变形观测 课件3章2(变形体监测)

1、动态变形观测与预报第三章 建（构）筑物变形观测与变形分析第一节 工业与民用建筑物变形观测工业与民用建筑物的变形观测包括基础的沉陷观测与建筑物本身的变形观测。在拟定沉 陷观测点的布置方案时，通常是由设计部门提出要求，由施工组织计划者提出布置方案，在施工期间进行埋设。观测点应有足够的数量，以便测出整个基础的沉陷、倾斜与弯曲，并且能够绘出等沉陷值曲线。同时，还应考虑建筑物的规模、型式和结构特征，以及建筑场地的工程地质、水文地质等条件。观测点应牢固地与建筑物结合在一起，便于观测，并尽量保证在整个变形观测期间不受损坏。第一节 工业与民用建筑物变形观测一、变形观测点布设建(构)筑物种类多，形状各异，结构不

2、同，对观测点的布置，很难规定得十分具体。经实践总结，认为观测点适宜设在下述位置 ：框架结构建筑物的每个(或每两个)柱基上设一点；建筑物四角或沿外墙每10-15米处设一点，箱形基础四角、拐角处。高低层建筑物、新旧建筑物及建筑物沉降缝两侧。 基础形式或埋深不同处，不同结构分界处。人工地基和天然地基的接壤处。 建筑物宽度大于15m的中点处，内部承重墙柱纵横轴线交叉处。 重型设备基础和动力基础。 电视塔、烟囱、水塔、油罐、高炉及其它高耸建筑物，应沿周边基础对称轴的特征点上布点，并不少于4个观测点。 需测定挠度的基础某一轴线方向上有代表性位置，一般一条轴线上不少于3个观测点。垂直位移观测一般规定 每个工

3、程只少应有3个稳固的点作为基准点，建网初期宜每半年检测一次。 每次观测前对仪器应进行检验与校正并应符合下列要求： 1、水准仪视准轴与水准管轴夹角DS1型 不应超过15秒 2、二等水准测量采用补偿式自动安平水准仪时，其补偿误差a不应超过0.2秒。 3、水准尺上米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦尺不应超过0.15mm(0.1变形规范)，对双面尺不应超过0.5mm(线纹米尺) 由于变形观测是多周期的重复观测，且精度要求较高，为了避免误差的影响，尚需注意以下各点： 1、设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行。 2、人员固定，以减少人差的影响。 3、使用固定的仪器和水准尺，以减少仪器误差的影

4、响。第一节 工业与民用建筑物变形观测二、建筑物观测站类型及其布设1.砖石结构的工业厂房及民用建筑观测站及其布设埋设在建筑物上的墙壁测点和与之对应的土壤测点。为了观测变形缝、补偿沟、新与旧房屋连接处受采动影响的变化，在其两侧需设置观测点。建筑物每个方向上的观测点应不少于3个。建筑物观测点与对应的土壤点间的距离一般为1.5m左右。建筑物观测点的形式。用20钢筋做成，全长约200mm，断面需平整，并刻划出线宽约0.5mm的十字作为观测标志；用200号混凝土将观测点埋设于砌体内。土壤点按地表观测点的要求埋设。2.高大建筑物的观测高耸建筑物(如烟囱、水塔、高压电塔、井架等)的高度较大，基础面积较小，重心

5、较高，对地表倾斜最为敏感，因此，它们主要是进行倾斜观测。一般是在顶部设置观测标志(或利用避雷针等)观测其偏斜程度。第一节 工业与民用建筑物变形观测建筑物的动态变形观测点的布置可以用高大的塔式建筑物作为例子。图3-3为高度等于533m的某电视塔，它由钢筋混凝土塔身1和钢架天线2组成，塔身包括下部的支柱截头锥体A、中部截头锥体B和上部圆柱体C，塔重55 000 t。为了测定电视塔在风力和日照作用下的动态变形，在天线和塔身的不同高度(237m、300m、385m、420m、520m等处)，在其表面沿着两坐标轴的方向各布置了5个观测点(图3-2、3-3、3-4)，测定其相对于底点(20m)高度处的摆动

6、幅度。 第一节 工业与民用建筑物变形观测3.工业厂房内各种机械设备基础的观测独立的设备基础底面积较小、刚度较大，地表水平变形和曲率变形对其影响不大，但倾斜变形则能使其歪斜，因此，在地表移动过程中应对设备基础进行水准测量。观测点埋设在基础的四周，或在基础四角的平面上钻出直径为3050mm、深度为100159mm的空洞，用混凝土或水泥砂浆将刻有十字标记的14钢筋埋于孔内作为观测点。十字标记露出基础平面不应超过10mm。第一节 工业与民用建筑物变形观测4.建筑物加固构件的应力量测对加固的建筑物，有条件时应测定加固构件的应力状态，研究地表变形与建筑物应力的关系。加固构件的应力量测，常用差动电阻或钢筋计

