第4章建筑物变形观测

1、变形监测原理 第四第四 章建筑物的变形监测章建筑物的变形监测 H D h e tgi BB A e h 经纬仪投影法经纬仪投影法 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；或全站仪； 测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的1.51.5倍；倍； 在圆形建筑物的底部横放两把尺子，使两尺相互垂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。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，向下经纬仪分别照准建筑物的顶部、底部

2、的边缘，向下 投影。投影。 第1节倾斜观测 经纬仪投影法倾斜观测经纬仪投影法倾斜观测 第1节倾斜观测 2 )()( 2 )()( 4242 3131 AABB y AABB x yyyy xxxx 22 yx e 经纬仪投影法倾斜计算经纬仪投影法倾斜计算 第1节倾斜观测 当像烟囱等当像烟囱等 圆锥形中空圆锥形中空 构筑物，应构筑物，应 测定其几何测定其几何 中心的水平中心的水平 位移。位移。 第1节倾斜观测 当测定偏距当测定偏距e e的精度要求较高时，可以采用角度前方的精度要求较高时，可以采用角度前方 交会法。交会法。 首先在圆形建筑物周围标定首先在圆形建筑物周围标定A A、B B、C C三点

3、，观测其转三点，观测其转 角和边长，则可求得其在自用坐标系中的坐标；角和边长，则可求得其在自用坐标系中的坐标； 然后分别设站于然后分别设站于A A、B B、C C三点，观测圆形建筑物顶部三点，观测圆形建筑物顶部 两侧切线与基线的夹角，并取其平均值；两侧切线与基线的夹角，并取其平均值； 以同样的方法观测圆形建筑物底部；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 顶部圆心顶部圆心OO和底部圆心和底部圆心O O的坐标。的坐标。 第1节倾斜观测 前方交会法倾斜观测计算前方交会法倾斜观测计算 第1节倾斜观测 22 )()(

4、OOOO yyxxe 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，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。过去一般用基础不均匀沉降来推算。 当建筑物属于非钢当建筑物属于非钢 体变形时，这一方法就失去了作用。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，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）。点的倾斜值（变形值）。 施工期间建筑场地有各种

5、施工机械、设备、堆放的各种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交会方法准点位或被破坏，致使观测时不能用正常的前方交会方法 交会变形点的位置。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。为两方向前方交会算法。 第1节倾斜观测 任意点置镜方向交会法倾斜观测任意点置镜方向交会法倾斜观测 第1节倾斜观测 任意点置镜角度转换关系任意点置镜角度转换关系 第

6、1节倾斜观测 利用激光垂准仪，测定建筑物底部和顶部距利用激光垂准仪，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。轴线（某一面）的倾斜度。 这种方法受施工干扰较大，在施工现场较难这种方法受施工干扰较大，在施工现场较难 使用。使用。 第1节倾斜观测 激光垂准倾斜观测激光垂准倾斜观测 第1节倾斜观测 第1节倾斜观测 用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷，用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷， 由相对沉陷与两点之间距离之比，可换算成倾斜由相对沉陷与两点之间距离之比，可换算成倾斜 角。角。 是测定观测点高程及基础倾斜的方法

7、之一是测定观测点高程及基础倾斜的方法之一 ，仪器不受距离限制，并且距离愈长，测定倾，仪器不受距离限制，并且距离愈长，测定倾 斜度的精度愈高。斜度的精度愈高。 第1节倾斜观测 气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管和一套气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管和一套 精密的测微器组成。使用时将倾斜仪安置在需要的位置精密的测微器组成。使用时将倾斜仪安置在需要的位置 上以后，转动带有读数盘的测微轮，通过测微杆向上或上以后，转动带有读数盘的测微轮，通过测微杆向上或 向下移动，直至水准气泡居中为止。此时在读数盘上读向下移动，直至水准气泡居中为止。此时在读数盘上读 出该处的倾斜度出该处的倾斜度 我国制造的气

8、泡式倾斜仪，灵敏度为我国制造的气泡式倾斜仪，灵敏度为2 2 ，总的观，总的观 测范围为测范围为1 1。气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角。气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角 或量测局部位置的变形，例如测定设备基础和平台的倾或量测局部位置的变形，例如测定设备基础和平台的倾 斜。斜。 倾斜仪和电子水准器虽有明显的优点，但当建筑物倾斜仪和电子水准器虽有明显的优点，但当建筑物 变形范围很大，工作测点很多时，这类仪器就不如水准变形范围很大，工作测点很多时，这类仪器就不如水准 仪灵活。因此，变形观测的常用方法仍是水准测量。仪灵活。因此，变形观测的常用方法仍是水准测量。 气泡式倾斜仪气泡式倾斜仪 第1节倾斜

