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1、建筑物變形觀測第十五章 建筑物變形觀測15-1 概述15-2 基準點與變形點15-3 垂直位移監測方法15-4 水平位移監測方法15-5 傾斜監測方法15-6 撓度監測方法15-3 變形觀測成果處理15-1 概述一、各種大型建筑物在其建設與使用階段均可能發生局 部或整體位移，也就是所說的“變形”或“形變”。變 形觀測的任務是測量并預報形變，為制定補救措施 提供重要的參考數據。二、建筑物變形原因 1、建筑物基礎的地質條件 2、地球物理運動如地震 3、靜/動荷載 4、自然條件的影響 5、人為機械震動 6、材料選擇不當、施工方法不當及施工中偷工 減料變形高樓群變形電視塔隔河巖水庫蓄水現狀圖隔河巖水庫2、蓄水現狀圖隔河巖大壩隔河巖大壩GPS監測網圖監測網圖隔河巖水庫泄洪圖隔河巖水庫泄洪圖變形大壩變形滑坡變形地震三、變形的分類和觀測方法 1、分類：分為靜態和動態兩類。靜態變形是時間的函數；動態變形是外力的函數，對于時間，其觀測結果表示在某一時刻的瞬時變形。2、方法：靜態變形用周期性的重復觀測，動態變形則需用自動記錄儀器記錄其瞬時變形四、形變的表現形式1、垂直位移(沉降/抬升，Subsiding/Uplift)2、水平位移(Horizontal displacement)3、傾斜(Tilting)4、撓曲及扭轉(Bending&Distorting)五、變形觀測的精度要求1、如果目的是監視建筑物的3、安全，可根據1971年國際 測量師協會(FIG)的建議來制定觀測精度：觀測中 誤差應小于允許變形值的1/101/202、如果目的是研究區域形變規律如地殼形變監測，精 度應盡可能高些六、變形觀測的頻率要求 觀測頻率的確定隨荷載的變化和變形速率而異15-2 基準點與變形點的構造與布設 建筑物的變形是通過量測觀測點與基準點間的相對位置變化而求得的一、基準點及其布設 1、基準點：要求穩固可靠，一般應選在變形區域之外，且地質條件穩定，無震動源的地方。2、工作基點：對于一些大型工程，要求基準點距變形區遠，為方便觀測，在觀測點相對穩定處設立一些工作基點，由它直接對觀測點進行觀測。3、布設要求 (1)、對于水4、平位移觀測，基準點間應構成平面控制網。通常要求埋設觀測墩，實行強制對中 (2)、對于水準位移觀測，基準點間應構成水準網(高程基準點不少于三個)水平控制網基準點1基準點2GPS1GPS1GPS2GPS2GPS3GPS3GPS4GPS4GPS監測網強制對中器建筑物上的變形點或稱觀測點建筑物上的變形點安裝15-3 垂直位移觀測方法一、基本方法 垂直位移觀測的高程依據是水準基點，即在水準 基點高程不變的前提下，定期地測出變形點相對于水 準基點的高差，并求出其高程，將不同周期的高程加 以比較，即可得出變形點高程變化的大小及規律二、垂直位移監測網由水準基點構成水準網，可布設成閉 合環、結點或附合水準路線,5、其精度等級和技術要求見 表a三、如果設置有工作基點，則每年應進行一至兩次與水準 基點的聯測，以檢查工作基點是否發生變動。聯測工 作應盡可能選擇固定的月份，即保證外界條件基本相 同，以減少外界條件變化對成果的影響。四、垂直位移觀測最常用的是水準測量，其觀測精度等級 和技術要求見表b四、垂直位移變形觀測注意點 當用水準測量方法時，要求做到三固定，即設置固定的測站與轉點，使每次觀測在固定的位置上進行；人員固定，以減少人差的影響；使用固定的儀器和水準尺，以減少儀器誤差的影響。15-4 水平位移觀測方法 水平位移觀測基礎是水平位移監測網（平面控制網）。為使各控制點的精度一致，都采用一次布網，并采用獨立坐6、標系統，例如大壩、橋梁等往往以它的軸線方向作為x軸，而y坐標的變化，即是它的側向位移。監測網的精度，應能滿足變形點觀測精度的要求。故在設計監測網時，要預估該網的精度，并選擇適宜的觀測等級與方法。