7、、钢弦式钢筋计、钢弦式压力盒和电阻应变片来进行。当用差动电阻式钢筋计量测时，把钢筋计埋设在钢筋混凝土里，两端连接杆与受力钢筋或钢筋或钢桁架的杆件焊接。当杆件受到轴向拉力和压力时，钢筋计的钢套将受到拉伸和压缩变形，与钢套紧固在一起的感应组件跟着变形，使得两组电阻丝的电阻比和电阻值发生变化。通过引出电缆用比例电桥测出其变化值，并计算钢筋轴向应力的变化。第一节 工业与民用建筑物变形观测三、建筑物观测站的观测建筑物观测站的观测方法和精度要求，基本上与地表观测站相同。建筑物观测站的观测包括距离丈量和水准测量。对于工业与民用建筑的基础沉陷观测分为水准基点观测和观测点观测。基础施工完毕，即进行首次观测，包括

8、水准基点和观测点的观测。首次观测结果是沉降量计算的基础值，为保证其准确性，一般重复观测两次，取其平均值作为观测结果。观测应依事先设计好的观测路线进行，往、返测及重复测均应在同一路线进行；观测点观测时，可以安置一次仪器观测几个前视点。沉陷观测宜采用固定作业人员、固定仪器设备、固定仪器站的办法来提高观测速度和精度。基准点观测应执行表3-1工程测量规范规定或技术设计的技术要求。作业现场及时检查各限差，如有超限及时返工或补测。每一周期的观测应连续进行。外业记录内容齐全，如年、月、日及工程进度等不能遗漏。第一节 工业与民用建筑物变形观测在进行水准测量时，水准线路应围绕建筑物组成一个闭合环，环路闭合差应小

9、于 0.6 mm(式中n为测站数)。点间距离应往返丈量，互差不得大于2mm。在进行观测时，还应进行建筑物外部形态的素描。建筑物上肉眼可见的裂缝和其他异常 现象，如倾斜、凸凹、门窗变形等的大小、位置和方向，均需绘制素描图和记录在裂缝观测记录表上，有时用明显的色漆在建筑物上将裂缝标出。对某些裂缝和异常现象，除素描和记录外，还可拍照记录。应当指出的是，在建筑物变形观测中，除用常规方法外，数字摄影测量方法也得到了应用。 这种方法的优点是花费较少的外业工作量，却可得到大量的测量资料，在一瞬间既可将建筑物上许多点同时观测下来。对于确定建筑物的动态变形，尤其是某些建筑物点不能直接进行观测时，采用摄影测量方法

10、的优越性就更加明显。四、沉降观测周期和观测时间1、一般可在基础完工后开始观测，民用建筑每1-5层观测一次。建筑物应至少增加荷载25%，50%，75%，100%时各观测一次。停工期2-3个月观测一次。2、使用阶段观测次数，依土类和沉降速度确定，可在第一年观测3-4次，第二年观测2-3次，第三年观测一次。观测期限，砂土地基2年，膨胀土地基3年，粘土5年，软土10年。3、沉降稳定阶段判别。应由沉降量与时间关系曲线 判别，若最后三个周期观测中每周期沉降量不大于22倍的测量中误差可认为已进入稳定阶段，一般工程，若沉降速度小于0.01-0.04mm/d，可认为进入稳定阶段。第一节 工业与民用建筑物变形观测

11、五、地表移动变形对建筑物的影响地表的移动和变形，能引起建筑物基础和建筑物本身产生移动和变形。在不同的地表移动变形作用下，建筑物将产生不同的影响。1.由下沉引起建筑物的破坏地表的均匀下沉，只能引起建筑物位置的变化，即建筑物的整体移动。在开采的实际过程中，整个建筑物完全座落在均匀下沉区的情况，是很少见的。一般地说，地表均匀下沉对建筑物危害不大。但是，下沉量过大、地下水位很低时，会造成地表积水，下水道排水困难。这样不仅影响建筑物使用，而且使其浸泡在水中，降低地基强度，严重时可导致建筑物倒塌 第一节 工业与民用建筑物变形观测2.由倾斜引起的建筑物破坏地表的倾斜，对底面积小、高度大的建筑物(如烟囱、水塔