9、观测 倾斜观测方法选择倾斜观测方法选择 第1节倾斜观测 序号序号倾斜观测内容倾斜观测内容观测方法选取观测方法选取 1 1 测量建筑物基础测量建筑物基础 相对沉降相对沉降 （1 1）几何水准测量）几何水准测量 （2 2）液体静力水准测量（大坝）液体静力水准测量（大坝 ） 2 2 测量建筑物顶点测量建筑物顶点 相对于底点的水相对于底点的水 平位移平位移 （1 1）前方交会法）前方交会法 （2 2）投点法）投点法 （3 3）吊垂球法）吊垂球法 （4 4）激光铅直仪观测法）激光铅直仪观测法 3 3 直接测量建筑物直接测量建筑物 的倾斜度的倾斜度 （1 1）气泡倾斜仪）气泡倾斜仪 第2节挠度观测 第第2

10、 2节挠度观测节挠度观测 第2节挠度观测 第2节挠度观测 第2节挠度观测 第2节挠度观测 第2节挠度观测 桁架结构桁架结构 第2节挠度观测 第2节挠度观测 圆形建圆形建(构构)筑物主体的挠度观测步骤筑物主体的挠度观测步骤 第2节挠度观测 圆形建圆形建(构构)筑物主体的挠度观测步骤筑物主体的挠度观测步骤 第2节挠度观测 圆形建圆形建(构构)筑物主体的挠度观测步骤筑物主体的挠度观测步骤 第2节挠度观测 主体的挠度曲线主体的挠度曲线 第2节挠度观测 正垂线测量挠度正垂线测量挠度 倒垂线测量挠度倒垂线测量挠度 挠度测量挠度测量 第2节挠度观测 第2节挠度观测 挠度观测的资料整理 （1 1）挠度观测点位

11、布置图；）挠度观测点位布置图； （2 2）观测成果表与计算资料；）观测成果表与计算资料； （3 3）挠度曲线图；）挠度曲线图； （4 4）观测成果分析说明资料。）观测成果分析说明资料。 观测方法总结 第2节挠度观测 第3节 裂缝观测 建筑物裂缝比较常见，成因不一，危害程度不同。有建筑物裂缝比较常见，成因不一，危害程度不同。有 些裂缝（如滑坡裂缝等）已是破坏的开始，多数裂缝些裂缝（如滑坡裂缝等）已是破坏的开始，多数裂缝 都会影响建筑物的整体性，严重的能引起建筑物的破都会影响建筑物的整体性，严重的能引起建筑物的破 坏。为了保证建筑物的安全，应对裂缝的现状和变化坏。为了保证建筑物的安全，应对裂缝的现

12、状和变化 进行观测。进行观测。 裂缝观测的主要目的是查明裂缝情况，掌握变化规律，裂缝观测的主要目的是查明裂缝情况，掌握变化规律， 分析成因和危害，以便采取对策，保证建筑物安全运分析成因和危害，以便采取对策，保证建筑物安全运 行。行。 第四章 建筑物的变形观测 第3节 裂缝观测 对建筑物产生的裂缝应进行位置、对建筑物产生的裂缝应进行位置、 走向、长度、走向、长度、 宽度、深度和错距等的定期观测，对建筑物内部及表宽度、深度和错距等的定期观测，对建筑物内部及表 面可能产生裂缝的部位，应预埋仪器设备，进行定期面可能产生裂缝的部位，应预埋仪器设备，进行定期 观测或临时采用适宜方法进行探测。观测或临时采用

13、适宜方法进行探测。 裂缝观测一般应在其两端裂缝观测一般应在其两端( (最窄处与最宽处最窄处与最宽处) )设置观设置观 测标志。标志的力向应垂直于裂缝。一个建测标志。标志的力向应垂直于裂缝。一个建( (构构) )筑物筑物 若有多处裂缝，则应绘制表示裂缝位置的建若有多处裂缝，则应绘制表示裂缝位置的建( (构构) )筑物筑物 立面图立面图 ( (裂缝位置图裂缝位置图) )。并对裂缝编号。并对裂缝编号。 裂缝常用标志：石膏标志，薄铁片标志，金属标志裂缝常用标志：石膏标志，薄铁片标志，金属标志 点点 第四章 建筑物的变形观测 裂缝标志 第3节裂缝观测 测微器法 测微器法主要包括：单向测缝标 点和三向测缝

