第章建筑物内部监测

第4章建筑物内部监测

主要内容内部位移监测应力/应变监测地下水位及渗流监测挠度监测裂缝监测光纤监测技术建筑物的内部监测是安全监测的重要内容；监测项目主要包括：位移监测、应力/应变监测、温度监测、渗流监测和挠度监测等。内部监测一般采用传感器等自动化监测技术实施；在大多数大型工程中，内部监测已经成为必选的监测项目，其监测资料为工程建筑物的安全评判提供了可靠的依据。4.1内部位移监测

概述内部位移观测包括分层沉降观测、分层水平位移观测和界面位移观测。在土工建筑物的施工控制和变形监测中，一般都需要进行这个项目的监测。内部位移观测一般以观测断面的形式进行布置，观测断面应布置在最大横断面及其他特征断面上，如地质及地形复杂段、结构及施工薄弱段等。每个观测断面上可布设1～3条观测垂线，其中一条宜布设在轴线或中心线附近。观测垂线上测点的间距，应根据建筑物的高度、结构形式、材料特性及施工方法与质量等而定。一条观测垂线上的分层沉降测点，一般宜3～15个。最下一个测点应置于基础表面，以兼测基础的沉降量。界面位移测点通常布设在坝体与岸坡连接处、组合坝型不同坝斜交界及土坝与混凝土建筑物连接处，测定界面上两种介质相对的法向及切向位移。观测方法分层沉降观测主要方法有：电磁式沉降仪观测、干簧管式沉降仪观测、水管式沉降仪观测、横臂式沉降仪观测和深式测点组观测。分层水平位移观测的常用方法有：测斜仪及引张线式位移计，有条件时，也可采用正、倒垂线进行观测。界面位移可采用振弦式位移计及电位器式位移计进行观测。测斜仪及其应用测斜仪是观测分层水平位移的常用仪器。测斜仪一般由测头、导向滚轮、连接电缆及测读设备等部分组成。其工作原理是利用重力摆锤始终保持铅直方向的特性。弹簧铜片上端固定,下端靠着摆线；当测斜仪倾斜时摆线在摆锤的重力作用下保持铅直，压迫簧片下端，使簧片发生弯曲，由粘贴在簧片上的电阻应变片测出簧片的弯曲变形，即可知道测斜仪的倾角，从而推算出测斜管的位移。

1——传感器2——电缆3——导管接头4——钻孔5——导管6——灌浆7——导轮8——管初始位置线9——传感器图4-1测斜仪工作原理示意图测斜仪的使用方法（1）测斜仪在使用前需按规定进行严格标定；（2）测斜管用钢材、铝合金和塑料等制作，每节长度2～4m，管接头有固定式或伸缩式两种，管内壁设有两对互相垂直的纵向导槽；（3）测斜管宜埋设在孔径等于或大于89mm的钻孔中,通常管底应埋置在预计发生倾斜部位的深度之下；（4）测斜管应竖向埋设，管内导槽位置应与量测位移的方向一致；（5）测斜管顶部高出基准面150～200mm，顶部和底部用盖子封牢，并在埋入前灌满清水,以防污水、泥浆或砂浆从管接头处漏入；（6）测斜管应在正式测读前5天安装完毕,并在3～5天内重复测量3次以上，判明测斜管已处于稳定状态后方可开始正式测量工作；（7）测量时,将测斜仪与标有刻度的电缆线连接,电缆线的另一端与测读设备连接；然后将测斜仪沿测斜管的导槽放入管中，直滑到管底，每隔一定距离向上拉线读数，测出测斜仪与竖直线之间的倾角变化,即可得出不同深度部位的水平位移。分层沉降观测分层沉降观测一般和分层水平位移观测联合布设，即在测斜管的外部再加设沉降环;要求测斜管的刚度与周围介质相当，且沉降环与周围介质密切结合;沉降管（或测斜管）一般应随建筑物的填筑埋设。1——磁铁环；2——沉降管；3——探测头；4——钢尺；5——指示器图4-2分层沉降观测电磁式沉降仪观测利用电磁式沉降仪观测分层沉降时，首先应测定孔口的高程，再用电磁式测头自下而上测定每个沉降环的位置（即孔口到沉降环的距离），每个测点应平行测定两次，读数差不得大于2mm。利用孔口高程和孔口到沉降环的距离可以计算出每个沉降环的高程，从而可以计算出每个沉降环的沉降量，以及每个沉降环之间的相对沉降量。深式测点组观测分层沉降观测也可采用深式测点组的方式进行观测，即在需要观测的位置预埋测点标志，并将标志接伸到建筑物的表面，这样，多个标点就形成了一个标点组，每次观测各个标头高程，即可知道各测点的沉降情况。水管式沉降仪观测水管式沉降仪也是用于测量建筑物内部沉降的一种常用测量仪器；该仪器由沉降测头、连通水管、排水管、通气管、保护管、观测台、充水排气设备等构成；常用于土石坝、河堤等土工建筑物的沉降监测。图4-3水管式沉降仪结构示意图4.2应力/应变监测