12、、高压线、铁塔等)影响较大，地表的倾斜能使这些建筑物重心发生偏斜，引起应力重新分布(图3-5)。倾斜过大时，建筑物的重心因落在基础底面积之外，使其发生折断或倾倒， 第一节 工业与民用建筑物变形观测3.由曲率变化引起的建筑物破坏地表曲率有正、负之分，它们对建筑物都有较大的影响。如果是负曲率(即地表呈凹形)时，将使建筑物基础犹如一根两端受支撑的梁，中央部分悬空，致使建筑物墙体产生八字形的裂缝(图3-6a)；如果是正曲率(即地表呈凸形)时，将使建筑物两端悬空，致使建筑物墙体产生倒八字形的裂缝(图3-6b)。由此可见，建筑物愈长，面积愈大，它遭到的破坏将愈严重。第一节 工业与民用建筑物变形观测4.由水

13、平变形引起建筑物的破坏地表水平变形也有正、负的区分，正值时表示地表受拉伸，负值时表示地表受压缩。水平变形对建筑物的破坏作用很大，尤其是拉伸变形的影响。由于建筑物抵抗拉伸变形的能力远小于抵抗压缩变形的能力，所以在很小的拉伸变形作用下，就能使建筑物产生裂缝。一般在门窗洞口的薄弱部位最易出现裂缝，砖砌体的结合缝易被拉开(图3-7a)。地表压缩变形对建筑物的破坏，主要表现是门窗洞口被挤成菱形，砖砌体墙产生水平裂缝(图3-7b)，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起(3-7c)。不均匀下沉引起房屋裂缝形态表2-3建筑物的地基允许变形值 某高层楼监测示例一、技术设计1、工程概况2、监测基准点与观测基点布置3、观测

14、点布置方案3、基准网观测方案(二等水准)，观测网布置方案(二等水准)。经分析认为可以达到变形点1mm的要求。保证措施：使用设备(设备检验精度)、人员、线 路，观测方法，计算方法、等4、观测周期与观测次数。从施工、封顶，2层观测一次，封顶至竣工每月观测一次，竣工后观测一年，每季观测一次，共计26次。5、阶段性观测成果提供如下：观测点平面布置 ；每期观测成果；累计沉降量变化图；(沉降速率图)（二）变形监测网的精度设计(技术设计一部分)变形观测除在观测目标上设立变形观测点，还需设立基准点和工作基点，由基准点和工作基点组成监测控制网。若观测项目较少，基准点和工作基点兼用。 误差说明：m测等于1mm(按

15、设计), m弱外网测C的误差；m观内网测量误差例1.3变形监测网的精度设计某高层楼监测示例二、技术总结。最后成果提供如下：观测点平面布置 ；每期观测成果；累计沉降量变化图；(沉降速率图)；变形观测技术总结某高层楼监测示例二、技术总结。最后成果提供如下：观测点平面布置 ；每期观测成果；累计沉降量变化图；(沉降速率图)；变形观测技术总结某高层楼监测示例二、技术总结。最后成果提供如下：观测点平面布置 ；每期观测成果；累计沉降量变化图；(沉降速率图)；变形观测技术总结某高层楼监测示例二、技术总结。最后成果提供如下：观测点平面布置 ；每期观测成果；累计沉降量变化图；(沉降速率图)；变形观测技术总结由表中

16、的数据可以得出：3号、4号、5号大楼的不均匀沉降量最大值分别为0.17%，0.63%，0.23%，都在限差要求范围之内，且远小于限差值。分析认为所观测的大楼处于稳定状态。但因地基土层及荷载不均等影响，仍然有少许不均匀沉降，建议保持一段时间的观测。第二节 大坝变形观测重要的水工建筑物的稳定性关系到生命财产安全和社会稳定。坝类主要有：砼坝，土石坝主要有：堤坝、船闸、溢洪建筑物等。重要的需长期监测的坝：三峡大坝坝高120米，库容390亿，轴线全长2300；葛洲坝：坝高50米；三门峡水库大坝：坝高106米，库容360亿；小浪底库容126.5亿，坝高154米。30米以上的坝有3000座，150米以上的高

17、坝有二滩、龙羊峡、东江、刘家峡等尾矿坝损害：山西省襄汾县新塔矿业公司尾矿库发生特大溃坝事故，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成建筑毁坏，276人死亡第二节 大坝变形观测一、大坝变形原因大坝变形的原因主要有以下几种1.静水压力在静水压力作用下，由于坝体不同高度处不同的水平推力的作用，使坝体产生挠曲变形b(图3-8a)。由于水库水压及坝底扬压力的作用，使坝体产生向下游转动而引起的变形r(图3-8b)。第二节 大坝变形观测由于水库水体的重力作用使库底变形，引起坝基向上游转动而引起的变形u(图3-8c)。(4)由于剪应力对坝底接触带的作用，在静水压力作用下产生的滑动S(图3-8