14、标点； 主要用于测量表面裂缝的宽度和 错距。 第3节裂缝观测 单向测缝标点 一般用于测量裂缝的宽度。一般用于测量裂缝的宽度。 在实际应用中，可根据裂缝分布情况，对重要的裂缝，在实际应用中，可根据裂缝分布情况，对重要的裂缝， 选择有代表性的位置，在裂缝两侧各埋设一个标点；选择有代表性的位置，在裂缝两侧各埋设一个标点； 标点采用直径为标点采用直径为20mm20mm，长约，长约80mm80mm的金属棒，埋入混凝的金属棒，埋入混凝 土内土内60mm60mm，外露部分为标点，标点上各有一个保护盖。，外露部分为标点，标点上各有一个保护盖。 两标点的距离不得少于两标点的距离不得少于150mm150mm，用游

15、标卡尺定期地测，用游标卡尺定期地测 定两个标点之间距离变化值，以此来掌握裂缝的发展定两个标点之间距离变化值，以此来掌握裂缝的发展 情况，其测量精度一般可达到情况，其测量精度一般可达到0.1mm0.1mm。 第3节裂缝观测 单位：（单位：（mm） 1标点；标点；2钻孔线；钻孔线；3裂缝裂缝 单向测缝标点安装单向测缝标点安装 第3节裂缝观测 三向测缝标点 三向测缝标点有板式和杆式两种，目前大多采用板式三向测缝标点有板式和杆式两种，目前大多采用板式 三向测缝标点。三向测缝标点。 板式三向测缝标点是将两块宽为板式三向测缝标点是将两块宽为30mm30mm，厚，厚5 57mm7mm的金的金 属板，作成相互

16、垂直的属板，作成相互垂直的3 3个方向的拐角，并在型板上焊个方向的拐角，并在型板上焊 三对不锈钢的三棱柱条，用以观测裂缝三对不锈钢的三棱柱条，用以观测裂缝3 3个方向的变化，个方向的变化， 用螺栓将型板锚固在混凝土上。用螺栓将型板锚固在混凝土上。 用外径游标卡尺测量每对三棱柱条之间的距离变化，用外径游标卡尺测量每对三棱柱条之间的距离变化， 即可得三维相对位移。即可得三维相对位移。 主要用于建筑物表面裂缝观测主要用于建筑物表面裂缝观测 第3节裂缝观测 1观测观测x方向的标点；方向的标点；2观测观测y方向的标点；方向的标点； 3观测观测z方向的标点；方向的标点；4伸缩缝伸缩缝 板式三向测缝标点结构

17、板式三向测缝标点结构 第3节裂缝观测 测缝计 测缝计可分为电阻式、电感式、电位式、钢弦式测缝计可分为电阻式、电感式、电位式、钢弦式 等多种，是由波纹管、上接座、接线座及接座套等多种，是由波纹管、上接座、接线座及接座套 筒组成仪器外壳。筒组成仪器外壳。 差动电阻式的内部构造是由两根方铁杆、导向板、差动电阻式的内部构造是由两根方铁杆、导向板、 弹簧及两根电阻钢丝组成，两根方铁杆分别固定弹簧及两根电阻钢丝组成，两根方铁杆分别固定 在上接座和接线座上，形成一个整体。在上接座和接线座上，形成一个整体。 适用于测量水工建筑物或其他混凝土建筑物伸缩适用于测量水工建筑物或其他混凝土建筑物伸缩 缝的开合度缝的开

18、合度( (变形变形) )，亦可用于测量土坝、土堤、，亦可用于测量土坝、土堤、 边坡等结构物的位移、沉陷、应变、滑移边坡等结构物的位移、沉陷、应变、滑移 第3节裂缝观测 1接座套管；接座套管；2接线座；接线座；3 波纹管；波纹管；4塑料套；塑料套；5钢管；钢管； 6中性油；中性油；7方铁杆；方铁杆；8电电 阻钢丝；阻钢丝；9上接座；上接座；10弹簧弹簧 测缝计结构示意图示意图 第3节裂缝观测 超声波检测超声波检测 超声波用于非破损检测，就是以超声波为媒介，获得物超声波用于非破损检测，就是以超声波为媒介，获得物 体内部信息的一种方法。体内部信息的一种方法。 掌握混凝土表面裂缝的深度，对混凝土的耐久

