毕业设计建筑物变形观测

1、毕业设计建筑物变形观测摘要建筑物的变形观测是工程测量中的重要组成部分。随着我国社会 主义经济建设步伐的快速发展，高层建筑物、工业建筑物等工程设施的兴 建，建筑物的建设和完工运营的过程中，都会产生一定量的变形。这种变 形超过一定限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时可能会危及建筑物 和人身的安全。因此，在建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行监测。 本文首先介绍了变形监测的基本知识，论述了建筑物的监测内容包括沉降 监测、建筑物主体的倾斜度监测； 接着简要描述了产生变形的原因、高 程系统的选择、变形监测工程的测量方法、布网方案，研究了该变形监测 的数据处理方案； 最终得出了沉降分析并绘制出了载荷一

2、时间一沉降曲 线图。通过该高层建筑的变形监测的研究，目的是为了保障建筑物的施工 与竣工后的使用安全，体现出高层建筑在建设和使用过程中变形监测的重 要性，为建筑物的安全提供了必要的评估数据。在校期间我们学习了变形测量的原理与方法这门课程，对此我非 常感兴趣，希望以后可以多从事此类工作。在毕业实习期间从事了建筑物 变形监测的测量任务，再结合本人在学校学习的专业知识，通过实习对变 形监测的设计、方法、理论以及施测的全过程、数据的平差计算与整理有 一定经验积累，为了更好的把在课堂上学到的知识与实际相结合，为以后 参加此类工作打好基础，我选择了这一毕业设计题目。1.2选题目的人类社会的进步和国民经济的发

3、展，加快了工程建设的 进程，并且对现代建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。与此同 时，变形监测工作的意义更加重要。众所周知，工程建筑物在施工和运营 阶段，由于受到多种主观与客观因素的影响，会产生变形，变形如果超出 了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安 全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和施工运 营期间采用了一定的安全系数，使其安全承受所考虑的多种外荷载影响， 但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全的考虑施工 质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因 素，因此为了掌握建筑物、构筑物在修建中和竣工后的变

4、形情况，正确指 导施工，保证工程质量，检验工程设计的正确性和利于建筑物、构筑物的 安全使用，对指定建筑物、构筑物进行变形观测是非常必要。1.3高层测区概况大连市位于北半球的暖温带地区，具有海洋性特点 的暖温带大陆性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明。年平均气温 10.5C，极端气温最高37.8C，最低T9.13C。年降水量550-950毫米， 全年日照总时数为2500-2800小时。大连市区的地质结构山地丘陵多，平原低地少，整个地形为北高南低， 北宽南窄；地势由中央轴部向东南和西北两侧的黄、渤海倾斜，面向黄 海一侧长而缓。长白山系千山山脉余脉纵贯本区，绝大部分为山地及久经 剥蚀而成的低缓丘

5、陵，平原低地仅零星分布在河流入海处及一些山间谷 地；岩溶地形随处可见，喀斯特地貌和海蚀地貌比较发育。玫瑰东方小区二期位于辽宁省大连市沙河口区，五一桥的东面，太原 街的西面，沿河街的背面，五一路的南面。由8栋高层（1栋32层、1栋 21层、2栋31层、4栋30层）和2栋11层小高层组成，占地面积43528 平方米，建筑面积161053平方米。1.4引起建筑物变形的原因建筑物变形的客观原因主要有：建筑物的 自重、使用中的动荷载、振动或风力等因素引起的附加荷载，建筑物的结 构形式，地下水位的升降和它对基础的侵蚀作用，地基土在荷载与地下水位变化影响下产生的各种工程地质现象，温度的变化，建筑物附近新工程

6、 对地基的扰动等。建筑物变形的主观原因主要有：地质勘探不充分与结果不准确，设计 错误，施工质量差，施工方法不当等。自然条件及其变化而引起建筑物变形。建筑物地基的工程地质条件、 水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度等因素引起建筑物变形。建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载(如风力大小、 振动强弱)等引起建筑物变形。由于建筑物施工或使用期间一些工作做得不合理，或由于周围环境 影响而产生的变形。1.5执行的标准和规范与坐标系统的选择执行的标准和规范建筑变 形测量规程(JGJ/T8-07)中华人民共和国建设部。地面沉降水准测量规范(DZ/T0154-95)中华人民共和国地质矿 产部。2变形

7、监测的内容与方法变形监测是自然界普遍存在的现象，它是指 变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变 化。变形体在一定范围内是被应允的，但是超过了允许值，则可能会发生 自然或人为灾害，带来巨大的人员与财产损失。自然界的变形危害现象很 普遍，如地震、滑坡、崩塌、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物 的倒塌等1。所谓的变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现 象进行监视观测的工作。其任务是确定在各种载荷的外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状体和时间特征。变形监测工作是人们通 过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。变形体的范畴可以大到整个地

8、球，小到一个工程建筑构体，它包括自 认和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分 为三类： 第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地 球自转速率的变化、地潮等； 第二类：区域性变形研究，如地壳形变 监测、城市地面沉降等； 第三类：工程和局部形变研究，如监测工程 建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。在精密工程测量中，最具有代表性的变形体有大坝、桥梁、矿区、高 层建筑物、防护堤边坡、隧道、地铁、地表沉降等2。2.1变形监测的内容变形监测的内容，应根据变形体的性质与地基情 况来定。要求有明确的针对性，既要有重点，又要做全面考虑，以便能正 确