18、d)。对重力坝来说，滑动是绝对不允许产生的，因为滑动就意味着坝底失去稳定，有毁坏的危险。第二节 大坝变形观测2.坝体的温度变化坝体上、下游混凝土温度变化是不同的，例如在夏季，坝下游面混凝土由于烈日的曝晒，其温度高于气温，但在坝的上游面，大部分混凝土浸在库水面上，其温度将低于气温。在冬季，情况恰好相反。这种现象可以使坝体产生季节性摆动(图3-9)坝体温度变化引起混凝土的收缩与膨胀是坝顶沉陷的主要原因。 对于运营初期的大坝，坝体本身混凝土产生的放热升温与冷却降温，也将使坝体产生不同的变形。第二节 大坝变形观测3.时效变化时效变化是由于建筑材料的变形(例如混凝土的收缩、徐变)以及基础岩层在荷载作用下

19、引起的变形所产生的。它的特点是施工期与运营期比较大，随着时间的推移而渐趋稳定。时效变化为不可逆变形。我国水库，水量来源一般是春、夏季节，故这时水位逐渐升高，到秋冬季节时水位下降，呈现以年周期的变化。由于大气气温与水库水温(它也与气温有关)所引起的坝体混凝土温度也呈年周期变化。水库水位与混凝土温度的这种季节性的周期变化，造成了坝体变形的周期性变化(图3-9)。根据我国大坝观测资料的分析可知，对于坝顶的位移，温度影响往往比水位影响大。坝顶沉陷的主要因素是温度和水位的变化。对于坝基来说，库水位变化是垂直位移和倾斜变形的主要因素，而温度影响可以忽略。第二节 大坝变形观测二、观测内容大坝变形观测主要是坝

20、体的垂直移动、水平移动与挠曲观测。垂直移动观测主要采用精密水准测量、流体静力连通管测量、位移计、GPS等项技术；水平移动观测主要采用引张线、激光准直、前方交会、位移计、GPS等项技术；挠曲观测主要采用正、倒锤线观测系统。另外还应进行裂缝观测及坝体的温度变化、压力变化及浸润线等项观测。第二节 大坝变形观测三、大坝变形监测点的布设大坝变形观测点布置时应视大坝类型和观测内容来确定。钢筋混凝土构筑的大坝为重力坝，而由土石堆成面上砌石或浇注混凝土的大坝，称为土石坝。通常要进行垂直位移和水平位移两项观测。水平位移观测的任务：垂直于大坝轴线方向的水平位移(图3-10)；铅垂方向上不同高度处水平位移(挠度观测

21、)(图3-11)；任意点任意方向的水平位移。第二节 大坝变形观测垂直大坝轴线方向水平位移观测布置：对于直线型坝段的混凝土坝和土石坝(多位于河床上)的轴线水平位移观测，在坝顶面上主要采用视准线法和激光准直法；混凝土重力坝多在不同高处的廊道里采用引张线法(图3-12)。土石坝很少设有廊道，所有观测线均设在坝面上(图3-13)，一般将视准线设在迎水坡正常水位线以上、坝顶面、背水坡不同高度及各道戗台上等位置。第二节 大坝变形观测非直线型坝段(多处于河流上的坝与两岸连接的坝段)和坝的其它部位的坝段，多采用前方交会法测定水平位移。将观测点设在基础差、构造单薄的坝段及下游面的不同高度处。受水的水平推力及压力

22、,混凝土坝除了在相对坝轴线向下有水平位移外，在铅垂方向不同高度也产生水平位移，使坝体产生挠度。坝体挠度观测多设正垂法(图3-11)，常在各坝段连接缝设竖井或设竖管，在竖井或竖管内设正垂线。一般由廊道可以到达竖井、竖管处，从而实施对正垂线的观测。各重要闸门框可布置任意方向位移的上、中、下三点，以便观测闸门框是否变形。第二节 大坝变形观测四、大坝变形监测网布设监测网由基准点和工作基点组成。可分为垂直位移监测网和水平位移监测网。有的监测网很小，只由35个点组成，有的监测网很大，像水利枢纽变形监测网可大到几百平方公里。1.垂直位移监测网对于大型水利枢纽，要充分估计大坝建成蓄水后影响坝下游区的沉降，稳定