19、性诊断和掌握混凝土表面裂缝的深度，对混凝土的耐久性诊断和 研究修补、加固对策有重要意义。研究修补、加固对策有重要意义。 当声波通过混凝土的裂缝时，绕过裂缝的顶端而改变方当声波通过混凝土的裂缝时，绕过裂缝的顶端而改变方 向，使传播路程增加，即通过的时间加长，由此可通过向，使传播路程增加，即通过的时间加长，由此可通过 对裂缝绕射声波在最短路程上通过的时间与良好混凝土对裂缝绕射声波在最短路程上通过的时间与良好混凝土 在水平距离上声波通过的时间进行比较来确定裂缝的深在水平距离上声波通过的时间进行比较来确定裂缝的深 度。度。 第3节裂缝观测 E发射探头；发射探头；R接收探头；接收探头；B裂缝；裂缝； A

20、裂缝终点；裂缝终点；H裂缝深度裂缝深度 1)( 2 2 0 2 0 2 t t Ltt v H 超声波观测裂缝深度 第3节裂缝观测 裂缝观测仪裂缝观测仪 用于桥梁、隧道、混凝土板面、 金属表面等裂缝宽度的定量检测 第3节裂缝观测 裂缝观测仪裂缝观测仪 第3节裂缝观测 裂缝观测仪裂缝观测仪 第3节裂缝观测 裂缝测宽仪是其由嵌入式电脑、数字信号连接电缆、 测头三部分组成。通过放大镜将裂缝图像放大成像在 CCD器件上，对图像进行分析量化后，通过USB接口 由数字信号连接电缆传输至掌上电脑，掌上电脑接收 到图像信号后进行图像智能分析及处理，自动标示裂 缝宽度情况。 特点:采用了自动标识读数宽度系统，通

21、过图像智能 分析可自动标识裂缝宽度，完全消除了人工读数所产 生的视觉误差。 测量范围 0 3mm；测量精度 0.02mm ；放大倍数 60倍(数字变焦8倍) ；存储格式 BMP或JPG格式；传 输接口：USB接口；检测方法：贴近裂缝检测； 供 电方式：电池供电 土工建筑物表面裂缝观测 对全部裂缝或若干主要裂缝区的裂缝进行观测。主 要裂缝包括：缝宽显著或长度较长的裂缝、垂直于 轴线的裂缝、明显的垂直错缝、 弧形缝、地形陡变 部位的裂缝等。 在观测范围内，以土坝、土堤等建筑物的轴线为基 准线，可按堤坝桩号和距轴线的距离，画出坐标方 格，逐格量测缝的分布位置和沿走向的长度。 裂缝宽度可在两侧设带钉头

22、的小木桩作标点进行量 测。裂缝错距可作刻度尺直接量测。裂缝深度，可 选定若干适当位置，进行坑探、槽探或井探。探测 前，最好从缝口灌入石灰水，以便观察缝迹。 第3节裂缝观测 对于土工建筑物内部或表面可能发生裂缝 的部位，可在施工时埋设土应变计或改装 的测缝计进行定期观测。 在已成土工建筑物上，除可利用上述探测 缝深的各种方法外，也可使用对堤坝隐患 进行探测的有关方法进行探测，还可利用 变形观测资料进行初步分析判断，从而有 目的地进行探测。 第3节裂缝观测 土工建筑物表面裂缝观测 混凝土建筑物表面裂缝观测 对于混凝土建筑物，首先应根据情况，确定观测范围。 裂缝分布位置和长度可仿照土工建筑物的量测办

23、法进 行量测。 裂缝深度，除可用细铁丝等简易办法探测外，常采用 超声波探深仪进行探测，也可采取逐步钻孔进行压气 或压水试验办法探测。 裂缝宽度，除可用读数放大镜直接观测外，常在缝两 侧设金属标点，用游标卡尺量测，或将差动式电阻测 缝计的两端分别固定在缝的两侧，用电阻比电桥或其 他检测仪器观测或自动遥测。 对于贯穿性裂缝的错距，可在缝的两侧设三向测缝标 点进行三个方向的量测。 第3节裂缝观测 对于大体积混凝土内部或表面预计可 能发生裂缝的部位，可在施工时埋设 裂缝计（差动式电阻测缝计连接加长 杆而成）定期进行观测。 在已竣工工程上，可采用上述探测缝 深的办法进行探测。 第3节裂缝观测 混凝土建筑物表面裂缝观测 第3节裂缝观测 裂缝观测周期 裂缝观测的周期应视其裂缝变化速度而定。裂缝观测的周期应视其裂缝变化速度而定。 通常开始半月通常开始半月1 1次，以后次，以后1 1月月1 1次。当发现裂缝加大次。当发现裂缝加大 时，应增加观测次数，直至几天或逐日一次的连时，应增加观测次数，直至几天或逐日一次的连 续观测。续观测。 裂缝观测时，其宽度应量至裂缝观测时，其宽度应量至0.1mm0.1mm，每次观，每次