现代工程变形监测

1、 现代土木工程测试理论与监测技术1-1 概述概述 l 土木工程都建造在岩土介质之上或之中，土木工程都建造在岩土介质之上或之中，在施工过程中必然要进行动态监测。在施工过程中必然要进行动态监测。l 随着人们对土木工程施工中监测重要性认随着人们对土木工程施工中监测重要性认识的深入，监测工作越来越受到重视，很多识的深入，监测工作越来越受到重视，很多工程都已国家法规形式加以强制。工程都已国家法规形式加以强制。 第一节第一节 概论概论l 土木工程监测技术是一门综合性很强的土木工程监测技术是一门综合性很强的技术，他是以测量学、土力学、岩体力学技术，他是以测量学、土力学、岩体力学、结构力学以及土木工程设计理论

2、和方法、结构力学以及土木工程设计理论和方法等学科为理论基础，以仪器仪表、传感器等学科为理论基础，以仪器仪表、传感器、计算机、测试技术等学科为技术支持，、计算机、测试技术等学科为技术支持，同时融入土木工程施工工艺和积累的工程同时融入土木工程施工工艺和积累的工程实践经验。实践经验。l 随着现代科学技术的迅猛发展和生产力随着现代科学技术的迅猛发展和生产力的提高，各种测试技术已越来越广泛地应的提高，各种测试技术已越来越广泛地应用于各种工程领域和科研工作中，测试技用于各种工程领域和科研工作中，测试技术水平的高低越来越成为衡量国家科技现术水平的高低越来越成为衡量国家科技现代化的重要标志。代化的重要标志。1

3、.2 监测的目的监测的目的 目的：目的：保证工程施工和建筑物（构筑物）的保证工程施工和建筑物（构筑物）的安全安全。 监测分为：监测分为：信息化信息化施工，提供施工，提供反馈信息反馈信息，从，从而指导施工和修改设计，以确而指导施工和修改设计，以确保工程安全。保工程安全。 监测其结构的变形、应力、应变监测其结构的变形、应力、应变逐段、振动和渗流等，分析建逐段、振动和渗流等，分析建筑物运行的稳定和安全状况，筑物运行的稳定和安全状况，同时同时验证验证工程设计。工程设计。施工期施工期运行期运行期1.3 必要的监测的工程必要的监测的工程工程建筑物：工程建筑物：大坝、核电站、大楼。大坝、核电站、大楼。基坑开

4、挖施工：基坑开挖施工：大楼基坑、地下车站、地下工程建筑。大楼基坑、地下车站、地下工程建筑。隧道工程：隧道工程：岩石隧道，地铁隧道。岩石隧道，地铁隧道。边坡工程（滑坡监测）：边坡工程（滑坡监测）：自然边坡，人造护坡。自然边坡，人造护坡。软土路基工程：软土路基工程：公路路基、铁路路基。公路路基、铁路路基。桥梁工程：桥梁工程：施工期的塔、索、梁的安装监测，运行期的施工期的塔、索、梁的安装监测，运行期的健康检测。健康检测。1.4 监测的内容监测的内容l 应根据工程的特点和目的设置监测项目。应根据工程的特点和目的设置监测项目。 必要的监测项目：必要的监测项目：高大建筑物：高大建筑物：沉降、水平位移、倾斜

5、、挠度。沉降、水平位移、倾斜、挠度。水工建筑物：水工建筑物：变形（垂直、水平位移，倾斜，挠度），应力、应变形（垂直、水平位移，倾斜，挠度），应力、应变、温度、裂缝、渗流、渗压、水位。变、温度、裂缝、渗流、渗压、水位。边坡工程：边坡工程：水平位移、垂直位移（包括深层位移），土体水位。水平位移、垂直位移（包括深层位移），土体水位。隧洞（道）：隧洞（道）：拱顶（底）位移、收敛、应力、应变、周边环境。拱顶（底）位移、收敛、应力、应变、周边环境。基坑工程：基坑工程：坑顶（底）位移、支撑轴力、土压力、水准。坑顶（底）位移、支撑轴力、土压力、水准。 软土路基：软土路基：沉降。沉降。 桥梁工程：桥梁工程：施工

6、期有塔和梁的线形、应力、应变，索力等；运营施工期有塔和梁的线形、应力、应变，索力等；运营期有桥面挠度、塔变形、梁振动、索力、塔应力、应变等。期有桥面挠度、塔变形、梁振动、索力、塔应力、应变等。1.5 监测手段监测手段 变形量（位移）监测：变形量（位移）监测： 测量仪器测量仪器全站仪，水准仪，全站仪，水准仪，gps，激光准直，激光准直仪，测斜仪，垂线，引张线等。仪，测斜仪，垂线，引张线等。 物理量监测物理量监测(力学量测试力学量测试)： 测试仪器测试仪器测试系统。测试系统。 测试系统组成：测试系统组成：荷载系统（被测对象）、传感器荷载系统（被测对象）、传感器、信号变换与测量电路、显示记录系统。、

7、信号变换与测量电路、显示记录系统。被测对象传感器信号变换、测量电量指示仪器记录仪器数据处理仪器打印机显示与记录系统测量系统荷载系统图图11 测试系统的组成测试系统的组成传感器：传感器：将测量的将测量的非电物理量非电物理量（位移、压力、应（位移、压力、应力厚度）转换成相应的便于检测的力厚度）转换成相应的便于检测的电量电量。传感器形式：传感器形式： 电感式电感式 电阻式电阻式差动电阻式，钢弦式（振弦式）差动电阻式，钢弦式（振弦式） 电容式电容式 差动变压形式差动变压形式 光电式光电式 弹簧式弹簧式1.6 监测精度监测精度 原则上：原则上：应高于变形量应高于变形量 （一个监测周期内的变形量）。（一个