23、的水准基点应设在河流两岸大坝下游方向沉陷范围以外,一般1.5-3km的下游边岸，埋设在基岩上最为理想，但还要考虑长水准线路的精度问题，应保证最弱点的观测精度，重力坝1-2mm。工作基点可设置在坝体附近，以便于坝体等各部位的观测点实施观测，并构成闭合或附合水准路线。高程控制网布置坝体垂直位移观测路线可分为两条，一条布置在坝顶，另一条布置在基础廊道，采用铟瓦带尺竖直传递高程，从坝面传到基础廊道组成二等精密水准路线。2、平面变形监测 应用水平监测网较多的是水利枢纽工程。监测网布设形式与观测点的观测方法有关。视准线法的端点是工作基点。需布设在坝体上或附近。由于不能保证工作基点不动，为此，工作基点的测定

24、与检核可采用三角网、边角网、三边网及倒垂线法。 以控制网形式施测基准点时，常在坝区建立短边控制网，将视准线端点(工作基点)包括在控制网中，其他基准点设在稳定区，定期对控制网进行测量，得出各端点在不同观测周期的坐标值，经比较、判断，可得出端点的位移值。平面变形监测以倒垂线法作为基准点时，将倒垂线的下端固定在基岩上。上面设立观测墩(视准线端点)。通过倒垂线观测墩相对于倒垂线的位移观测，即测定了视准线端点的水平位移。挠度观测所用的正垂线固定点在坝体上部，以测得不同高度上的点相对于底点的位移(即挠度)。欲求得所有观测点绝对位移，坐标仪所在位置的位移要用倒垂线测定。对于坝面上的某些孤立点的水平位移观测，

25、多采用前方交会法。用前方交会法测定水平位移时常布成两级网；距观测点较近的位置设工作基点，构成较好的交会图形，实施对观测点的观测，在距坝稍远些的地质条件良好处设置精度高的控制网(将工作基点包括在网内)测出基准点(含工作基点)的位置。大坝的变形观测关系重大，工作基点和基准点的测量成果必须可靠。一些单位常常采用两种完全独立的方法进行观测，用一种方法验证另一种方法所测成果的可靠性。平面变形监测3、大坝变形监测成果分析水平位移统计图表第二节 大坝变形观测五、观测频率大坝建筑物管理标准规定了漏水量、变形、扬压力、浸润线等的标准，各监测项目使用的仪器也参照该标准执行。但根据观测目的对不同仪器事先进行详细研究

26、，设定合适的观测频率。例如在施工期间，根据混凝土浇筑的进展情况应对埋于混凝土坝中的温度计、应变计、应力计等进行观测，特别是在浇筑初期应加密观测。大坝变形观测应用示例11.武汉市勘测设计院科技防汛的先进技术1998年7月26日武汉市勘测设计院接受了市防讯指挥部的命令，要求对龙王庙长1200m，中华路长1100m等地段进行变形监测。该院投入了100多人次，4台GPS接收机，5台全站仪，3台精密水准仪，8辆汽车，进行了44 d以2 h为一周期的快速变形监测工作。(1)监测的主要内容。 变形监测的主要内容是对龙王庙、中华路险段大堤在洪水高水位运行期间的水平位移、垂直位移、防水墙裂缝、地面裂缝等进行监测

27、，准确地测定其变形的大小、方向、规律。在变形区域内，布设水位位移监测点17个，GPS监测点2个，水准基点7个，应急监测基准点17个。布设水平位移监测点37个，垂直位移监测点36个，裂缝监测标志15对，相对位移监测标志11对，监测点都布设在最能代表堤坝变形或容易变形的位置。(2)监测的主要技术方法GPS卫星定位监测方法是利用高精度GPS接收机，在监测点上设站进行同步观测，接收24h运转的卫星信号，通过精密解算，获得不同时间段监测点位的水平位移与垂直位移量。精密测量方法是用精密水准仪监测点位的垂直位移，用全站仪测定水平位移。应急测量方法是在江堤危险期间，采用在垂直于江堤方向，远离监测点一定距离的稳

28、定地段设站，连续观测基准点到监测点的水平距离和高差，从而准确测定监测点在垂直于江堤方向上的水平位移和垂直位移。(3)监测的精度与结论 本次监测水平位移和垂直位移的监测精度分别为23mm和12mm，裂缝的大小和相对位移的监测精度达0.10.2mm，从而可察觉大堤的微小变化，先后5次对较大的形变进行预警，为大堤的稳定性、安全性和防洪决策提供了依据。大坝变形观测应用示例13.亚毫米级精度大坝变形自动监测系统该系统由中南工业大学与湖南五凌水电开发公司联合研制，是一种新型测地机器人，将瑞士徕卡公司最新TCA型自动跟踪全站仪与国内多项研究成果和专利技术相结合的产物，它是在计算机控制下，由三套高精度自动测距