概念在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力；应力是反映物体一点处受力程度的力学量，同截面垂直的称为正应力或法向应力，同截面相切的称为剪应力或切应力。应力会随着外力的增加而增长，对于某一种材料，应力的增长是有限度的，超过这一限度，材料就要破坏。应力应变监测的作用通过应力应变监测，了解建筑物应力的实际分布，寻求最大应力的位置、大小和方向，真正掌握建筑物的实际强度安全程度。利用应力应变的观测成果，可以改进设计，验证新的设计方法和建筑物的设计形态。仪器效埋设为了问获得票观测想数据访，必轻须在摘事先旁选择漠好的秀观测栗截面呼上的孟测点庆处埋宁设应眨变计成组和眨无应贯力计诵。应变专计组凡主要烂监测垫混凝蹦土在堡平面非方向僵上的缴应力语状态已。应变谊计组举的各姨向应珍变计阳的测闲值反云映的位是测炕点的霸各向其应变站。无应力践计是用洲来测量伸除外力蓬以外的抚应变计洒埋设先将支产座固定标于埋设座仪器处仪器周围填筑混凝土时，一定要剔除大于8cm大骨料，防止大骨料造成混凝土不均匀，影响观测精度。用人工方法振捣仪器周围的混凝土，使混凝土慢慢围住并逐渐覆盖仪器，这样可以有效地保护仪器和电缆不被巨大的外力破坏。无应力膨计埋设先用意细铁贼丝将长应变房诚计固偿定在拿无应销力计肃内筒有的中蛇心位交置上拣，将万没有膨大骨勤料的蚁混凝赔土填就充到片内筒灶内，巧使混容凝土劫均匀膝地分惕布在企应变除计周嘉围，秀然后撞无应力计筒的埋设位置应距应变计组1米左右。特别注意在埋设时，要不断测量应变计组的电阻和电阻比，以便发现有异常情况的仪器即时更换。4.3地下水笑位及渗证流监测地下浑水位锅观测地下水塌位观测樱是水利糟、采矿胶、能源冒、交通笑以及高谜层建筑罪等工程胜中进行茅安全监虏测的主谅要项目未之一。目前，咏国内地窗下水位瓣观测一渣般采取禽在透水慎层埋设警测压管杨，通过晶人工或煎利用水利位传感史器进行皇观测，盒也可通即过专门硬的观测纳井进行扬观测。水位观莲测井观封测利用低水位受观测徒井观弯测地破下水接位动释态变生化是材一种福传统筒的测走量方师法，侧该系急统主息要由猪钻孔所埋入非地下变的水画位管稼和由公测头猴、钢古尺电另缆、躬接收称系统齿及绕水位观测井应设置在具有代表性的位置上，井位的布设以能全面反映工程环境地下水位分布面为准。压阻式弯液位传填感器观贷测该系统喉采用中辈美合资段麦克传巴感器有疾限公司棵生产的紧压阻式阿液位传扁感器，构这种传赏感器体待积小，棚安装维至护较方补便，其誉抗振动研冲击性蒸能也相祸当好。它采用旨高稳定律性的OEM表压传医感器，等将其装亩入一个狐不锈钢六壳体内逢，钢体演顶部有漠一钢帽昨能起到观保护传捏感器膜展片的作体用，同穷时又能逢使水通允畅地接筒触到膜拳片，输饺出信号肿通过防贩水电缆祥与传感铃器外壳谁密封连剪接。该传挣感器误是为料连续图4-展5测量升方法叙示意衣图X=H谨-h感应式让数字液把位传感铅器观测感应式廊数字液福位传感唐器是一落种用于访液位测钥量的器国件，采级用神经违网络电米路的棒魂式传感无器，利墓具有测量精度高、稳定可靠、抗干扰等优点。图4-女6感应式水数字液哑位传感豪器渗流量哄观测渗流哪量观显测包迅括渗果漏水押的流攀量及淡其水症质观陡测。水质称观测谁中包挺括渗睛漏水遇的温辣度、菜透明阶度观蜘测和筛化学躬成分岗分析封。渗流驾量观蛛测系扫统的滋布置夺，应垄根据锁工程误的地余质条泄件、滴渗漏芝水的勇出流缸和汇鉴集条作件以别及所斩采用尘的测帖量方壁法等暗确定厅。对于大泪型工程傻应分区耐、分段变进行测染量，所采有集水程和量水裳设施均愿应避免率客水干妇扰。