8、监测周期内的变形量）。无法达到测试精度，可以通过变形趋势。无法达到测试精度，可以通过变形趋势。（图）（图）1.7 监测频率监测频率 施工期：施工期： 按时间确定按时间确定每周，每天、每几个小时。时间每周，每天、每几个小时。时间的长短根据变形的速度确定。的长短根据变形的速度确定。 按施工工况按施工工况区域，深度、建筑物加载情况。区域，深度、建筑物加载情况。 营运期：营运期：一般定期一般定期每月、每季、每半年、每年。每月、每季、每半年、每年。水工建筑物水工建筑物水位，雨季。水位，雨季。1.8 基准值的建立基准值的建立 被监测对象的被监测对象的变形分析变形分析或或变化量分析变化量分析是建立是建立在多

9、期重复观测相比较的基础上，因此需要有一在多期重复观测相比较的基础上，因此需要有一个统一的个统一的基准基准。基准：基准：一般都是相对的基准一般都是相对的基准变形相对于变形相对于基准点基准点 ；物理力学量相对于；物理力学量相对于零状态零状态的。的。原则：原则：监测对象处于零状态，比如施工开始前。监测对象处于零状态，比如施工开始前。要求：要求：变形量的基准点应相对稳定性。变形量的基准点应相对稳定性。1.9 警报值（预警值）警报值（预警值） 预警预警是针对工程将可能出现灾烂性事故的提前是针对工程将可能出现灾烂性事故的提前预报预报，因此，它也是监测工作的一项重要因此，它也是监测工作的一项重要任务和目的任

10、务和目的。预警值预警值没有现成的规定可循，应根据工程实际、监测没有现成的规定可循，应根据工程实际、监测对象的特性具体确定。对象的特性具体确定。 确定的方法有：确定的方法有： 按总变形（变化）量确定按总变形（变化）量确定 安全值：安全值：（00.5）l总，总，总总 即即l总总50%，总总50%； 预预 警：警：（0.50.8）l总，总，总；总； 报报 警：警：（0.81.0）l总，总，总；总； 按变形速率确定按变形速率确定 安全值：安全值：变形（变化）量稳定；变形（变化）量稳定； 预预 警：警：变形（变化）量出现加速度趋势；变形（变化）量出现加速度趋势； 报报 警：警：变形（变化）量加速度不断增

11、大。变形（变化）量加速度不断增大。 经验值确定经验值确定 安全值：安全值： 预预 警：警： 报报 警：警：1.10 监测方案的设计监测方案的设计 监测方案设计监测方案设计是开展监测工作的重要环节，是实施监测工作是开展监测工作的重要环节，是实施监测工作的的技术依据技术依据和和标准标准。 监测方案设计监测方案设计必须建立在对工程现场地质条件、施工方案、必须建立在对工程现场地质条件、施工方案、以及工程相邻环境详尽调查基础上，同时还需与工程建设单以及工程相邻环境详尽调查基础上，同时还需与工程建设单位、施工单位、监理单位设计单位协商确定。位、施工单位、监理单位设计单位协商确定。 监测方案制定的步骤：监测

12、方案制定的步骤：收集和阅读工程地质、工程设计等相关材料；收集和阅读工程地质、工程设计等相关材料；现场踏勘；现场踏勘；拟定监测方案初稿；拟定监测方案初稿；提交委托单位审阅或专家会议评审；提交委托单位审阅或专家会议评审；根据评审意见形成正式监测方案。根据评审意见形成正式监测方案。 监测方案设计的主要内容：监测方案设计的主要内容： 监测项目，设计的依据和标准；监测项目，设计的依据和标准； 监测断面（部位）和测点的布置；监测断面（部位）和测点的布置； 监测手段、方法和使用的仪器设备；监测手段、方法和使用的仪器设备； 监测计划、频率；监测计划、频率； 预警值和预警方式；预警值和预警方式； 报表的内容和形

13、式等。报表的内容和形式等。1.11 资料分析的处理资料分析的处理 通过多期观测资料，分析监测点的通过多期观测资料，分析监测点的变化规律变化规律，变化速率变化速率。 用数理统计原理用数理统计原理检验检验监测点的变形状况：监测点的变形状况： 基准点的检验基准点的检验 变形点的检验变形点的检验 建立统计模型，建立统计模型，预测预测变形趋势。变形趋势。2.1 概述概述基坑的应用：基坑的应用： 高层建筑基础，地下室建筑，城市地铁车站，城高层建筑基础，地下室建筑，城市地铁车站，城市合流污水处理系统等。市合流污水处理系统等。基坑工程的特点：基坑工程的特点：l深度大，一般在深度大，一般在10m30m， 20m

14、称为深基坑；称为深基坑；l位于建筑密集的市区，周边管线、道路纵横。位于建筑密集的市区，周边管线、道路纵横。第二节第二节 基坑工程施工监测基坑工程施工监测变形的成因：变形的成因： 基坑开挖后，基坑内外的土体将由静止土压力状态向被动和主基坑开挖后，基坑内外的土体将由静止土压力状态向被动和主动土压力状态的转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载，动土压力状态的转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载，并导致围护结构和土体的变形。并导致围护结构和土体的变形。监测的任务：监测的任务： 一旦围护结构及土体的一旦围护结构及土体的内力、变形内力、变形的量值超过容许的范围，将的量值超过容许的范围，将导致基坑失稳

15、破坏，或对周边环境造成不利影响，因此，基坑导致基坑失稳破坏，或对周边环境造成不利影响，因此，基坑施工期监测的任务是监视施工期监测的任务是监视围护结构围护结构以及以及土体土体的稳定状态的稳定状态(内力内力和和变形变形)。l内力：内力：围护桩或维护墙的内力，支撑轴力或土猫拉力等；围护桩或维护墙的内力，支撑轴力或土猫拉力等；l变形：变形：坑内土体的隆起，基坑支护结构变形及周围土体沉坑内土体的隆起，基坑支护结构变形及周围土体沉降和侧向位移等。降和侧向位移等。2.1 概述概述 监测的时段：监测的时段： 从基坑开挖至建筑结构体施工至地面，或土体回填。从基坑开挖至建筑结构体施工至地面，或土体回填。2.1 概