29、系统、永久性设置在监测点上的反射棱镜与控制软件构成，主要用三边交会的方法自动、连接、精确测定各监测点的三维坐标及其变化，满足了大坝变形监测提出的各项严格要求，该系统将成为警卫千百座大坝安全的忠实卫士。大坝变形观测应用示例3第三节 桥梁变形观测一、概述在桥梁建设的施工过程和竣工以后的营运期间，由于各种因素的影响，都会使桥梁发生变形。当这种变形在一定限度之内，认为是正常的。但如果超过了规定的限度，就会影响其正常使用，严重时还会危及桥梁的安全，因此在桥梁建设的施工和营运期间，必须对桥梁的各主要部位进行监视观测，即变形观测。第三节 桥梁变形观测1.桥梁变形产生的原因桥梁变形主要因素。第一，自然条件及其

30、变化，即桥墩台地基的工程性质、水文地质、土壤的物理性质以及地震等。例如在开挖基础时，由于去掉表土，改变了基岩的原始受力状况，因而产生回弹，即比原始状况升高；在建造墩台时，随着工程的进展，基础的受力逐渐增加，因而基础会逐渐下沉；由于基础的地质条件不同，会使墩台产生不均匀的下沉，影响墩台的倾斜和位移；由于温度和水位季节性和周期性变化以及水流方向的变化，桥梁将产生规律变形；由于洪水、流冰、浮运木材的袭击及在偶然情况下船只的碰撞也会使墩台发生倾斜和位移。第二，与桥梁本身相联系的原因，即作用在桥梁上部结构的静荷载与作用在墩台的静荷载，以及动荷载(车辆通过时的震动、风力等)的作用。第三，勘测、设计、施工以

31、及营运管理不善，也会使桥梁产生额外的变形。桥梁变形分类：静态变形和动态变形两种。静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。也就是说，它只是时间的函数。动态变形是指在外力影响下而产生的变形，它是以外力为函数来表示的对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。桥梁墩台的变形一般来说是静态变形，而桥梁结构的挠度变形则是动态变形。一般也由作用在桥梁上部结构的静荷载与作用在墩台的静荷载，以及动荷载(车辆通过时的震动、风力等)的作用。第三节 桥梁变形观测2.桥梁变形的观测桥梁变形观测的任务就是对桥梁墩台的静态变形和对桥梁结构的挠度进行周期性的重复观测，求得其在两个周期间的变化

32、值和瞬时变化值。桥梁变形观测的目的是为了监视桥梁的安全营运，了解变形的规律，同时为以后的设计提供参考数据。桥梁墩台的静态变形观测：即对各墩台在空间的位置(桥墩台上观测点的三维坐标)变化的观测，包括以下两方面：各墩台的垂直位移观测：又称沉降观测，其中包括各墩台沿水流方向(或垂直于桥轴线方向)和沿桥轴线方向的倾斜观测。各墩台的水平位移观测：其中，各墩台在上、下游的水平位移观测称为横向位移观测；各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。两者中，以横向位移观测尤为重要。第三节 桥梁变形观测桥梁变形观测的方法主要有四种：一是大地控制测量方法又称常规地面测量方法，它是变形观测的主要手段。其主要优点

33、是，能够提供墩台和桥跨越结构的变形情况，能够以网的形式进行测量并对测量结果进行精度评定。二是特殊测量方法，包括倾斜测量和激光准直测量。三是地面数字立体摄影测量方法。四是GPS监测与工业测量方法。后三种测量方法与前者相比，具有外业工作量少，容易实现连续监测和自动化等优点，但大地测量方法容易实现。用大地测量方法进行变形观测，其垂直位移观则采用精密水准测量和精密跨河水准测量。在横向位移观测中，对直线型桥梁，一般采用基准线法观测，而对于曲线型桥梁则采用前方交会或导线测量方法。纵向位移观测通常采用精密光电测距仪，如ME5000、ME3000型仪器。桥跨结构的静荷载和动荷载的挠度观测可采用四等水准测量方法