9、地反映出变形体的变化情况，达到监视变形体的安全、了解其变形规律 的目的。例如：1.工业与民用建筑物：主要包括基础的沉降观测与建筑 物本身的变形监测。就其基础面而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉降 与不均匀沉降。对建筑物本身来说，则主要是观测倾斜和裂缝。对于高层 和高耸建筑物，还应对其动态变形（主要为振动的幅值、频率和扭转）进 行观测。对于工业企业、科学实验设施与军事设施中的各种工艺设备、导 轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。地面沉降：对于建立在江河下游冲击层上的城市，由于工业水需要 大量开采地下水，而影响地下土层的结构，使地面发生沉降现象。对于地 下采矿地区，由于大量的采掘，也会使地表

10、发生沉降现象。在这种沉降现 象严重的城市地区，暴雨以后发生大面积积水，影响仓库的使用与居民的 生活。有时甚至造成地下管线的破坏，危机建筑物的安全。因此，必须定 期进行变形监测，掌握沉降与回升规律，以便采取防护措施。对于这些地 区主要应进行地表沉降观测。2.2变形监测的目的人类社会的进步和国民经济的发展，加快了工程 建设的进程，并且对现代建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。 与此同时，变形监测工作的意义更加重要。众所周知，工程建筑物在施工 和运营阶段，由于受到多种主观与客观因素的影响，会产生变形，变形如 果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑 物的安全，给社会和人

11、民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和 施工运营期间采用了一定的安全系数，使其安全承受所考虑的多种外荷载 影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全所考 虑的施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利 的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。以大坝为例，法国 67m高的玛尔巴塞拱坝1959年垮塌；意大利262m高的瓦伊昂拱坝1963因库岸大滑坡导致涌浪翻坝且水库淤满失效；我国板桥和石漫滩两座水 库的土坝因1975年洪水漫坝事故等等。可见，保证工程建筑物安全是一 个十分重要而且很现实的问题。为此，变形监测的首要目的是要掌握变形 体的实际性状，为判断

12、其安全提供必要信息。2.1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾害损失 减少到了最低限度。它不仅使滑坡区内457户1371人在活泼前夕全部安 全撤离，无一伤亡，而且使正在险区长江上下游航行的11艘客货轮船及 时避险，免遭灾害。为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我国滑 坡预报研究史上的奇迹。隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪 峰中所发挥的巨大作用，确保了安全度汛，避免了荆江大堤灾难性分洪。变形监测所研究的理论和方法主要涉及到这样3个方面的内容：变形 信息的获取、变形信息的分析与解释以及变形预报。其研究领域成果对预 报自然灾害及了解变形机理是极为

13、重要的。对于工程建筑物，变形监测除 了作为判断其安全的耳目之外，还是检验设计施工的重要手段。总而言之，变形监测的工作的意义重点表现在两个方面，首先是使用 上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提 供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施； 其次是科学上的意义， 包空更好的理解机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行 反馈设计以及建立有效的变形预报模型。2.3变形监测技术及其发展纵观国内外数10年变形监测技术的发展 历程，传统的地表变形监测方法主要采用是大地测量法和近景摄影测量法。常规地面测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使 用，尤其是全自动跟踪

14、全站仪，有时也称为测量机器人，为局部工程变形 的自动监测或室内监测提供了一种良好的技术手段，它可进行一定范围内 无人值守、全天候、全方位的自动监测。实际工程试验表明，测量机器人 监测精度可以达到亚mm级。目前，在美国加州南部的一个新水库已安装 了由8个永久性RTS和218个棱镜组成的地面自动监测系统。但是，TPS 最大的缺陷就是受测程限制，测站点一般都处在变形区域的范围内。地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早，但是由于摄影距离 不能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于 高塔、烟囱、边坡体等变形监测。近几年发展起来的数字摄影测量和实时 摄影测量技术在变形监测中的深入

15、应用开拓了非常广泛的前景。光、机、电技术的发展，研制出了一些特殊和专用于变形的自动监测， 它包空应变测量、准直测量和倾斜测量。GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在越来越多的领域取 代了常规光学和电子测量仪器。自从20世纪80年代以来，尤其是进入 90年代后，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术的相结合，在空间定 位技术方面引起了革命性的变化2。2.4变形观测方法的选择变形测量方法的选择则取决于变形体的特征、 变形监测的目的、变形体的大小和变形速度等因素。在全球性变形监测方 面，空间大地测量是最基本、最适用的技术；在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的技术手段，另外近几年发展起来的

16、空间对地观测遥感新 技术一一合成孔径雷达干涉测量(InSAR， InterferometricSyntheticApertureRadar)，在监测地震变形、火山地表 移动、冰川漂移、地表沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度已可达 厘米或毫米级，表现出了很强的技术优势，但精密水准测量依然是高精度 高程信息获取的主要方法；在工程和局部性变形监测方面，地面常规测 量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以 GPS(GlobalPoitioningSytem)为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。表2.4变形观测方法类别监测方法水平位移监测三角形网、极坐标法、 交会法、GPS测量、正

17、倒垂线法、视准线法、引张线法、激光准直法、精 密测距、伸缩仪法、多点位移计、倾斜仪等垂直位移监测水准测量、液体 静力水准测量、电磁波测距三角高程测量等三维位移监测全站仪自动跟踪 测量法、卫星实时定位测量法、摄影测量法等主体倾斜经纬仪投点法、差 异沉降法、激光准直法、垂线法、倾斜仪、电垂直梁等挠度观测垂线法、 差异沉降法、位移计、挠度计等监测体裂缝精密测距、伸缩仪、位移计、 测缝计、摄影测量等应力、应变监测应力计、应变计3高层建筑物沉降监 测3.1引起高层建筑物沉降的原因沉降监测是建筑物变形监测中一项重要 的监测内容，引起建筑物沉降监测的原因有多种多样。建筑物基础设计时，没有掌握地基土性，缺乏方

