沉误差。如:后前前后、前后后前、后后前前等。水准测量的实施(外业)水准测量的实施(外业)l2、连续水准测量施测方法:、连续水准测量施测方法:在实际测量工作中,由于起点和终点间距离较远或高差较大,安置一个测站不能全部通视,需要把两点间距分成若干段,然后连续多次安置仪器,重复一个测站的简单水准测量过程,这样的水准测量称为连续水准测量,其特点就是工作的连续性。如图所示,由已知水准点BMA起始,向待定高程的BMB点进行水准测量(若为闭合水准路线,则最后回到起始点,施测过程相似)。水准测量的实施(外业
16、)水准测量的实施(外业)l3 3、水准测量记录表、水准测量记录表 l水准测量中,把安置仪器的位置称为测站,立尺的位置称为测点。各测站观测的后视读数、前视读数、高差的计算,高程的推算均应随测随记,并保证记录的原始性和真实性。(1)起始点只有后视读数,结束点只有前视读数,中间点既有后视读数又有前视读数。(2),只表明计算无误,不表明观测和记录无误。水准测量的检核和成果处理水准测量的检核和成果处理l一般情况下,水准测量都形成一定规模的水准路线。而水准路线由一系列的水准测站组成,因此,水准测量的检核和成果处理包括对测站数据和路线数据的检核与处理。l测站检核,只能检核单个测站的观测精度,一般在野外测量过
17、程中根据规范要求即时进行检核,超限时将即时进行重测。l至于转点位置变动,外界环境的影响等,虽然在一个测站上反映不明显,但是这些误差积累的结果会影响整个路线成果的精度,因此必须进行路线成果的检核。l检核的方法是将路线观测高差与理论高差值相比较,其差值称为高差闭合差,用来检查错误和评定水准路线成果的测量精度。计算闭合差计算闭合差l1、闭合水准路线:根据网型,闭合水准路线各段高差代数和的理论值应等于零,但实际上,由于各站观测高差存在误差,致使各段观测高差的代数和不等于零,称之为闭合差。即 l2、附合水准路线:对于附合水准路线,路线上各段高差代数和的理论值应等于两个水准点间的已知高差,同样由于有测量误
18、差,致使各段观测高差的代数和不等于理论值而产生高差闭合差,即分配闭合差分配闭合差l1、高差闭合差限差(容许误差)、高差闭合差限差(容许误差)l水准测量中产生的路线闭合差,根据水准测量等级的不同,规范规定了相应的限差(容许误差),该容许误差除与观测等级有关外,往往使用路线长度或者测站数进行规定,如 mm的规定中,N为路线的测站数。关于该限差的具体数值,请参照相关规范的规定。l高差闭合差的分配又叫平差计算,是为了分配观测误差。要强调的一点是,平差计算并不能提高观测精度,也不能提高成果质量,只能从数学上比较合理地分配野外观测中引入的偶然误差,并得到一个精度评定结果。分配闭合差分配闭合差l2、分配原则
19、:、分配原则:l根据误差传播律,水准测量的精度与路线长度(或者测站数)成反比,即观测的路线越长,测站数越多,观测的误差累积将越大,精度越低。因此,水准路线的闭合差的改正值与距离 L 或测站数 n 成正比,即使用路线长度或者测站数作为权重,将高差闭合差反号分配到各段高差上。计算待定点高程计算待定点高程l待定点就是我们常常说的未知高程值的测点,可以是在进行控制测量中的水准点,也可能就是进行建筑物沉降观测时安置在建筑物上的沉降点。l用经过闭合差改正、正高改正等各项改正后的高差和已知点的高程,来逐段推算各待定点的高程。l已知点就是高程值为已知的水准点,一般是更高等级的水准测量得到的水准点。可能是国家等
20、级水准点,也可能是进行建筑物沉降观测中的控制点、工作基点、检测点等。第四讲、建筑物沉降观测方法及第四讲、建筑物沉降观测方法及实例实例 l内容:内容:建筑物沉降观测的等级划分;沉降观测方法及各种观测限差规定;建筑物沉降状态的判定指标以及不同阶段的观测方案;各种沉降观测参量的计算;建筑物沉降观测应提交的成果资料、图表类型;某建筑物沉降的项目实例。l重点:重点:沉降观测方法;建筑物沉降状态判定指标及观测方案;掌握各种参数的计算和图表的制作方法。l难点:难点:建筑物沉降状态判定指标的理解和不同阶段的观测方案,以及阶段或最终报告的编写。观测建筑类型规定观测建筑类型规定建筑物变形测量规范规定,下列建筑在施
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