34、。为了达到上述各项目的，一般在桥梁设计阶段，在调查桥梁墩台地基负载性能，研究自然因素对桥梁变形影响的同时，就应着手拟定变形观测的设计方案，以便在施工开始时就进行变形观测，一直持续到变形终止。 第三节 桥梁变形观测二、基准点的选择和观测研究桥梁墩台的空间位置变化和桥跨结构的挠度变化情况，可以通过对变形观测网的观测来实现。变形观测网中包括控制点和观测点两部分。观测点布设在桥梁墩台选定的位置上，根据观测点在垂直方向和水平方向的位移值即可分析研究桥梁的变形情况。而观测点的变动是以一些相对固定的点即控制点作基准，根据它们进行测量来求得观测点的位移。控制点分为基准点和工作基点。基准点是网中位于桥梁承压范围

35、之外，被视为稳定不动的点。点位须建立在基岩上。工作基点全部位于承压区之内，用以直接测定观测点变形。由基准点和工作基点一起构成的网称为绝对网或基准网，也可称为变形控制网。通过基准网的观测，可以确定工作基点相对基准点的空间位置。工作基点和观测点组成的网，称为相对网，用以测定观测点相对于工作基点的相对变形。变形观测控制网通常分两级布设，其作用不同。 第三节 桥梁变形观测1.基准点布设垂直位移来讨论基准点、工作基点、观测点的布置以及监测网的布设等问题。垂直位移监测网：桥梁垂直位移观测是研究桥梁墩台空间位置在垂直方向上的变化，垂直位移监测网就是为了观测垂直位移而布设的。在布设基准网时，首先要选好基准点。

36、为了使选定的基准点稳定牢固，基准点应尽量选在桥梁承压区之外，但又不宜离桥梁墩台太远，以免加大实测工作量及增大测量的累积误差。一般来说，以不远于桥梁墩台12 km为宜。基准点需成组埋设，以便相互检核。工作基点一般选在桥台上，以便于观测布设在桥梁墩台上的观测点，测定各桥墩相对于桥台的变形。而工作基点的垂直变形可由基准点测定，以求得观测点相对于稳定点的绝对变形。图3-16为常见的垂直位移监测网的基准网布网情况。第三节 桥梁变形观测连接工作基点和观测点的相对网可布设成单线路(图3-17a)和双线路(图3-17b)两种。双线路方案具有点位精度高，数据便于分析与检核，能直接获得倾斜观测成果等优点，但工作量

37、大、通视条件要求较高；单线路方案则有布设较易的优点，也完全能达到变形观测的精度要求，但由于一个桥墩上只联测了一个点，不能直接获得倾斜观测的结果，必须通过其他方法来弥补，例如在2#桥墩上设置仪器观测0#下和4#下的高差时，可同时测定2#下和2#上的高差以获得2#墩的倾斜观测结果。第三节 桥梁变形观测2.基准点观测定期测定各基准点之间的高差并在基准点与工作基点之间进行联测，称为基准点观测。基准点观测是陆地水准测量，应每年定期进行1次或2次，各次观测的条件应尽可能相同，以减少外界条件对成果的影响。至于水准测量应执行哪一个等级，必须依据规范从变形观测的精度出发作精度估算而定。一般，大型桥梁应按一等水准

38、测量施测，它能满足变形观测精度1mm的要求,应编写技术设计说明书。每段往、返测高差之差，按一等水准测量规定，不得超过2Rmm(R为测段水准路线长度，以公里计)。每公里水准测量高差中数中误差可按下式计算：式中：Pi各段水准路线的权，(i=1，2，n)；n测段数；Ri各测段的路线长度(km)；di各段往返高差之差(mm)。据生产单位的经验，按上述方法施测，每公里高程的传递精度可达到0.5mm的要求。(工程测量规范)（二）变形监测网的精度设计(技术设计一部分)变形观测除在观测目标上设立变形观测点，还需设立基准点和工作基点，由基准点和工作基点组成监测控制网。若观测项目较少，基准点和工作基点兼用。 误差

39、说明：m测等于1mm(按设计), m弱外网测C的误差；m观内网测量误差例1.3变形监测网的精度设计工作基点精度设计与检验基准点(无误差)工作基点设联系测量采用一等水准线路测量，测站单位权中误差m0=0.13mm, 往测5站，返测5站。则工作基点高差中误差mp为多少。每站观测的权为1，则工作基点的权为1/5+1/5=2/5Mp=m0/p=0.21mm上例中，按一等水准测量，闭合水准线路闭合差为0.4mm,允许值0.9mm,求观测单位权中误差m0工作基点精度设计与检验基准点(无误差)工作基点上例中，按一等水准测量，往返测较差0.4mm,允许值0.9mm,求观测单位权中误差m0第三节 桥梁变形观测三