16、述概述1. 巡视观察巡视观察 项目：项目：l围护结构变形；围护结构变形；l渗漏水，渗漏量；渗漏水，渗漏量；l周边地表沉陷，裂缝；周边地表沉陷，裂缝；l周边建筑的裂缝。周边建筑的裂缝。2.2 监测内容及方法监测内容及方法2. 围护墙顶水平位移监测围护墙顶水平位移监测测点和基准点的布设测点和基准点的布设观测方法和测量仪器观测方法和测量仪器视准线法（经纬仪）视准线法（经纬仪）极坐标法（全站仪）极坐标法（全站仪）交会法（经纬仪或全站仪）交会法（经纬仪或全站仪）视准线适用于矩形基坑，极坐标法和交会法适用视准线适用于矩形基坑，极坐标法和交会法适用于不规则基坑。于不规则基坑。3. 围护墙顶垂直位移围护墙顶垂

17、直位移测点和基准点的布置：测点和基准点的布置： 基准点：基准点：选在影响区域以外，选在影响区域以外，23点点 监测点：监测点：可与水平位移监测共点（兼用）可与水平位移监测共点（兼用） 监测方法：监测方法： 精密几何水准精密几何水准测量要构成闭合（符合）环。测量要构成闭合（符合）环。4. 深层水平位移测量深层水平位移测量u测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移。测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移。测量方法：测量方法： 测斜管测斜仪测斜管测斜仪测斜仪组成：测斜仪组成： 探头，电缆，数字式测读仪。探头，电缆，数字式测读仪。各部件作用：各部件作用：探头探头倾角传感元件金属外壳倾角传感元

18、件金属外壳2对导轮。对导轮。电缆电缆为探头供电并传递探头测量信息，作为量测探头为探头供电并传递探头测量信息，作为量测探头所在测量点距孔口的深度尺，作为提升和下放探头的绳索。所在测量点距孔口的深度尺，作为提升和下放探头的绳索。数字式测读仪数字式测读仪读取探头测量结果，是探头的二次仪表。读取探头测量结果，是探头的二次仪表。测斜管测斜管塑料塑料pvc管或铝合金管，应有一定的韧性和柔管或铝合金管，应有一定的韧性和柔度，能随土体变形。度，能随土体变形。4. 深层水平位移测量深层水平位移测量测斜管埋设方法：测斜管埋设方法：绑扎埋设绑扎埋设适用于砼桩墙体；适用于砼桩墙体；钻孔埋设钻孔埋设适用于土体。适用于土

19、体。测斜仪量测原理图测斜仪量测原理图4. 深层水平位移测量深层水平位移测量测量原理测量原理通过摆锤受重力作用来测量探头轴线与铅锤线之间的通过摆锤受重力作用来测量探头轴线与铅锤线之间的倾角，计算出垂直位置各点的水平位移量：倾角，计算出垂直位置各点的水平位移量： ( li 通常取通常取0.5m1m ) 当管底埋深不动时，认为管底是位移不动点，则从底当管底埋深不动时，认为管底是位移不动点，则从底往上数第往上数第n个量测段总位移量为：个量测段总位移量为：iiilsinniiniinl11sin4. 深层水平位移测量深层水平位移测量 当管两端都有位移时，先测量管口水平偏移量当管两端都有位移时，先测量管口

20、水平偏移量0 ，从管口从管口往下数第往下数第n测量段处的水平偏移量：测量段处的水平偏移量： 测斜管埋设不可能保持管轴线是铅垂线，因此，各量测测斜管埋设不可能保持管轴线是铅垂线，因此，各量测段水平位移为本次测量值与初始测量值之差：段水平位移为本次测量值与初始测量值之差：niinl10sin)sin(sin0100iniinnnl4. 深层水平位移测量深层水平位移测量5. 土体分层的沉降监测土体分层的沉降监测u 土体分层沉降是指地面以下不同深度处土层内的点土体分层沉降是指地面以下不同深度处土层内的点的的沉降或隆起沉降或隆起。测量方法：测量方法：磁性分层沉降仪；磁性分层沉降仪；测量精度：测量精度：1

21、mm；磁性分层沉降仪：磁性分层沉降仪：分层沉降管分层沉降管+钢环带刻度标钢环带刻度标尺的导线尺的导线+电感探测装置（对磁性材料敏感的探电感探测装置（对磁性材料敏感的探头）头）5. 土体分层的沉降监测土体分层的沉降监测测量原理：测量原理：分层沉降管由波纹柔性塑料管制成，分层沉降管由波纹柔性塑料管制成，管外每隔一定距离安放一个钢环（钢环位置根据管外每隔一定距离安放一个钢环（钢环位置根据测量的土层位置而定），地层沉降时，带动钢环测量的土层位置而定），地层沉降时，带动钢环同步下沉。当探头从钻孔中缓慢下放遇到钢环时，同步下沉。当探头从钻孔中缓慢下放遇到钢环时，电感探测装置上的蜂鸣器鸣叫，这是测读出孔口电

22、感探测装置上的蜂鸣器鸣叫，这是测读出孔口处导线上的标尺刻度，以及孔口的标高，即可计处导线上的标尺刻度，以及孔口的标高，即可计算出钢环所在位置的标高和沉降值。算出钢环所在位置的标高和沉降值。分层沉降管和钢环的埋设：分层沉降管和钢环的埋设：钻机钻孔，在套管内钻机钻孔，在套管内引入导管，安装沉降钢环。引入导管，安装沉降钢环。6. 基坑回弹监测基坑回弹监测u 基坑回弹是基坑开挖对坑底土层卸荷过程引起的基基坑回弹是基坑开挖对坑底土层卸荷过程引起的基坑底面及坑外一定范围内土体的回弹变形或隆起。坑底面及坑外一定范围内土体的回弹变形或隆起。u 测量方法：测量方法：回弹监测标或深层沉降标回弹监测标或深层沉降标

23、标点埋于开挖面下标点埋于开挖面下20cm处（钻孔深层沉降标）处（钻孔深层沉降标）u 回弹监测标回弹监测标钻孔将回弹标嵌入基坑开挖层下钻孔将回弹标嵌入基坑开挖层下20cm ，借助辅助测杆，用精密水准测量，测毕用，借助辅助测杆，用精密水准测量，测毕用石灰土埋填，待接近开挖面再测。石灰土埋填，待接近开挖面再测。缺点：缺点：开挖过程开挖过程中无法监测。中无法监测。u 深层沉降标深层沉降标钻孔埋设套管，中间用钢管作测量钻孔埋设套管，中间用钢管作测量标，用水准仪测量管口标高的变化。标，用水准仪测量管口标高的变化。缺点：缺点：预埋的预埋的套管影响开挖。套管影响开挖。7. 土压力监测土压力监测u 土压力是基坑