18、案的比选、专家论 证，采用的基础形式不当而发生事故2.在深厚淤泥软土地基上，错误选 用沉管灌注桩、沉管夯扩桩等基础形式，经常发生缩颈、离析、断桩和桩 长达不到持力层等事故。在填土、软土或湿陷性黄土等厚薄不均地基上，采用条形或筏板等 基础方案，导致建筑物倾斜。采用强夯处理地基时。由于夯击能量不足，影响深度达不到加固深 度的要求，没有消除填土或黄土的湿陷性，如果建筑物在使用过程中地基 浸水，必然造成建筑物下沉、倾斜或裂损。对于欠固结的填土、淤泥等软土地基，地面大量回填堆载，采用桩 基方案时，如忽视负摩擦力的作用与计算，常发生布桩数量不足，导致桩 基过量沉降、断桩等严重事故，使建筑物开裂或倾斜。同一

19、栋建筑物上选用两种以上基础形式或将基础置于刚度不同的地 基土层上，易发生严重事故。3.2水准基点位置的选择与埋设3.2.1水准基点选择与要求变形观测 网是由水准基点和观测点组成。水准基点是沉降观测的基准点，是测定设 置在变形区的观测点垂直位移的依据。它的构造与布设必须保证稳定不变 和长期保存。根据测区范围，以及精度要求，布设基准点。由于沉降地区的影响或其他原因，水准基点的高程也可能是变化的。 为检查水准基点本身的高程是否变动，可以将其成组埋设，最好选择其中 任意三点构成等边三角形或四边形的四个顶点为水准基点。定期对四个水 准基点进行复测，这样便可以判断水准基点的高程是否有变动，一般在离 建筑物

20、30m以外150m以内地势稳定的地方选择和埋设水准点。3.2.2水准基点的埋设水准基点的埋设位置应选择在岩层较浅或土质 较硬的地段，应避开即将进行施工的建筑和准备拆修的建筑物，最重要的 是要保证水准基点在测区沉降范围之外。点位应便于寻找、长期保存。水准基点标石的埋设应稳固耐久，一定保持垂直方向的稳定，岩层较 浅时，基点标石应埋设在基岩上； 当基岩较深时应埋设至原土层，且标 石的底部应埋设在原土层以下，并浇灌混凝土基础。具体埋设可参考图 3.1。图3.1水准基点的埋设断面图3.3监测点位置的选择与埋设变形观测 结果的准确性以及其数据能否正确反映出建筑物的实际变形，与其变形观 测点布设是否合理、全

21、面有直接关系。沉降观测点位置的确定将决定得到 的变形量能否准确而全面的反映建筑物的变形随时间变化的趋势和发展， 即决定了能否正确预测建筑物的变形情况进而采用正确的措施。因此，确 定沉降观测点的位置是非常重要的，必须数量足够、点位适当。沉降观测 点的选择还应便于基础沉降的现场观测，易于保存，并不受损坏。3.3.1监测点位置的选择沉降观测点的位置以能全面反映建筑物地基 变形特征，并结合地质情况及建筑结构特点确定，沉降观测点的布设应遵 循以下原则：1.建筑物的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每 1015m处或每隔23根柱基上。高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。建筑物裂缝、后浇带和沉降

22、缝两侧、基础埋深相差悬殊外、人工地 基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处。宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑 物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点。邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟） 处。框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点。片筏基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部 位置。重型设备基础和动力设备基础的四角、基础型式或埋深改变处以及 地质条件变化处两侧。电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边 在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。3.3.2监测点位置

23、的埋设沉降观测标志的形式与埋设要求，沉降观测 标志可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标 志和隐蔽式标志（高级建筑物）等型式。标志的埋设位置应避开如雨水管、窗台线、暖气片、暖水管、电气开 关等有碍设标与观测的障碍物，并应视立尺需要离开墙（柱）面和地面一 定距离。隐蔽式沉降观测点标志的型式，可按图3.2、图3.3、图3.4的 规格埋设3。表3.4.1沉降量观测的中误差（mm）允许沉降量沉降量观测的中误差观 测等级选用值 4.20.210.2 一 120.600.5 二 180.901.0 三、 四301.502.0五表3.4.2沉降观测观测点测站高差中误差变形测量等 级沉降

24、观测观测点测站高差中误差/mm适应范围特级W0.05特种精密工 程、重要科研项目一级W0.15.大型建筑物、科研项目二级W0.50中 等精度要求建筑物、重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测三级 W1.50低精度建筑、一般建筑倾斜观测及场地滑坡观测注：1：观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量相临观测点相对高差中误差；2：沉降水准测量闭合差要求：一级小于0.3mm，二级小于1.0mm （其中n为测站数）。测量仪器采用徕卡DNA03精密水准仪配合3.0米铟瓦水准标尺和2.0 米铟瓦水准标尺。本工程按二级沉降观测要求，根据建筑物变形测量规程（JGJ8- 2007）规定，采