渗漏爆水的判温度邻观测秤以及晌用于那透明讯度观帮测和晨化学迷分析咳水样叫的采成集，关均应泳在相可对固秒定的乞渗流皇出口捕或堰每口进煤行。观测方郊法根据局渗流阅量的汤大小前和汇呜集条白件，睡可选攻用如刑下几蛾种方链法进扰行观鲁测：（1）当姻流量毒小于1L/虑s时宜采认用容积德法；（2）当流鲜量在1～30铲L/塘s之间时稼宜采用仿量水堰恳法。（3）当流违量大于30阅0L误/s或受落抬差限制被不能设固置水堰并时，应窃将渗漏遇水引入谎排水沟恒中，采裁用测流阶速法。量水攀堰法捷观测量水娱堰的拒结构务有三烂角堰唇、梯冤形堰材和矩术形堰桨三种恳。目前内，量考水堰柳一般尚选用绞三角雕堰，翻三角壶堰缺祖口为调等腰翻三角走形，超底角尼为直局角，源堰口束下游怜边缘男呈45贡°。矩形堰畜堰板应禁严格保扇持堰口镇水平，负水舌两脱侧的堰吹墙上应彻留通气巡寿孔。图4-7量水同堰结肤构示伸意图1—荡—水尺拘；2—裹—堰板图4-裤8直角三纪角形量痛水堰板热示意图安装产要求量水客堰应岂设在蚕排水迷沟直盐线段梅的堰召槽段床。该撑段应裤采用蹲矩形芹断面安，两唱侧墙宗应平陪行和珠铅直唉。槽扁底和和侧墙病应加污砌护匪，不讽漏水扎，不届受其桨它干闲扰。堰板翠应与随堰槽竹两侧播墙和堰口水流形态必须为自由式。测读堰上水头的水尺或测针，应设在堰口上游3～5倍堰上水头处。尺身应铅直，其零点高程与堰口高程之差不得大于1mm。水尺刻度分辨率应为1mm；测针刻度分辨率应为0.1mm。必要时可在水尺或测针上游设栏栅稳流。量水堰安装完毕，应详细填写考证表，存档备查。测流疗速法盯观测测流速炭法的流只速测量锯，可采葵用流速持仪法或离浮标法妇，两次电流量测易值之差神不得大宽于均值赚的10滤%。测流速嘴法观测撑参流量袖的测速搜沟槽应赖符合以熊下要求馒：（1）长度烈不小于15斗m的直扔线段绍；（2）断归面一众致，乌并保经持一嘴定纵弄坡；（3）不腹受其韵它水亭干扰摆。孔隙水毙压力观硬测国内外肢所使用侧的孔隙鼠水压力吩计的种骆类较多,有振弦舅式、电赶阻片式泊、差动甲式、双历管液压页式、电辣感调频筋式及水拍管式等伞等。土体渡中的卫土压错力和锤孔隙铁水压膊力作铁用于腊接触幕面上,经过板透水片石后,只有桐孔隙斥水压快力作颜用在他变形智膜上,膜片发使生挠曲填变形,引起周钢弦录张力居的变职化,从而根监据钢弦堵频率的羊变化可趣测得孔渠隙水压愚力值。图4-9孔隙水绵压力计现的结构1—跪—导线2—巴—防水材犯料3——线圈4—瞧—钢弦5—搬—透水块石使用瞒方法（1）每个神孔隙水坚压力传迈感器在历埋设之导前均应浩进行传随感器的锹标定,以求捆得其（2）根据传感器的埋设深度、孔隙水压力的变化幅度以及大气降水可能会对孔隙水压力造成的影响等因素,确定传感器的量程,以免造成孔隙水压力超出量程范围,或是量程选用过大,影响测量精度。（3）安装胶传感器项前,先在选争定的位紧置钻孔汪至所需帜测量深旋度；再淡将用砂肯网、中租砂裹好窄的传感港器放到颜测点位逐置；然技后向孔躺中注入钳中砂(作为塌传感塞器周怀围的遮过滤遇层),以高出秘传感器寨位置（4）当在同一钻孔中埋设多个传感器时,则传感器的间距不得小于1m,且一定要保证封孔质量,避免水压力的贯通；在地层的分界处亦应注意封孔质量,以免上下层水压力贯通。4.4挠度监穗测基本箩概念测定建蛛筑物受宾力后挠荡曲程度刑的工作闹称为挠悠度观测遭。建筑物袋在应力灿的作用缘瑞下产生峡弯曲和册扭曲，煤弯曲变糖形时横贵截面形晨心沿与安轴线垂报直方向讨的线位千移称为违挠度。图4-语10平置构倒件挠度增示意图观测方消法对于直捉立高大翅型建筑肯物，其做挠度的梅观测方邪法是测妄定建筑比物在铅华垂面内录各不同闯高程点搜相对于岭底部的救水平位开移值。高层建牢筑物通辉常采用脉前方交墙会法测避定。对内予部有祝竖直唇通道梨的建肌筑物不，挠罢度观臣测多过采用插垂线治观测蓝，即咏从建定筑物不顶部递附近闷悬挂迹一根秀不锈薪钢丝索，下是挂重幸锤，扩直到等建筑纹物底咱部。那在建雁筑物毒不同束高程谁上设娇置观潜测点版，以瓶坐标址仪定碧期测愤出各暴点相涌对于恐垂线绝最低强点的坝位移诱。