24、支护结构周围的土体传递给挡土构筑土压力是基坑支护结构周围的土体传递给挡土构筑物的压力，也就是支护结构与土体的接触压力。物的压力，也就是支护结构与土体的接触压力。u 测量方法：测量方法：在围护结构与土的接触面的量测位置上在围护结构与土的接触面的量测位置上埋设压力传感器（也称土压力盒）。埋设压力传感器（也称土压力盒）。 土压力盒有电阻式和钢弦式。土压力盒有电阻式和钢弦式。u 埋设方法：埋设方法： 对于钢板桩或钢筋混凝土预制构件挡土结构对于钢板桩或钢筋混凝土预制构件挡土结构直接固定在其上，随其打入或压入土中；直接固定在其上，随其打入或压入土中； 对于地下连续墙等现浇混凝土挡土结构对于地下连续墙等现浇

25、混凝土挡土结构挂布挂布法，弹入法，活塞压入法；法，弹入法，活塞压入法； 监测地层内的土压力监测地层内的土压力钻孔法。钻孔法。 在土体变形中，饱和软粘土受荷后，首先产生的是在土体变形中，饱和软粘土受荷后，首先产生的是空隙水压力的增高或降低，随后才是土颗粒的固结空隙水压力的增高或降低，随后才是土颗粒的固结变形。孔隙水压力的变化是土体运动的前兆，因此，变形。孔隙水压力的变化是土体运动的前兆，因此，可以根据孔隙水压力的变化提前预测土体的变形，可以根据孔隙水压力的变化提前预测土体的变形，及时采取措施。及时采取措施。 测量方法：测量方法：孔隙水压力计。孔隙水压力计。 埋设方法：埋设方法：钻孔法埋设钻孔法埋

26、设压入法埋设压入法埋设适用于土质软。适用于土质软。8. 孔隙水压力监测孔隙水压力监测 监测地下水位的变化或水位的坡度变化。监测地下水位的变化或水位的坡度变化。 测量方法：测量方法：用钢尺或水位计，测量管口至水位用钢尺或水位计，测量管口至水位的深度。的深度。 埋设方法：埋设方法：钻孔埋设滤水塑料管。钻孔埋设滤水塑料管。9. 地下水位观测地下水位观测 横向：横向：监测支撑结构的内力和弯距监测支撑结构的内力和弯距 混凝土支撑混凝土支撑 钢支撑。钢支撑。 竖向：竖向：监测挡土墙的内力和弯距监测挡土墙的内力和弯距 测量方法：测量方法：钢筋计（串联连接、并联连接）钢筋计（串联连接、并联连接）横向支撑轴力：

27、横向支撑轴力：横向支撑弯距：横向支撑弯距：地下连续墙弯距：地下连续墙弯距： 10. 支挡结构内力监测支挡结构内力监测)1(ggtccaapeephaebhenppmggc)6)(21212)()61 (100021pphaetethmttc 基坑开挖必定会引起邻近基坑周围土体的变形，基坑开挖必定会引起邻近基坑周围土体的变形，过量的变形将影响邻近建筑物和市政管线的正常过量的变形将影响邻近建筑物和市政管线的正常使用，甚至导致破坏，因此，基坑施工期间必须使用，甚至导致破坏，因此，基坑施工期间必须对其变形监测。对其变形监测。 监测对象：监测对象：周边建筑物、地下管线周边建筑物、地下管线 、邻近道路和、

28、邻近道路和地表地表 1） 建筑物变形监测建筑物变形监测监测内容：监测内容：沉降、倾斜、水平位移、裂缝。沉降、倾斜、水平位移、裂缝。测量方法：测量方法： 11. 周边环境监测周边环境监测2）地下管线监测）地下管线监测 监测内容：监测内容：垂直位移，水平位移。垂直位移，水平位移。 测量方法：测量方法： 直接测量直接测量 包箍式包箍式 套管式套管式 间接测量间接测量 间接布置在地表，窨井盖口。间接布置在地表，窨井盖口。 3）邻近道路和地表监测）邻近道路和地表监测 监测内容：监测内容：沉降沉降11. 周边环境监测周边环境监测 断面式布设监测设施。断面式布设监测设施。2.4 基坑监测总体方案的设计基坑监

29、测总体方案的设计 近年来，基坑工程施工监测技术得到了迅速发近年来，基坑工程施工监测技术得到了迅速发展，但还存在一些问题：展，但还存在一些问题：u仪器的灵敏度、稳定性和耐久性难以保证，存活率低；仪器的灵敏度、稳定性和耐久性难以保证，存活率低；u属诊断工程，难以面面具到；属诊断工程，难以面面具到；u警戒值指标难以量化警戒值指标难以量化限制和削弱了可能产生险情限制和削弱了可能产生险情和事故的警报；和事故的警报；u监测方案没有统一的技术规定，监测内容、监测仪器监测方案没有统一的技术规定，监测内容、监测仪器及精度要求、监测频率、数据报表和分析方法等都较及精度要求、监测频率、数据报表和分析方法等都较随意，

30、急需制定地区性或全国性的规程和标准。随意，急需制定地区性或全国性的规程和标准。2.5 基坑监测中存在的问题基坑监测中存在的问题3.1 概述概述工程建筑物主要指：工程建筑物主要指：电视塔电视塔钢结构建筑钢结构建筑高层混凝土建筑物高层混凝土建筑物大型构筑物大型构筑物. .监测期：监测期：施工期施工期竣工后的结构稳定监测。竣工后的结构稳定监测。第三节第三节 工程建筑物变形监测工程建筑物变形监测3.1 概述概述监测内容：监测内容：基坑开挖施工监测；基坑开挖施工监测；建筑物沉降监测；建筑物沉降监测；垂直度观测；垂直度观测；倾斜观测；倾斜观测；裂缝观测；裂缝观测；日照变形观测日照变形观测挠度观测；挠度观测