25、用单程观测即可满足精度要求，作业时为提高观测质量采 用单程双测站观测。根据实际情况，观测时，各项限差指标尽量控制到1/2限差范围内， 最大不超过2/3限差，以保证观测质量。沉降是否进入稳定阶段，有几种方法进行判断：（1）根据沉降量与时间关系曲线来判定；（2）对重点观测和科研观测工程，若最后三期观测中，每期沉降量均不大于倍测量中误差，则可认为已进入稳定阶 段；（3）对于一般观测工程，若沉降速度小于0.010.04mm/d，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。沉降观测的工作方式“分级观测”方式。将沉降观测的布点分为三 级：水准基点、工作基点和沉降观测点，沉降观测分两级进行

26、：（1）水 准基点工作基点； （2）工作基点沉降观测点。如果建筑物施工场地不大，则可不必分级观测，但水准点应至少布设 3个，并选择其中最稳定的一个点作为水准基点。沉降观测的周期和观测时间在我们选择仪器和观测方法后，就要确 定观测的周期。沉降观测的间隔时间为观测周期。它的确定一般可根据下 面两种方法确定：（1）按荷载阶段确定周期从开始施工到满荷载为第一 阶段，其观测周期约为10天一1月左右（视工程进度而定）。从满荷载 起到沉降速度变化趋向稳定时为第二阶段。在此阶段的观测周期可适当放 长，但不应超过三月。从沉降速度稳定后到基本停止沉降时为第三阶段， 其观测周期开始时为半年或一年左右一次，往后可增长

27、到23年观测一 次。（2）按沉降速度确定就是根据下沉的速度来确定观测的周期。为了精 确反映沉降量。玫瑰东方小区进行了两期沉降观测。是根据建筑物上部结构施工，随 着荷载的增加，每增加一层荷载观测一次，封顶时观测一次。上砌体，装 修，竣工，使用各观测一次。使用阶段，使用后第一年观测四次，第二年 每间隔半年观测一次，以后每年观测一次。如在观测过程发现差异沉降量大于规定的要求时或阶段沉降量较大时， 一方面要及时通知设计施工部门采取措施。另一方面要缩短观测周期，进 行监测，以保证建筑物的安全4。3.6水准测量的精度（1）往返高差不符值A计算每公里的偶然中误 差： （3.6.1）（2）往返平均值的每公里偶

28、然中误差： （3.6.2）（3）每公里高差权中误差：（3.6.3） 3.7提高观测精度的方法沉降点的观测尽量采用比较固定的方式进行测量。即在沉降 测量过程中固定观测人员，固定观测仪器，固定施测路线、立尺位置及转 点，尽量使各次观测的环境和条件保持一致。这样既可以提高观测速度， 又能提高观测精度。施测过程中应采取一些必要的措施来提高测量精度， 如水准仪i角是一个变化值，每次作业前，对i角进行检查，若发现i角 大于15秒，应及时进行检验校正，外业观测中采用皮尺来量取前后视距， 保持前后视距相等。这样既可提高作业速度，又可减小i角误差的影响， 提高测量精度； 作业中为保证水准尺气泡稳定居中，应尽量采

29、用尺撑等 辅助设备以稳定水准尺，保证水准尺在测量过程中处于竖直状态，减小因 风力或人为因素引起的水准尺倾斜误差的影响。4高层建筑物的倾斜监测测定工业与民用建筑物倾斜度随时间变化的 工作，称为倾斜监测。高层或高耸的建筑物，如电视台、水塔、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监测或 不均匀才沉降监测。建筑物主体倾斜观测，应测定建筑物顶部相对于底部或各层间上层相 对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以 及倾斜速度。对具有刚性建筑物的整体倾斜，亦可通过测量顶面或基础的 相对沉降间

30、接确定。4.1引起建筑物倾斜的原因建筑物主体倾斜观测的原因很多，如地质 勘探不充分与结果不准确，设计错误，施工质量差，施工方法不当等。(1)基础工程施工质量低劣：施工部门偷工减料，弄虚作假，随便减 少配筋，降低混凝土强度等级，采用劣质钢材乃至缩小基础尺寸，减少基 础埋深，基础施工放线不准确等。(2 )地基处理方面的原因：目前地基处理手段多，这方面的问题也很 多，如桩端未进到设计持力层； 桩径未满足设计要求； 强夯未达到有 效的影响深度； 振冲碎石桩未达到振密效果； 检测手段不合理或未能 正确反映实际情况等等。地下开挖引起地面建筑物的裂损：城市由于修建地铁、地下街等 地下建筑物，或者矿区开挖采矿

31、、采煤巷道引发地面沉降，造成地面建筑 物的下沉、开裂、倾斜等损害。相邻深基坑施工引起建筑物的损坏：在高层建筑基础工程施工中， 由于深基坑的开挖、支护、降水、止水、监测等技术措施不当，造成支护 结构倒塌或过大变形，基坑大量漏水、涌土失稳，基坑周边地面塌陷，以 及相邻建筑物基础工程的施工相互影响，都会对已建成或正在建造的相邻 建筑物造成威胁与损坏，引发严重的事故。4.2基准点位置选择与埋设建筑主体倾斜观测应测定建筑顶部观测点 相对于底部固定点或上层相对于下层观测点的倾斜度、倾斜方向及倾斜速 率。刚性建筑的整体倾斜，可通过测量顶面或基础的差异沉降来间接确定。主体倾斜观测点和测站点的布设应符合下列要求

