1、工业与民用建筑物变形监测工业与民用建筑物变形监测主要内容主要内容 概述 建筑基础沉降监测 建筑物倾斜监测 工程实例9.1 概述概述 土壤地基上的建筑物，在内力与外力的作用下，无论是在水平方向还是垂直方向都会发生变形。在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂直位移叫做建筑物的沉降。由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。倾斜伴随着建筑物上部的水平位移，并且随着高度的增加，水平位移量增大。无论水平位移、倾斜还是沉降，当变形值超过一定限度时，会影响建筑物本身的安全以及人民生命财产的安全。有目的地对施工和运营期间的建筑物进行
2、定期的变形观测非常重要。研究建筑物的位移具有非常重要的意义，因为在计算建筑物的地基时要考虑其极限变形。在计算过程中要确定倾斜的沉降和水平位移以及其它变形的大小，这些数值要与一些极值进行比较，这些极限值是保证建筑物整体或局部的正常使用条件以及保证一定寿命的一些数字指标。对于工业与民用建筑物，主要进行沉降、倾斜和裂缝观测，即静态变形观测；对于高层建筑物，还要进行震动观测，即动态观测；对于大量地抽取地下水及进行地下采矿的地区，则应进行地表沉降观测。主要观测项目主要观测项目 基础沉降基础沉降。观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、倾斜、弯曲、沉降速率等。水平位移水平位移。单点水平位移、位移速率、挠度
3、等。滑坡监测滑坡监测。对工程周围可能产生滑坡的部位实行定期监测。裂缝监测裂缝监测。对建筑物上产生的裂缝进行宽度、深度、错开等监测。内部监测内部监测。对建筑物基础进行应力/应变监测、温度监测、地下水位监测。9.2 建筑基础沉降监测建筑基础沉降监测 定义定义 对建筑物基础的沉降观测，就是定期地测定建筑物基础在垂直方向上的位移，故亦称建筑物基础垂直位移观测。在施工初期，基础开挖，地表荷重卸出，基底产生回弹现象；基础完工后，随着施工进展，荷重不断增加，基础产生下沉；竣工后，在运营阶段，往往持续若干年，沉降现象方能停止。沉降观测应从基础施工开始，直至运营后沉降稳定为止。主要工作主要工作 沉降观测方案研究
4、与技术设计；沉降观测仪器检验；沉降观测点位布设；沉降观测数据采集；沉降观测数据处理；沉降量计算与分析；沉降量报表；沉降过程曲线绘制；沉降观测报告编写。技术设计技术设计 根据工程项目的性质、结构特点、规模大小、质量精度要求等，研究沉降观测方案和规划观测作业、选择测量仪器设备、组成测量队伍。按建筑物沉降观测规范规定，一般建筑物应反应1mm的沉降量，这就要求观测精度要高于1mm，一般按二等水准测量技术规定执行。对于研究性的观测，应采用一等水准测量技术指标。根据规范的要求，一般应采用S1级精密水准仪。对于非重要建筑或沉降量较大地区的沉降观测、高速公路等，也可以采用三等水准测量技术指标实施观测。基准点的
5、布设基准点的布设 基准点是变形观测的基础，基准点布设是否合适直接关系到变形观测能否成功。根据工程项目的不同，一般要求基准点绝对稳定，有时也可以要求基准点相对稳定。要达到基准点稳定的要求，有两种选择：一是远离建筑物，二是深埋。基准点可分为两级，固定基准和工作基准。固定基准点应布设在距离需要观测的建筑物一定的距离且稳定，不受其它外力影响、便于保存的位置。基准点数应不少于34个，以便于基准点保护、恢复和稳定性分析。基准点的标志采用混凝土桩，或钢管加筋桩。对于高层建筑物或大型建筑物，基准点应钻孔至基岩。固定基准点工作基准点建筑物图图9-1 9-1 沉降观测点位布置图沉降观测点位布置图(a)钢管加筋基准