31、；风振监测。风振监测。u 个别建筑物还要求监测水平位移、周边建筑。个别建筑物还要求监测水平位移、周边建筑。3.2 监测方法监测方法1 1、 基坑开挖监测基坑开挖监测在第二节中已作详细介绍，不再重述。在第二节中已作详细介绍，不再重述。2 2、建（构）筑物沉降监测、建（构）筑物沉降监测监测目的：监测目的：监测建筑物的不均匀沉降和出现较大的均匀沉降。监测建筑物的不均匀沉降和出现较大的均匀沉降。监测点的布设及要求：监测点的布设及要求：能反映整个建筑的变形特征的位置能反映整个建筑的变形特征的位置四周布设，四周布设，每隔每隔5 510m10m有一点；有一点；应能反映结构的变形应能反映结构的变形要设在立柱或

32、承重柱上。要设在立柱或承重柱上。基准点和工作基点布设要求：基准点和工作基点布设要求：基准点应设在施工区（变形）影响范围外便于基准点应设在施工区（变形）影响范围外便于长期保存的稳定位置。应建长期保存的稳定位置。应建2 23 3个点，使用时个点，使用时应作稳定性检查或检验。应作稳定性检查或检验。工作基点应选设在靠近观测目标且便于联测沉工作基点应选设在靠近观测目标且便于联测沉降监测点的稳定点或相对稳定位置。必须定期降监测点的稳定点或相对稳定位置。必须定期检测（与基准点联测），当发现沉降突然变小检测（与基准点联测），当发现沉降突然变小或变大时，尤其要联测。或变大时，尤其要联测。2 2、建（构）筑物沉降

33、监测、建（构）筑物沉降监测测量方法：测量方法：精密几何水准，闭（符）合水准路线；精密几何水准，闭（符）合水准路线；液体静力水准。液体静力水准。测量精度等级的确定测量精度等级的确定精度等级有：精度等级有：建筑特级建筑特级 1 1级级 2 2级级 3 3级四个等级级四个等级（测量方法水准精密一，二等类似，只是限差不同，（测量方法水准精密一，二等类似，只是限差不同，更严些）。更严些）。2 2、建（构）筑物沉降监测、建（构）筑物沉降监测确定测量的等级：确定测量的等级：u根据观测点测站高差中误差确定：根据观测点测站高差中误差确定：特等特等0.05mm,0.05mm, 1 1级级0.15mm,0.15mm

34、, 2 2级级0.50mm, 0.50mm, 3 3级级1.50mm1.50mm）。）。u而测站高差中误差可根据绝对沉降量，平均沉降而测站高差中误差可根据绝对沉降量，平均沉降量、沉降差来确定，不超过变形的量、沉降差来确定，不超过变形的1/201/20。u也可按地基条件，结合经验与分析具体确定。也可按地基条件，结合经验与分析具体确定。2 2、建（构）筑物沉降监测、建（构）筑物沉降监测频率和周期频率和周期施工期：施工期：荷载增加时测量一次；或每层，至少每荷载增加时测量一次；或每层，至少每2 2层测层测1 1次。次。加载完毕及竣工后期：加载完毕及竣工后期：每周每周每月每月每三个月每三个月每半年，每半

35、年，直至稳定。直至稳定。2 2、建（构）筑物沉降监测、建（构）筑物沉降监测预警值预警值累积差异沉降：一般建筑累积差异沉降：一般建筑4cm4cm，高层建筑高层建筑2cm2cm。沉降速率：沉降速率：2mm/d2mm/d。报（图）表报（图）表表：累积沉降、本期沉降、沉降速率表：累积沉降、本期沉降、沉降速率图：用图表示方法没有严格的规定，但必须直观。图：用图表示方法没有严格的规定，但必须直观。沉降量沉降量时间曲线时间曲线沉降量沉降量荷载荷载时间曲线时间曲线2 2、建（构）筑物沉降监测、建（构）筑物沉降监测3 3、垂直度监测（检测）垂直度监测（检测）对某些建筑属于倾斜监测对某些建筑属于倾斜监测监测目的：

36、监测目的：确保修建的建筑垂直度达到设计指标确保修建的建筑垂直度达到设计指标电视塔：电视塔：1/30001/3000；一般建筑：一般建筑：1/10001/1000监测分类：监测分类：施工过程监测施工过程监测成品结构监测成品结构监测( (通常的倾斜监测通常的倾斜监测) ) 监测方法：监测方法：外控法外控法简单；简单；内控法内控法精度高精度高. .3 3、垂直度监测（检测）垂直度监测（检测）u外控法外控法: :主要控制建筑的棱角或主轴线主要控制建筑的棱角或主轴线仪器仪器: :经纬仪经纬仪+ +弯管目镜；弯管目镜；全战仪全战仪坐标测量。坐标测量。u内控法内控法: :适用于点式结构、电视塔、特高层建筑。

37、适用于点式结构、电视塔、特高层建筑。3 3、垂直度监测（检测）垂直度监测（检测）控制步骤：控制步骤：建立控制网或控制点建立控制网或控制点( (基础层基础层) )。点尽可能布设在主轴线上。点尽可能布设在主轴线上。垂直投点垂直投点( (第二层顶层第二层顶层) )。 电视塔、钢结构等建筑要在阴天或日出前进行该项工作。电视塔、钢结构等建筑要在阴天或日出前进行该项工作。 投点仪器：投点仪器：垂直投点仪，精度有垂直投点仪，精度有1/101/10万万,1/20,1/20万万. .投测的控制网检测投测的控制网检测 检测主轴线或棱角检测主轴线或棱角计算垂直度计算垂直度 绘制垂直度曲线绘制垂直度曲线. . 4 4