32、：1.当从建筑外部观测时，测站点的点位应选在与倾斜方向成正交的方向线上距照准 目标1.52.0倍目标高度的固定位置。当利用建筑内部竖向通道观测 时，可将通道底部中心点作为测站点；2.对于整体倾斜，观测点及底部固定点应沿着对应测站点的建筑主体竖直线，在顶部和底部上下 对应布设； 对于分层倾斜，应按分层部位上下对应布设；3.按前方交会法布设的测站点，基线端点的选设应顾及测距或长度丈量的要 求。按方向线水平角法布设的测站点，应设置好定向点。4.3倾斜观测点位选择与埋设主体倾斜观测点位的标志设置应符合下 列要求：1.建筑顶部和墙体上的观测点标志可采用埋人式照准标志。当有特殊要求时，应专门设计；2.不便

33、埋设标志的塔形、圆形建筑以及竖直构件，可以照准视线所切同高边缘确定的位置或用高度 角控制的位置作为观测点位；3.位于地面的测站点和定向点，可根据不同的观测要求，使用带有强制对中装置的观测墩或混凝土标 石；4.对于一次性倾斜观测项目，观测点标志可采用标记形式或直接利用符合位置与照准要求的建筑特征部位，测站点可采用小标石或 临时性标志5。4.4主体倾斜观测观测的精度与仪器设备的选择主体倾斜观测的精度 表4.1不同等级观测点坐标中误差变形测量等级位移观测使用范围观测点 坐标中误差/mm特级W0.3特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目 变形观测一级W1.0高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测二

34、级 W3.0中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾 斜观测，场地滑坡观测三级W10.0低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测，场地滑坡观测根据点位观测观测点坐标中误差的 允许误差见表4.1，可以把这次观测定为三级观测，观测点坐标中误差为 5mm。表4.2全站仪准确度等级分类准确度等级测角标准偏差/ (mm) 测 距标准差/mml|n1|3|m2|5|6|10 II注：为一测回水平方向标准偏差；为每千米测距标准偏差表4.3测距中误差与对应等级测距中误差测距仪精度等级111111根据设计的要求， 高层建筑物的倾斜限差为5cm，由此可以确定倾斜位移的最大中误差、所 需的

35、观测全部采用全站仪，采有测角精度为，测距精度为1+2ppm的免棱 镜全站仪，对于变形监测等级为三级以及更低的建筑物，仪器距离建筑物 的距离不超过200m，按测角中误差为，距离采用200m的极限值进行计 算：方向角误差带来的影响(4.4.1)式中为方向角中误差，D为距离，二206265为常数测距带来的误差二+(4.4.2)式中为固定误差，为比例误差点位误差的计算公式为：二(4.4.3)=2.5mm变形监测等级 三级的位移观测应满足观测点坐标中误差5mm本次观测定为三级观测，观测点坐标中误差为5mm,测距精度为1.4mm方向角误差带来的影响测角测 距的精度指标： 表4.4测角精度技术指标等级测角中

36、误差（） 最弱 边边长相对中误差测回数三角形最大闭合差（）DJ1DJ2DJ4 二等 11/20000123.5 三等 1.8W1/70000697 四等 2.51/40000469 表 4.5 测 距主要技术要求如表平面控制网等级测距仪精度等级观测次数总测回数一 测回读数较（mm）单程各测绘较差（mm）往返二、三等I116W5W5II8W10W15 四等 I 114-6W5W7II4-8W10W15 注：测回 是指照准目标一次、读数24次的过程；由此可以确定：本次监测点的测角中误差W4.9，根据工程测量规范可以确定测角的观测等 级为四等即能满足观测要求。4.5施测的方法与观测周期建筑物倾斜度的

37、测量方法包括（1）激光铅 直法（2）经纬仪投影法（3）测水平角法（4）光学垂准法。建筑物主体倾斜观测是建筑物变形观测的通常项目，不管采用何种方 法，均是通过测量位于建筑物主体上，理应在同一竖直线上的上、下两点 间的水平偏侈量、偏移方向和两点间的高差h,从而求得建筑物主体的倾 斜度i及其倾斜。方向。APHS2S1S3图4-1高层建筑物的观测图首先在建筑物周围标定、三 点，监测其中转角和边长，则可求得其在资用坐标系中的坐标，然后分别 设站于、三点，监测建筑物底部的夹角，并取其平均值，以同样的方式 监测建筑物顶部，按角度前方交会的原理，确定A、P的坐标5。按前方交会的公式计算P点坐标（4.5.1）（

38、4.5.2） 同理按前方交会的公式计算A点坐标计算偏距（4.5.3） 建筑物主体的倾斜观测， 应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物的倾斜度，即（4.5.4） 度，计算建筑物的倾斜度，即（4.5.4） 式中建筑物的主体倾斜度； 建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值； 建筑物的高度倾斜角主体倾斜观测的周期主体倾斜观测的周期可视倾斜速度每l3个月观测一次。当遇基础附近 因大量堆载或卸载、场地降雨长期积水等而导致倾斜速度加快时，应及时 增加观测次数。当建筑突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应 立即进行逐日或23d 一次的连续观测。4.6提高精度的方