40、、垂直位移监测1.工作测点的布设 在布设相对网时，观测点的布设应遵循既要均匀又要有重点的原则。均匀布设是指在每个墩台上都要布设观测点，以便全面判断桥梁的稳定性；重点布设是指对那些受力不均匀、地基基础不良或结构的重要部分，应加密观测点。 主桥墩台上的观测点，应在墩台顶上的上下游两端的适宜位置处各埋设一个，以便研究沉降与非均匀沉陷(即倾斜变形)。 在主桥墩面上，由于其使用空间有限，变形观测点应遵循一点多用的原则，既是垂直位移的观测点，也是横向位移、纵向位移及倾斜观测点。观测点可采用观测墩及强制归心装置。对中误差小于0.1mm第三节 桥梁变形观测2.工作测点观测观测点观测包括引桥观测点观测和水中桥墩

41、观测点的观测。由于引桥观测点是在岸上，其施测方法可参照工作基点的施测方法进行。水中桥墩上观测点的施测方法与要求。(1)观测精度：大桥的垂直位移观测多用精密水准施测。观测工作有两个内容：基点与工作基点的联测。从工作基点出发测定观测点垂直位移。观测精度应依铁路大桥工程建筑物变形允许值推算。目前多按下述经验掌握观测精度(表3-4)。桥长L水准等级每公里高差中数偶然中误差（mm）1km国家一等水准0.51km300m国家二等水准1.0300m国家三等水准3.0第三节 桥梁变形观测(2)跨墩水准测量：观测点观测路线受墩台位置影响有其特殊性。观测时只能在桥墩上安置仪器，由于墩上铺设了大梁，造成墩台两端不能

42、通视，如图3-19中I号墩上3号点安置仪器看不到4号点，并且还不能观测该墩置仪器这端的观测点，只能观测前后两墩上的观测点。如3号点设站观测1、5号点。这样观测路线宜按下述办法组成：第三节 桥梁变形观测(a)墩台上下游两端分别组成观测路线，即1、3、5、7、9和2、4、6、8、10分别为两条路线。(b)K、P为两岸仪器站，则K、3、7、P为往测仪器站，K、1、5、9、P为返测仪器站。这种水准路线，由于受墩台位置限制，墩台间隔又不一样，近则2030 m，远则上百米，因此不能保证前后视距近于相等，前后视距差可能上百米。图3-20c“双分画照准”和“三分画照准”，这种照准提高了分辨率。 跨河水准测量对

43、于一、二等水准测量，视线长度小于100m时，可用一般观测方法进行施测。跨河水准测量按施测等级及跨越距离，确定观测方案，按规范规定进行作业。视线长度在100-500m时，可采用图示的测量方法和计算方法。 第三节 桥梁变形观测例：P82,线路中任一点的精度估计。3站工作基点7站列出一任一观测点的高程计算式为： 第三节 桥梁变形观测3站工作基点7站不考虑工作基点高程的误差，得：例如在图3-21相对网中，求得mh=0.4mm，网中n=10，欲求测点5#下的中误差，i=3，则由上式算得m=0.58mm 。用等权代替法计算：点的权为：1/3+1/7=0.476;m=0.4/(P)= =0.58mm 第三节

44、 桥梁变形观测四、水平位移监测桥梁墩台的水平位移分为横向位移和纵向位移，即沿水流方向的位移和沿桥轴线方向的位移。主要是是横向位移。测定水平位移首先要考虑测定桥墩台相对于岸上工作基点的相对位移。测定相对位移的方法又与桥梁的形状有关，对于直线形桥梁，一般采用基准线法；对于曲线桥梁，一般采用前方交会法、导线测量法、GPS测量等。按照这些方法测定相对位移建立的网形即为相对网。而工作基点的测定，应根据桥址地区的地形、地质条件以及测量精度要求选择基准点并布设基准网。桥梁变形观测工程中，当对桥墩的扭动变形进行观测时要设置水平位移监测网，因对观测点的施测方法不同布置不同形式的监测网，大多采用GPS网。采用视准线法或光电测距法测量观测点时，控制点若能设置在桥附近的基岩上，可只布一级网，这样的监测形式要简单得多。若布设两级网时，则工作基点的稳定性需要远离桥区的稳定的基准点来控制，此时的监测网由两岸的工作基点和稳定的基准点组成。前方交会法测定桥墩水平位移时，由于观测点只能设置在桥墩上游或下游一侧，加之桥轴线与河床方向基本垂直的关系，欲工作基点稳定，又兼顾好的交会图形实属困难。一般情况下是以好的交会图形为基础兼顾点位稳定，若不能兼顾，就在远离桥区建立稳定的基准点来监测工作基点。近年来，数字近景摄影测量技术得到了发展，已在桥梁变形观测，以及数字城