38、、倾斜监测倾斜监测成因：基础不均匀沉降。成因：基础不均匀沉降。测量方法：测量方法：用不均匀沉降差异值反算（计算法）用不均匀沉降差异值反算（计算法） =f(l=f(l，) ) f=f(h f=f(h，)经纬仪投测法经纬仪投测法 f=ff=f2 2-f-f1 1用全站仪直接在楼顶测坐标。用全站仪直接在楼顶测坐标。倾斜仪：应用电子水准管测量倾斜仪：应用电子水准管测量5 5、裂缝监测裂缝监测起因：起因：由建筑物不均匀沉降引起的。由建筑物不均匀沉降引起的。监测裂缝：监测裂缝：长度变化长度变化宽度变化宽度变化长度监测：长度监测：画线作记号画线作记号宽度监测：宽度监测：粘纸；粘纸；钢尺钢尺+画线；画线；测钉

39、测钉+游标号尺游标号尺裂缝计（长期监测选用）裂缝计（长期监测选用）6 6、日照变形监测日照变形监测监测对象：监测对象：电视塔、钢结构建筑等高耸建筑电视塔、钢结构建筑等高耸建筑监测目的：监测目的：主要用于结构的力学分析主要用于结构的力学分析. .监测方法：监测方法：gpsgps仅能监测建筑顶部、仅能监测建筑顶部、全站仪全站仪可监测建筑顶部和中间。可监测建筑顶部和中间。7 7、挠度变形监测挠度变形监测监测对象：监测对象：主要对成品建筑监测。主要对成品建筑监测。施工期建筑施工的挠度主要靠垂直度来控制。施工期建筑施工的挠度主要靠垂直度来控制。监测方法：监测方法：全站仪坐标测量。全站仪坐标测量。经纬仪投

40、线经纬仪投线 挠度：挠度：f=f2-(f1+f2)/2f=f2-(f1+f2)/2 8 8、风振监测风振监测监测目的：监测目的：监测结构振动频率和变形（位移）。监测结构振动频率和变形（位移）。监测方法：监测方法：结构振动频率结构振动频率风振仪；风振仪；风振变形（位移）风振变形（位移）全站仪、全站仪、gpsgps。小周期和大周期变形：小周期和大周期变形： 高耸（矗）建筑结构的日照和风振变形，都含有小周期和高耸（矗）建筑结构的日照和风振变形，都含有小周期和大周期变形影响。大周期变形影响。小周期小周期2424小时日照变形；小时日照变形； 大周期大周期年日照的变形。年日照的变形。监测分析中应将其有效地

41、分离。监测分析中应将其有效地分离。4.1 概述概述监测的重要性：监测的重要性：监测工作的特点：监测工作的特点： 监测频率高：监测频率高：一般项目至少一般项目至少1 1次次/ /月，月， 很多项目都是很多项目都是1 1次次/ /周。周。 精度高：精度高：岩基上的混凝土坝测定变形（垂直和水平位移）岩基上的混凝土坝测定变形（垂直和水平位移）的中误差的中误差1mm1mm；软基土的坝测定变形的中误差软基土的坝测定变形的中误差2mm2mm。 监测项目齐全监测项目齐全。第四节第四节 混凝土坝变形监测混凝土坝变形监测4.1 概述概述监测项目：监测项目：垂直位移（沉降）监测；垂直位移（沉降）监测；水平位移监测；

42、水平位移监测；坝体、坝基渗流渗压（包括坝基扬压力、坝基排水绕坝坝体、坝基渗流渗压（包括坝基扬压力、坝基排水绕坝渗流等）渗流等）坝体裂缝坝体裂缝坝体（混凝土）温度；坝体（混凝土）温度；库水位、水库温度和环境温度等。库水位、水库温度和环境温度等。前前2 2项称为项称为外观外观，后面几项称为，后面几项称为内观内观。4.2 监测方法监测方法u在上个世纪在上个世纪8080年代，混凝土大坝安全监测还主要年代，混凝土大坝安全监测还主要用人工方法测量，随着科学技术的发展，绝大多用人工方法测量，随着科学技术的发展，绝大多少监测项目都已采用自动化方法测量，或采取自少监测项目都已采用自动化方法测量，或采取自动和人工

43、测量方法并用。而且远程控制监测已成动和人工测量方法并用。而且远程控制监测已成现实。现实。u当然，有些监测项目受到现场条件和测量方法的当然，有些监测项目受到现场条件和测量方法的限制，无法实现自动化监测。限制，无法实现自动化监测。1 1、垂直位移监测、垂直位移监测垂直位移包括：垂直位移包括：坝顶垂直位移坝顶垂直位移坝基垂直位移坝基垂直位移廊道垂直位移廊道垂直位移坝两侧岩体垂直位移坝两侧岩体垂直位移前前3 3项垂直位移测量结果还常常用来计算坝体的横项垂直位移测量结果还常常用来计算坝体的横向挠度。向挠度。1 1、垂直位移监测、垂直位移监测几何水准测量几何水准测量 这是最传统的方法，也是大坝监测中最常用

44、的方法。这是最传统的方法，也是大坝监测中最常用的方法。l基准点、工作基点与沉降点：基准点、工作基点与沉降点：基准点基准点远离大坝远离大坝2km2km外，一般建立水准基点组。外，一般建立水准基点组。工作基点工作基点位于坝基、坝顶、廊道两侧，便于用符合位于坝基、坝顶、廊道两侧，便于用符合水准路线对坝体沉降监测。水准路线对坝体沉降监测。沉降测点：沉降测点：分布在坝顶，坝基、廊道内各混凝土块分布在坝顶，坝基、廊道内各混凝土块体上。利用两侧工作基点监测其沉降。体上。利用两侧工作基点监测其沉降。u基准点与工作基点之间一般都组成水准网形式进行基准点与工作基点之间一般都组成水准网形式进行联系联系测量测量，检验

45、工作基点的稳定性。，检验工作基点的稳定性。l测量精度：测量精度：水准网水准网国家一等水准国家一等水准沉降点沉降点建筑建筑1 1、2 2级级液体静力水准液体静力水准 也称连通管，适用于廊道内。也称连通管，适用于廊道内。l优点：优点：易实现自动化观测。易实现自动化观测。l问题：问题：工作基准点要与外基准点连测工作基准点要与外基准点连测l误差及精度：误差及精度： (1) (1) 温度不均匀误差，若温度不均匀误差，若dt=5dt=5度时，度时，dh=0.035mmdh=0.035mm； (2) (2) 气压差异误差（气压差异误差（d=1hpad=1hpa时。时。h=0.1935mmh=0.1935mm