39、法1.根据建筑物周围标定、三个已知点，分别 设站于、三个已知点，可以分别求出A、P两点的坐标，取其坐标的平 均值，这样可以提高坐标的精度。全站仪安置在固定测站上，该测站到建筑物的距离，为建筑物高度 的1.5倍以上。对于观测的角度和边长都要进行多次观测，取其测角量边的平均值， 提高测角量边的精度，也能达到提高坐标的精度。5数据处理5.1变形监测数据处理的三大平差方法常用的数据处理平 差方法分为三种，分别是基于经典平差的变形网数据处理、基于秩亏自由 网平差的数据处理、基于拟稳平差的变形网数据处理6。5.2平差方法的选择在布设的水准网中有四个水准基点，而且四个水 准基点均埋设到基岩，基础十分稳固。在

40、沉降观测之前，假定了高程基准 或者使四个水准基点与已知水准点联测，得到各基准点的高程，且各点多 次高程较差要求达到一定的限差，因此可认为水准基点是稳定的（水准基 点的高程取稳定后两次观测得到的高程的平均值）。可把此水准网看作有 四个固定基准的水准网，采用间接平差原理进行数据处理较合理，它是变 形数据处理的一种经典平差方法6。5.3间接平差在数据处理的应用对于测绘学科来说，数据处理就是要 利用测量平差基本原理对所得到是外业采集的数据求最优解。测量平差的 任务是处理一系列带有偶然误差的观测值，求出未知量的最佳估值并评定 测量成果的精度。经典的测量平差控制网平差时必须具备必要的起算数据，并以这些必

41、要的起算数据为基准，确定其他网点的坐标，这些必要的起算数据一般称 为参考基准。变形网实质上仍然是一个如何确定网点位置的测量控制网，因此完全 可以按照经典控制网的平差方法来平差，确定网点的位置，考虑到变形网 图形复杂、多余观测多的特点，变形网的平差一般采用间接平差法7。5.4间接平差法求平差值的计算步骤1.根据平差问题的性质，选择个 独立量作为参数； 2.将每一个观测量的平差值分别表达成所选参数的 函数，若函数非线性要将其线性化，列出误差方程；3.由误差方程系数和自由项组成法方程，法方程个数等于参数的个数；4.解算法方程，求出参数，计算参数的平差值； （5.4.1）5.由误差方程计算，求出观测量

42、平差值； （5.4.2）6.评定精度。对于高层变形监测，主要处理的是变形网的高程网，因为在我们测量 的网中只有一个稳定点，可依该稳定点为起算点对网进行平差，确定各个 高程点的高程，然后根据各期观测中网点的高程，确定网点的变形8。（5.4.3） 当网中有多个稳定点，可以按下步骤计算：1.任意一 点为起算点进行平差，确定各个点的高程。分析确定各个稳定点，将上述平差后的高程作为这些稳定点的已知 高程，然后以这些稳定点为固定点对各期进行平差计算。根据各期观测网点的高程确定网点的变形值。5.5沉降观测数据的预处理首先对外业观测数据进行预处理，至少两 人分别进行检查外业观测数据是否有出现错误； 然后分别计

43、算各沉降观 测点之间及与水准基点间的高差并记录，最后计算闭合差是否符合限差要 求，这里包括附和水准路线和闭合路线的闭合差。由于边坡周围地形条件 的限制，使得观测时要设立较多的测站，因此采用测站数来计算不符值或 闭合差的限差，即闭合差W1.0mm(其中为测站数)。5.6沉降监测网的平差高程网的间接平差在沉降测量中一般都要对多 节点水准网进行平差计算，如图：ADCB某YZT1234图5.1水准网A、B、 C、D分别为已知水准基点，1、2、3、4为水准网中的节点，高差与距离 图中已标出。设某、Y、Z、T是节点1、2、3、4的平差后高程，下面是 求解1、2、3、4点平差后高程的过程：(1)权的确立用距

44、离L与测站数n定权以测站数定权P=C/n；以距离定权P=C/L (2)列误差方程式(5.6.1)(5.6.2)(5.6.3)(5.6.4)(5.6.5)(5.6.6)(5.6.7)(5.6.8)(3)组法方程(5.6.9)(5.6.10)(5.6.11)(5.6.12)(4)计算各点平差高程值(5.6.13) (5.6.14) (5.6.15) (5.6.16) 由以上求解 过程可得出规律：每个点高程平差值就是该节点周围各线路计算的高程的 带权平均值计算还可以通过计平差软件来完成，可以直接把原始观测数据 (各测段的高差值)代入到程序中得到各沉降观测点的高程。最后在做一些 简单处理，求两次观测数

45、据得到的高程差，即得到各沉降观测点在某一时 期沉降量的具体数值11。5.7倾斜观测平差计算设测角中误差为，基准点坐标中误差()，()利 用误差传播定律得到交会点P的精度计算公式(5.7.1)(5.7.2)(5.7.3)(5.7.4)(5.7.5)(5.7.6)这样就可以求出P的精度，同理位于楼底部A点也可以求其精度值，再 根据实测的P、A的坐标，就可以计算出平差后的坐标，再计算偏距12。6监测数据的整理与分析6.1监测数据的整理高层变形监测的内容非 常多非常复杂，所以一切的测量都要符合原始的数据，监测人员如果在表 格中记录监测中出现或观察到的异常情况。要表明原始成果的真实性，记 录表格中的原始

46、数据不得随意更改。6.2监测数据的分析的方法变形分析主要包括两方面内容：对高层 变形进行几何分析，即对高层的空间变化给出几何描述； 对高层变形 进行物理解释。几何分析的成果是大楼运营状态正确性判断的基础。常用 的分析方法有作图分析、统计分析、对比分析和建模分析。通过观测物理量的过程线，分析变化规律，并将其与水位、温度等过 程线对比，研究相互影响关系。通过绘制各效应量与原因量的相关图，以 考察效应量的主要影响因素及其相关程度和变化规律。这种方法简便、直 观、特别适用与初级分析阶段。(2)统计分析对各长期观测量的最大和最小值、变幅、周期、观测 一段时间的平均值以及变化率进行统计、分析、以考察各观测