精度及技術要求見下表：二、觀測點水平位移測量方法 一、水平位移監測網的形式 依建筑物的結構形式、儀器設備及場地條件而定，可分別采用測角網、導線網、邊角網及視準線法等。1、極坐標法 當使用測距儀時，最適宜使用極坐標法。觀測點點位中誤差：當相鄰的變形點間可以通視，且在觀測點上可以安置儀器進行測角、測距時，可采用這種方法。通過各次觀測所得的坐標值進行比較，便可得出點位位移的大小和方向。這種方法多用于非直線型建7、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、導線法5、視準線法 (1)、該法適用于線性建筑物，如直線大壩和直線橋。由經緯儀提供視準線，觀測點1、2、3布設于基準線AB上(見上頁左圖)。(2)、每次觀測出觀測點相對于視準線的橫向偏移量，一般用活動覘牌測量其偏移量(見上頁右圖)。(3)、與此類似的還有激光準直法。6、引張線法 工作原理與視準線法相似，但要求無風。它是在量基準點AB間引張一根直徑為1mm的鋼絲以代替視準線。各觀測點上安置與引張線垂直的分劃尺，以讀出其與引張數相截的讀數，各次觀測的讀數差即為水平位移。大壩廊道的水平位移觀測多采用此方法。二、前方交會法測定頂點水平位移 采8、用前方交會法時，則高處觀測點與其理論位置的坐標差x、y，即為在x,y方向上的位移值，其最大位移方向上的位移值為：煙囪傾斜觀測實例A、B為兩觀測站，離煙囪的距離應不小于煙囪高度的兩倍，并使Ap、Bp方向大致垂直經緯儀先在A點觀測煙囪底部和頂部相切兩方向的值，取平均值得a、a即為通過煙囪底部和頂部中心的方向值。同樣再在B點觀測，得b、b若aa，bb，則表示煙囪的上下中心不在同一鉛垂線上，即煙囪有傾斜。計算出a=a-a，b=b-b，并從A、B分別沿Ap、Bp方向量出到煙囪外廓的距離DA、DB 可按下式計算出垂直于Ap、Bp方向的 偏移量eA、eB 式中R為煙囪底部的半徑，可量出底部的周長后求得。煙囪9、總的偏移量e和偏移量的方向分別為：PP是以AP為x軸的方位角 三、垂準線法測定頂點水平位移1、垂球線法利用垂球時，是在高處的某點，如墻角、建筑物的幾何中心處懸掛垂球，垂球線的長度應使垂球尖端剛剛不與底部接觸，用尺子量出垂球尖至高處該點在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點的水平位移值。2、鉛垂儀法構造如圖所示，當儀器整平后，即形成一條鉛垂視線。如果在目鏡處加裝一個激光器，則形成一條鉛垂的可見光束，稱為激光鉛垂線。觀測時，在低部安置儀器，而在頂部量取相應點的偏移距離15-6 撓度觀測一、撓度指建(構)筑物或其構件在水平方向或豎直方向 上的彎曲值。例如橋的梁部在中間會產生向下彎曲，高 聳建筑物會10、產生側向彎曲。二、如圖是對梁進行撓度觀測的例子。在梁的兩端及中部設 置三個變形觀測點A、B及C，定期對這三個點進行沉降 觀測，即可依下式計算各期相對于首期的撓度值LA、LB觀測點間的距離sA、sB、sC 觀測點的沉降量觀測點的沉降量可用水準測量、三角高程或近景攝影測量的方法得到15-7 變形觀測的成果處理 一、變形觀測的外業工作結束后，應及時對觀測手簿進行 整理和檢查。二、由于觀測變形點的依據是監測網點，首要的是監測網 點必須穩定可靠。為能判定其是否穩定，也要定期進 行復測。三、變形量的計算，是以首期觀測的成果作為基礎，即變 形量是相對于首期的結果而言的，所以要特別注意首 期觀測的質量。四、從多次觀測的成果中，發現變形的規律和大小，進而 分析變形的性質和原因，以便采取措施。為使成果直 觀清晰，一般采用列表(如下表)或作圖法(如下圖)。上圖是一個表示荷載、時間與沉降量的關系曲線圖。圖中橫坐標為時間T，可以十天或一月為單位，縱坐標向下為沉降量s，向上為荷載P。所以橫坐標軸以下是隨著時間變化的沉降量曲線，即sT曲線；橫坐標軸以上則是荷載隨時間而增加的曲線，即PT曲線。施工結束后，荷載不再增加，則PT曲線逞水平直線。從這個圖上，可以清楚地看出沉降量與荷載的關系及變化趨勢是漸趨穩定。