46、； (3) (3) 液体对钵体的润湿作用误差液体对钵体的润湿作用误差l当钵体半径当钵体半径r r20cm20cm时，时，l水水 ： dh=0.7mmdh=0.7mm；l酒精：酒精： dh=0.3mmdh=0.3mm；l水银：水银： dh=-0.2mmdh=-0.2mm； （4 4）传感器测量精度）传感器测量精度0.03mm0.03mm； 因此，静力水准测量精度：因此，静力水准测量精度：l在大坝监测中的应用在大坝监测中的应用（图）（图） 1 1、垂直位移监测、垂直位移监测mmmmmmm07. 024232221l三维垂线：三维垂线：l三维激光准直：三维激光准直：l大坝垂直位移监测中的技术难题：大

47、坝垂直位移监测中的技术难题：高程传递。高程传递。l高程传递的方法：高程传递的方法：三角高程法三角高程法（量仪器高、觇标高难）；（量仪器高、觇标高难）；跨河水准法跨河水准法（视线要求等高）；（视线要求等高）； （介绍前两种结合起来的方法）（介绍前两种结合起来的方法）因钢尺传递法因钢尺传递法借助竖井传递。借助竖井传递。 1 1、垂直位移监测、垂直位移监测2 2、水平位移监测、水平位移监测水平位移监测包括：水平位移监测包括：l坝顶坝顶l坝基坝基l廊道廊道l坝两侧岩体坝两侧岩体u大坝水平位移监测有多种手段，可测大坝水平位移监测有多种手段，可测绝对位移绝对位移，也可测，也可测相相对位移对位移。 u大地测

48、量方法大地测量方法 适用于坝顶、坝的外部和近坝区岩体位移监测。有两种常适用于坝顶、坝的外部和近坝区岩体位移监测。有两种常用方法：用方法：方法一：方法一： 建立基准监测网，通过监测网的基准点或工作基点进行建立基准监测网，通过监测网的基准点或工作基点进行前方交会。前方交会。l基准网的形式有：基准网的形式有：三角网三角网 测边网测边网 边角网。边角网。l网的精度：网的精度：国家一等三角网。国家一等三角网。l变形点监测：变形点监测：前方交会法，可采用前方交会法，可采用 角交会角交会 边交会边交会 边角交会。边角交会。2 2、水平位移监测、水平位移监测方法二：方法二： 建立基准监测网（也称基点检验网），

49、通过检验基准点建立基准监测网（也称基点检验网），通过检验基准点用直伸网对坝体监测。用直伸网对坝体监测。 适用于较长的直线型坝。如葛洲坝，万安电站大坝等。适用于较长的直线型坝。如葛洲坝，万安电站大坝等。2 2、水平位移监测、水平位移监测u视准线法视准线法l监测坝顶一维位移（顺水流方向），也称光学准直法或监测坝顶一维位移（顺水流方向），也称光学准直法或基准线法。基准线法。l适用于直线型坝，对于拱坝要布置多条视准线。适用于直线型坝，对于拱坝要布置多条视准线。2 2、水平位移监测、水平位移监测测量方法：测量方法：l小角度法：（小角度法：（x=f()x=f()）；）；l活动觇牌法：（活动觇牌法：（x=x

50、o-xnx=xo-xn），）， 通过活动站牌的移动，在测点的贴牌上读数。通过活动站牌的移动，在测点的贴牌上读数。l当基准线很长时当基准线很长时分段准值：分段准值：s先测出先测出b b点位移；点位移；s以以abab、bcbc为基线，测出中间点；为基线，测出中间点；s再归算到再归算到acac为基准的偏离线为基准的偏离线u引张线法引张线法l一维（顺水流方向）的水平位移和坝体挠度。一维（顺水流方向）的水平位移和坝体挠度。l适用于坝顶、廊道适用于坝顶、廊道l测量：测量： x=xx=x0 0-x-xn nu激光准直激光准直l一维（顺水流方向），代替引张线、视准线。一维（顺水流方向），代替引张线、视准线。l

51、适用于廊道、坝顶适用于廊道、坝顶l测量：用波带板。测量：用波带板。2 2、水平位移监测、水平位移监测u 垂线法垂线法适用于坝顶、坝基、廊道适用于坝顶、坝基、廊道作用：作用： 监测大坝绝对位移；监测大坝绝对位移； 为视准线、引张线、激光准直等提供大坝为视准线、引张线、激光准直等提供大坝水平位移监测基准；水平位移监测基准； 监测坝体垂直挠度。监测坝体垂直挠度。正垂线、倒垂线；正垂线、倒垂线；二维垂线、三维垂线（因钢）二维垂线、三维垂线（因钢）观测：观测：三维垂线仪三维垂线仪 二维垂线仪二维垂线仪 一维垂线仪一维垂线仪 光学光学电子（电容式、电感式）电子（电容式、电感式）2 2、水平位移监测、水平位

52、移监测u 精密导线法精密导线法二维（水流方向和坝轴线方向）二维（水流方向和坝轴线方向）适用于拱坝适用于拱坝缺点：缺点：廊道内测量受折光影响较大。廊道内测量受折光影响较大。精度：精度：当当m=0.8,ms=0.1mmm=0.8,ms=0.1mm时时 m mx x=1.6mm=1.6mm（横向）（横向）, , m my y=2.2mm=2.2mm（纵向）（纵向）2 2、水平位移监测、水平位移监测u 弦矢导线法弦矢导线法 适用于拱坝适用于拱坝优点：优点：减少折光影响，提高测量精度。减少折光影响，提高测量精度。测量：测量：s s1 1、s s2 2、l l1 1、计算：计算：平差平差精度：精度：设设s

53、=18m,s=18m,边数边数n=34,n=34,导致全长为导致全长为612m,612m, m ml l=0.03mm,m=0.03mm,ms s=0.1mm=0.1mm时时, ,则则 m mx x=1.25mm=1.25mm m my y=1.77mm=1.77mm。2 2、水平位移监测、水平位移监测3 3、坝体混凝土应力、应变、温度观测、坝体混凝土应力、应变、温度观测施工期埋设测点。施工期埋设测点。预埋的传感器一般能测预埋的传感器一般能测1520年，即失效。年，即失效。 自动化观测。自动化观测。4 4、库水温度观测、库水温度观测5 5、坝体混凝土裂缝观测、坝体混凝土裂缝观测测缝计观测；测缝