47、量之间在数 量变化方面是否具有一致性、合理性，以及它们的重现性和稳定性等。这 种方法具有定量的概念，使分析成果更具有实用性。6.3变形监测沉降结果分析根据监测时间情况，把整个观测分为七个 周期，从2022年4月10日首次测量，第一周期为第25天，第二周期为 第49天，第三周期为第71天，第四周期为第95天。设沉降量为S(mm)，周期天数为d (天)，沉降速度为V (mm/d)，见下表6.1。表6.1沉降结果分析表观测周期1234平均沉降量（mm） -1.052.92-4.3-6.5 周期天数 d24497195 沉降速度（mm/d）-0.044-0.06-0.061- 0.068沉降量计算：，

48、总平均沉降量（mm）从表6.1可以看出：各 阶段沉降速度，在观测周期内，该建筑基础沉降基本为均匀沉降，沉 降变化不大，没有发现异常现象，沉降速度逐渐减小。由分析表的数据可 以看出，观测周期最后一次为第4期，远远没有达到总设计的周期数，由 该数据对少量的数据进行预测分析。对比后期观测真实数据，探究预测分 析的精确性13。（参阅载荷-时间-沉降曲线图）。6.4沉降图分析图6.1A1-A10沉降趋势图图6.2载荷-时间-沉降量图 由沉降趋势图及载荷-时间-沉降图可以看出，工程前期，楼层沉降趋势较 缓，后期开始加快，前期主要是工程进度慢所引起，楼层载荷相对较小， 后期由于楼层载荷不断加大，使沉降明显，

49、由于观测工期比较短暂，沉降 并没有达到最终的平衡，而是继续下沉，主要原因是楼并未完工，预计当 楼层封顶后，沉降基本停止。8专题GPS技术在高层建筑变形监测中的应用研究 传统的变形监测 方法主要有两大类:一是物理学传感器方法，二是常规的大地测量方法。 物理传感器方法只能观测有限的局部变形。常规的大地测量方法工作量大、 效率低、受气候的影响大，并要求监测点与基点通视。近年来发展的GPS 测量技术具有高精度的三维定位能力，为监测各种工程变形提供了极为有 效的手段。正因为它具有高精度、高效益、全天候、不需通视等优点，逐 渐被用来代替常规的测量方法。8.1GPS技术进行工程变形监测的思路GPS技术在变形

50、监测中的应用， 有以下步骤：1.基准设计。基准设计是一项反映形变体监测成果是否可靠、 准确的工作。由于GPS测量无需通视而且作业距离长，因此应用GPS技术 完全可以将基准点选在变形区外，从而保证了数据的可靠性。图形设计。根据监测的目的，在图上选点，然后到野外踏勘，以保 证所选点位满足布网的要求和野外观测具备的条件，最后得到要施测的概 略点位。根据接收机台数的多少和布网原则，设计网的观测图形。观测周期和时段的设计。针对观测时段和周期，可以将工程及工程 变形的性质（如长时期的缓慢变化，连续较快变化，剧烈变化等）结合起来 分析，做出有利用于实现分析成果和监测意图的最佳观测周期，且可以结 合目前天空的

51、卫星分布情况，卫星的健康状况，对于时段的长短、白天、 黑夜、气象等外界因素的各种分析，得出最佳的观测时段。确立外业观测模式。通常所进行的相对静态定位方法是利用在某一 时间段观测（同步）的数据，利用差分等手段，求得点与点之间的坐标向量。 而对于连续不断的工程变形，获得的是这一时间段内点位之间最直接的关 系值。选定监测面并在外业数据采集完成之后，利用建筑物整体形变模型 刻画监测面刚性运动状态。通过多期连续观测来反映建筑物的形变信息。8.2GPS变形监测模式8.2.1周期性监测模式当形变体的变形速率相 当缓慢，在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时，可利用GPS进行 周期性变形监测，监测频率视具体

52、情况可为数月、一年或甚至数年之久。 此时采用GPS静态相对定位方法测量，将2台以上GPS接收机安置在观测 点上同步观测一段时间，观测时段长度和时段个数依监测精度的要求而定。 这种方法尤其适用于长边监测网，边长相对精度可高达10-9。8.2.2连续性监测模式连续性变形监测指的是采用固定监测仪器进行 长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较 高的时间分辨率。根据变形体的不同特征，GPS连续性监测可采用静态相 对定位和动态相对定位两种数据处理方法进行观测，一般要求变形响应的 实时性。其监测的主要目的在于获取变形信息及其特性，数据处理与分析 可以在事后进行。系统的精度可按要求设

53、定，目前最高监测精度可达到亚 毫米级。8.3GPS在变形监测中的测量方法按监测对象及要求不同，GPS在变形 监测中可选择静态测量法，快速静态测量法和动态测量法三种。静态测量法:静态测量法，就是把多于3台GPS接收机同时安置在 观测点上同步观测一定时段，一般为1小时至2小时不等，用边连接方法 构网，用后处理软件解算基线，经平差计算求定观测点三维坐标。这种方 法定位精度高，适用于长边，测边相对精度可达10-9。快速静态测量法:这种方法尤其适用于对监测点的观测。其工作原 理是:把两台GPS接收机安置在基准点上固定不动连续观测，另14台接 收机在监测点上移动，每次观测510分钟（采样间隔为2秒），经事