6、点(b)基岩上基准点(c)路边基准点(d)路边基准点图图9-2 9-2 沉降观测基准点沉降观测基准点(a)(b)(c)图图9-3 9-3 钢管加筋基准点钢管加筋基准点观测点布设观测点布设 沉降观测点布设位置由测量单位、设计单位、甲方监理共同确定，由施工单位配合实施埋设。观测点应埋设在最能反映建筑物沉降的位置，如四角点、中点、较大转角处、沉降缝、抗震缝，构造柱，荷载或层数变化处，地基薄弱处等，还要考虑点位具有一定的密度，如每隔1520m布设一点。标志要与结构体牢固结合，同时具有一定的深度。埋设标志时应结合施工图纸，使其既便于立尺观测，又便于保护，同时不会被后续施工所掩埋。图图9-4 9-4 沉降
7、观测点标志沉降观测点标志基准网观测基准网观测 待基准点埋设完成并砼达到一定强度后，按沉降观测设计方案对基准网实施首次测量。采用二等或一等水准测量进行观测，视距长度要小于相应等级，严格保证视距差在规定范围内。基准点间应构成闭合环，并具备一定数量的多余观测值。各周期观测各周期观测 随着施工进度的进行，每隔一定的时间观测一次沉降观测点的沉降情况。从基础开始初次观测，每增加一层或设定层数观测一次，直至竣工。竣工后运营期间也要每隔三个月、半年、一年进行观测，直至稳定。当遇有暴雨、地震等特殊情况后，应对建筑物增加观测次数。各周期观测纲要应尽量保持一致，固定人员、固定仪器、固定时间、固定路线。观测点要与基准
8、点之间构成闭合、附合路线，尽量避免支线观测。观测中会有各种情况发生，应在观测的同时记录，比如施工进度、天气情况、气象条件等，以便后续分析使用。图图9-6 沉降观测网沉降观测网基准网数据处理基准网数据处理 当基准网独立观测时，基准网可以独立平差计算。因首次观测无基准点稳定性的先验信息，所以，可以采用普通秩亏自由网平差，即应采用全网的重心作为基准，使各基准点精度均匀，取得基准点在重心高程基准下的高程值，作为沉降观测的依据。当首次基准网与观测点网同时观测并整体平差时，可以以基准点为拟稳点，观测点为非拟稳点进行拟稳自由网平差，即采用拟稳重心为基准，建立平差基准和取得观测点初始测量成果。各周期数据处理各
9、周期数据处理 各周期观测后即时进行数据平差计算。数据处理一般多采用固定点平差或拟稳平差。当确知基准点稳定时采用固定基准平差，若不知基准点先验条件，可采用拟稳平差。各周期的平差基准要一致，这样才能反映出正确的变形量。当单位权中误差和各点位中误差在设计规定之内时，本期观测成果是合格的。否则就该检查、分析原因，及时实施补测或重测。沉降量的计算沉降量的计算 dtdvHHdsHHdjijijjijijijiji01沉降量报表沉降量报表 每周期沉降观测后，应及时进行数据处理和分析，计算沉降信息，及时编制沉降量报表，提供给设计、施工、监理、业主等。沉降观测报表的格式视各地建筑质量监督部门要求而定，现还没有统
10、一的格式。沉降过程曲线图绘制沉降过程曲线图绘制 当变形观测进行到一定周期，或是工程进度到一定阶段，就要依据前面所观测和计算的结果，绘制点位沉降过程曲线。通过变形曲线可以直观地了解变形过程和变形分布情况，也可以对变形发展趋势有个直观的判断。沉降过程曲线以时间为水平轴，以沉降量为纵轴。为了对比相关点位沉降量及其沉降速率，经常将多个点位的沉降过程曲线绘制在同一图中。时间（天）沉降量（mm）图图9-7 9-7 沉降过程曲线沉降过程曲线报告的编写报告的编写 当工程竣工后，应及时对施工期间沉降观测成果进行阶段总结。总结报告应包括：技术措施、观测期限、观测依据等，并对总的观测结果进行分析。沉降观测阶段（总结
11、）报告应包含的分析数据有：建筑物最大沉降点名及其最大沉降量；建筑物最小沉降点名及其最小沉降量；建筑物所有观测点的平均沉降量；近期该建筑物最大沉降速率、最小沉降速率以及平均沉降速率。沉降观测阶段（总结）报告中还应包含沉降观测点位布置图、点位沉降过程线等，必要时还应绘制等沉降曲线图。9.3 建筑物倾斜监测建筑物倾斜监测 定义 测定工业与民用建筑物倾斜度随时间变化的工作，称为倾斜观测。高层或高耸建筑物，如电视塔、水塔、烟囱、高层建筑物等，由于基础不均匀沉降或受风力等影响，其垂直轴线会发生倾斜。当倾斜达到一定程度时会影响建筑物的安全，因此必须对其进行倾斜观测或不均匀沉降观测。BBAeh图图9-8 9-