54、计观测；自动化观测。自动化观测。6 6、渗流观测、渗流观测扬压力扬压力扬压力计；扬压力计；排水管、集水井、渗流量排水管、集水井、渗流量渗流量仪渗流量仪渗水管水位渗水管水位水位计。水位计。重视监测，不重视数据分析。重视监测，不重视数据分析。监测结果反馈滞后；监测结果反馈滞后；预警机制不健全；预警机制不健全；专家分析系统不能充分发挥作用。专家分析系统不能充分发挥作用。4.3 监测中存在的问题监测中存在的问题5.1 概述概述 土石坝结构土石坝结构 （图）（图） 监测内容监测内容l巡检；巡检；l垂直位移垂直位移(表面及深层表面及深层) ；l水平位移水平位移(表面及深层表面及深层)。l渗流渗流l水压力水

55、压力l土压力土压力l渗流量渗流量l心墙（或混凝土面板）裂缝。心墙（或混凝土面板）裂缝。第五节第五节 土石土坝变形监测土石土坝变形监测5.2 监测方法监测方法土石坝与混凝土坝不一样，它的构筑材料是土石坝与混凝土坝不一样，它的构筑材料是由由土和碎石土和碎石堆积而成，为一种堆积而成，为一种松散形松散形的结构的结构体，一个点的变形很难代替一个面的变形，体，一个点的变形很难代替一个面的变形，因此，在变形监测中，测点布设应有一定的因此，在变形监测中，测点布设应有一定的密度，由于变形相对于混凝土坝要大，测量密度，由于变形相对于混凝土坝要大，测量精度也相对低些。精度也相对低些。土石坝变形监测国家制定了专门的土

56、石坝变形监测国家制定了专门的土石坝土石坝变形监测技术规范变形监测技术规范。5.2 .1 巡检巡检方法：方法：眼观眼观 耳听耳听 手模手模5.2 .2 垂直位移监测垂直位移监测u 坝表面沉降变形坝表面沉降变形测点布置：测点布置：与混凝土大坝有所区别。（图）与混凝土大坝有所区别。（图）测量方法：测量方法：几何水准测量；几何水准测量； 液体静力水准。液体静力水准。l工作基点：工作基点：建立水准网，测量精度一等。建立水准网，测量精度一等。l变形测点：变形测点：闭（符合）合水准路线，闭（符合）合水准路线，l测量精度：测量精度：国家三等水准方法，限差二级，国家三等水准方法，限差二级， 即闭合差（往返差）限

57、差。即闭合差（往返差）限差。坝内部沉降变形。坝内部沉降变形。测点布置：测点布置：心墙位置；心墙位置； 上水面位置；上水面位置； 下水面位置。下水面位置。测量方法：测量方法： l分层沉降仪分层沉降仪（电磁式、干贯式、水管式）。（电磁式、干贯式、水管式）。l施工期预埋施工期预埋沉降板沉降板。（图）。（图）5.2 .2 垂直位移监测垂直位移监测坝表面水平变形。坝表面水平变形。测点布置：测点布置：和混凝土坝略有不同（图）和混凝土坝略有不同（图） 测点可与垂直位移共点。测点可与垂直位移共点。测量方法：测量方法：基本上和混凝土坝监测方法基本上和混凝土坝监测方法 类似，等级略低。类似，等级略低。监测网监测网

58、+ +前方交会：前方交会：使用二等监测网检验工作重点使用二等监测网检验工作重点的稳定性，再交会法监测位移点。多用于拱形坝。的稳定性，再交会法监测位移点。多用于拱形坝。视准线法：视准线法：多用于直线形坝。多用于直线形坝。5.2 .3 水平位移监测水平位移监测u 坝内部水平变形坝内部水平变形测点布置测点布置: 心墙位置心墙位置 上水面位置上水面位置 下水面位置。下水面位置。监测方法：监测方法：采用预埋采用预埋测斜管测斜管测量。测量。5.2 .3 水平位移监测水平位移监测垂直位移垂直位移和和水平位移水平位移是土压坝的主要监测项是土压坝的主要监测项目，测点要按（纵、横）断面式布设，一般目，测点要按（纵

59、、横）断面式布设，一般成等密度，形成网络状。成等密度，形成网络状。垂直位移：垂直位移：下沉为下沉为正正，水平位移：水平位移：下游为下游为正正；向右为；向右为正正。原则：原则：提示：提示：iiihyxhyxhyx000表面裂缝表面裂缝 土、石裂缝用皮尺、钢尺测量，土、石裂缝用皮尺、钢尺测量， 混凝土面板则采用测缝计。混凝土面板则采用测缝计。深层裂缝深层裂缝 挖坑、竖井检查。挖坑、竖井检查。测量精度测量精度 土、石结构裂缝土、石结构裂缝1cm(1cm(裂缝长度和深度测量裂缝长度和深度测量) ) 混凝土面板裂缝混凝土面板裂缝1mm1mm。5.2 .4 裂缝监测裂缝监测渗流压力：渗流压力： 坝体、坝基

60、渗流用电测水位计坝体、坝基渗流用电测水位计 或测压管监测。或测压管监测。渗流量：渗流量：将渗流水围水汇集，再通过量水堰（钢将渗流水围水汇集，再通过量水堰（钢板制成）测量。板制成）测量。 量水堰形式：量水堰形式：三角形：三角形： 梯梯 形：形： 矩矩 形：形： （图）图）提示：提示：渗流量应该稳定在一个值上，出现异常，渗流量应该稳定在一个值上，出现异常，必须引起警觉。必须引起警觉。5.2 .5 渗流监测渗流监测254.1hq三角23866.1hq梯形232 hgmbq矩形孔隙水压力：孔隙水压力：孔隙水压力计孔隙水压力计土压力：土压力：土压力计（布置在心墙）土压力计（布置在心墙）混凝土面板应力：混