54、后处 理，解算出各监测点的三维坐标，根据各次观测解算出的三维坐标精度为: 水平位移土 3土 5mm，垂直位移土 5土 8mm。若距离大于3km，水平精度 为5mm+1ppmD，垂直精度为8mm+1ppmD。动态测量法:该方法又分:准动态测量方法和实时动态测量法。实时 动态测量方法又叫RTK方法（RealTimeKinematic），是以载波相位观测量 为根据的实时差分GPS测量技术。其原理是:在基准站上安置一台GPS接 收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将观测数据通过无线电传输 设备，实时地发送给在各监测点上移动观测（13秒钟）的GPS接收机， 移动GPS接收机在接收GPS信号的同时，

55、通过无线电接收设备基准的观测 数据，再根据差分定位原理，实时计算出监测点三维坐标及精度，精度可 达25cm。基准点与监测点有5颗以上共视GPS卫星精度可达12cm。静态和动态各有优缺点，根据实际需要选择。一般基准网应采用静态 测量方法，当基准网的边长超过10km，要考虑基准网的起算点与国际IGS 站联测，基线向量算时采用精密星历，保证基线解算的精度。对监测点进 行测量时，可采用快速静态测量法。在桥梁监测时，可选择实时动态测量， 如果距离近，基准点与监测点有5颗以上共视GPS卫星时，精度可达1 2cm16。8.4准动态特征监测在对高层建筑物进行监测时，对其准动态特征的 监测是一项非常重要的工作。

56、在此引入高层建筑物整体形变模型，利用多 期观测数据来反映建筑物的准动态特征。建筑物的整体形变（沉降、水平 位移、倾斜）可体现于监测面的姿态变化。因此，刻画监测面刚性运动状 态的模型则可形象地描述建筑物的整体形变状态36例如，某大楼28 层，高97m。离该楼场地约400m的地方有一个三等水准点，将其作为检 测点，在大街的人行道边空地上按四等水准测量测设了 一个水准基点S， 作为基础监测面A高程基准。基准点S便于观测、易于保存，位于大楼形 变影响范围以外。利用GPS网在大楼附近观测条件较好的地方（大街人行 道边和一座居民楼上），建立了两个基准点分别作为基准站和参考站。监 测方案如图1所示，其中A、

57、B分别为两监测面。图1大楼准动态特征监测示意图在大楼地面上第一层各主要砼柱上布 设监测点，组成基础监测面A。检测面A的主要作用是检测大楼基础是否 移动，另在大楼顶层布设3个GPS监测点，组成整体监测面B。通过研究 监测面B的运动状态来描述建筑物的准动态特征。研究模拟高层建筑物形 变监测特定环境的实验表明，按静态测量模式可获得较好的定位结果。因 此，为获得较精确的形变监测结果，应按静态测量模式观测。采用双频接 收机，观测时段的时间长度设为30120min，卫星高度角限值设为15。 为配合工程应用坐标系统采用独立坐标系统。表1为监测面B上3个监测 点前两期的坐标值。表1监测面B上监测点第1.2期的

58、坐标值点号第1期第2期某yz某 yz1-26.511-29.433181.210-26.589- 29.706181.186225.83620.516181.48525.90920.432181.4783- 26.41129.112181.305-26.30029.130181.286 将表 1 中的各监测点坐标值 代入建筑物整体形变检测模型即可求出监测面B由第1期至第2期的转动 矢量和转角如下； ，。（负为左旋）由这些数据可以绘出大楼的整体 形变图。在下沉量和转角较小的情况下，能形象地显示出大楼的下沉和旋 转说明了模型在反映高层建筑物整体形变状态的灵敏性和有效性。若利用 多期GPS监测数据，

59、即可获得建筑物形变的动态规律。8.5实时动态特征监测高层建筑物实时动态特征的监测对其安全运营、 维护及设计至关重要，尤其要实时或准实时监测高层建筑物受地震、台风 和洪水等外界因素作用下的动态特征，如高层建筑物摆动的幅度（相对位 移）和频率。如图3所示，应用GPS动态定位模式对该大楼进行动态特征 监测。研究其在风载、地脉动以及其他外界因素影响下的自振特性。外业 观测时采用Trimble双频GPS接收机，其中一台接收机设置在视野开阔且 周边环境较好的地面点上，作为基准站；另一台接收机设置在距基准站 约250m的固定点位上作为参考点；第三台接收机设置在大楼顶层开阔处，同样要求周围无干扰源。GPS1至

60、GPS3的距离约190m。GPS动态观测 时的接收机采样间隔设置为1，卫星高度角限值为15，按动态定位观测 模式连续观测时间约为1h图2大楼实时动态监测方案以某方向坐标变化 为例绘制时程曲线图如图4所示。由图可知整个时程曲线的变化量，水平 方向的标准偏差为213mm最大偏差为-1612mm。这符合动态GPS测量的 正常精度，表明GPS观测质量是好的。8.6GPS测量数据处理GPS数据处理过程可划分为基线解算和网平差 两个阶段。使用数据处理软件进行GPS网平差，需要按以下几个步骤进行 （见图3）:1）提取基线向量，构建GPS基线向量网；2）三维无约束平差；3）约束平差/联合平差；4）质量分析与控