12、8 倾斜度示意倾斜度示意hei 纵横距投影法纵横距投影法 在圆形建筑物的两个相互垂直的方向上安置经纬仪或全站仪；测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的1.5倍；在圆形建筑物的底部横放两把尺子，使两尺相互垂直，且分别垂直于圆形建筑物中心与两测站的连线。经纬仪分别照准建筑物的顶部、底部的边缘，向下投影。2)()(2)()(42423131AABByAABBxyyyyxxxx22yxe前方交会法前方交会法 当测定偏距e的精度要求较高时，可以采用角度前方交会法。首先在圆形建筑物周围标定A、B、C三点，观测其转角和边长，则可求得其在资用坐标系中的坐标；然后分别设站于A、B、C三点，观测圆形建筑物顶部两侧
13、切线与基线的夹角，并取其平均值；以同样的方法观测圆形建筑物底部；按角度前方交会定点的原理，即可求得圆形建筑物顶部圆心O和底部圆心O的坐标。22)()(OOOOyyxxe任意点置镜方向交会法任意点置镜方向交会法 对非圆形建筑物，如高层建筑物的楼体进行倾斜观测，过去一般用基础不均匀沉降来推算。当建筑物属于非钢体变形时，这一方法就失去了作用。由于建筑物在施工阶段其楼体上变形点无法置镜，因此，只能用方向交会的方法来交会该点的位置，以此来分析该点的倾斜值（变形值）。施工期间建筑场地有各种施工机械、设备、堆放的各种建筑材料，以及作业人员流动频繁等因素，使变形监测基准点位或被破坏，致使观测时不能用正常的前方
14、交会方法交会变形点的位置。本方法后视任意两点交会变形点，并将这种交会法转化为两方向前方交会算法。激光垂准法激光垂准法 利用激光垂准仪，测定建筑物底部和顶部距离垂准激光束的距离差，从而计算建筑物某轴线（某一面）的倾斜度。这种方法受施工干扰较大，在施工现场较难使用。图图9-13 9-13 激光垂准倾斜观测激光垂准倾斜观测9.4 工程实例工程实例仪器及精度设计仪器及精度设计 依据设计要求，为能反映出1mm的沉降量，采用S1级精密水准仪和铟钢尺，按二等水准测量的规程进行沉降观测；视距长度小于30m，三丝最小读数不限，正确读数至0.1mm，估读至0.01 mm，单位权（一测站）中误差不超过0.5mm，点
15、位高程中误差不超过1.0mm。观测周期设计 建筑物施工至0以上时进行初始观测；以后每施工完一层观测1次；封顶观测1次；封顶1个月后观测1次；建筑物竣工时观测1次；以后第1个月后观测1次、第3个月后观测1次、第6个月后观测1次、第9个月后观测1次、第12个月后观测1次。预计共观测15次，若施工期间沉降速率过大或竣工后沉降仍未趋于稳定，则按甲方要求适当增加观测次数。提供资料要求 在沉降监测过程中，施测方在每次观测时将上次观测的成果资料提交给业主方，若发现沉降量或沉降速度过大，则及时报告业主。建筑物峻工时，施测方向业主提交沉降监测阶段报告。建筑物沉降监测工作全部完成后，及时提交沉降监测总结报告，包括
16、下列成果：沉降观测成果表；沉降观测点平面布置图；沉降观测分析报告；点位沉降过程曲线图。沉降观测点位设计 参照建筑物设计总平面图、建筑设计图及其沉降观测规范，在建筑物主要轴线布设8个沉降观测点，在其周围布设4个沉降观测基准点，其中直接用于观测的基准点2个。图图9-14 9-14 沉降观测布点沉降观测布点沉降观测实施沉降观测实施 首先对基准网进行了观测，利用普通秩亏平差获得了基准点在其重心坐标系下的高程基准，作为后续观测的依据。按技术设计要求及其施工进度实施每周期观测。利用经典平差方法进行数据处理，若平差结果显示观测成果合格，则进行沉降观测成果报表。当建筑物竣工验收前对前面所进行的观测进行总结、分析，提交阶段（总结）报告。