比炎较不站同周壤期的蒜观测赤成果惹，即或可求泳得建君筑物代的挠嘱度值扛。如果采叨图4-1翅1正垂线陪测量挠汇度图4-暮12倒垂线超测量挠嚷度4.5裂缝监基本似概念建筑物刷裂缝比均较常见带，成因航不一，吼危害程妙度不同剖。有些焰裂缝（扯如滑坡蠢裂缝等权）已是很破坏的辈开始，扮多数裂论缝都会量影响建简筑物的四整体性婚，严重胆的能引纱起建筑谣物的破辆坏。为饰了保证惭建筑物榨的安全骨，应对否裂缝的蜓现状和细变化进激行监测投。对建馒筑物努产生味的裂怎缝应于进行描位置奥、演长度弹、蚀宽度披、深炼度和输错距渡等的奇定期睛观测税，对坏建筑胆物内若部及歼表面与可能无产生农裂缝象的部银位，缝应预贴埋仪笔器设鸣备，踏进行卧定期酷观测贝或临村时采宿用适捏宜方贸法进愁行探烫测。裂缝观嘉测的主葵要目的洽是查明枣裂缝情逢况，掌退握变化燃规律，爹分析成咏因和危惊害，以追便采取套对策，他保证建衔测微器储法测微托器法疲主要第包括秒：单周向测叙缝标众点和遮三向变测缝诱标点租；主要用示于测量织表面裂壁缝的宽圣度和错孙距。单向测储缝标点一般用应于测量菊裂缝的解宽度。在实际仍应用中亦，可根协据裂缝神分布情谦况，对樱重要的含裂缝，胃选择有涨代表性贼的位置责，在裂笛缝两侧挠各埋设菊一个标桃点；标点采勾用直径唱为20圾mm，长淹约80m有m的金属司棒，埋岩入混凝粮土内60m竿m，外露少部分为腰标点，纸标点上棋各有一彻个保护两标点的距离不得少于150mm，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情况，其测量精度一般可达到0.1mm。图4-告13单向测廊缝标点艰安装（郑单位：mm）1——标点瓜；2—首—钻孔线宜；3—贿—裂缝三向歉测缝址标点三向测巨缝标点月有板式槐和杆式犹两种，寨目前大栽多采用看板式三世向测缝牲标点。板式三立向测缝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。图4-狗14板式三男向测缝况标点结振构1—久—观测x方向侮的标踩点；2—酷—观测y方向宰的标译点；3—竟—观测z方向的野标点；4—机—伸缩缝测缝计测缝计牺可分为侵电阻式染、电感痕式、电滑位式、钥钢弦式菊等多种怎，是由驾波纹管誉、上接践座、接粪线座及奏接座套殊筒组成鹿仪器外龟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在上接座和接线座上，形成一个整体。图4-坏15测缝摇计结叮构示掘意图1—炎—接座套坝管；2—西—接线台座；3——波纹枝管；4—秒—塑料慈套；5—寨—钢管屋；6——中性京油；7——方铁汇杆；8——电阻烟钢丝狂；9——上接侄座；10—驳—弹簧超声犁波检妈测超声波症用于非培破损检壶测，就荒是以超城声波为历媒介，脸获得物灵体内部备信息的们一种方阅法。掌握裂混凝抓土表厘面裂唤缝的滋深度斜，对磨混凝伯土的殖耐久晌性诊躲断和贼研究近修补穗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度。图4-持16超声乳波观绘测裂呢缝深姓度E——发射探庭头；R—轰—接收坛探头粉；B—栽—裂缝兴；A——裂缝终顽点；H——裂缝闯深度土工建理筑物表促面裂缝饺观测对全部驾裂缝或墨若干主在观测范围内，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。对于潜土工销建筑捧物内舰部或免表面祥可能勒发生援裂缝黎的部镇位，丛可在要施工劫时埋殊设土矿应变蛙计或引改装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。土工季建筑杀物内满部裂摊缝观供测混凝土呀建筑物汁表面裂你缝观测对于傲混凝抵土建你筑物穷，首尖先应睡根据克情况孤，确荐定观机测范鸣围。裂缝分翼布位置羽和长度源可仿照闻土工建奖筑物的砌量测办孩法进行林量测。裂缝深柳度，除雪可用细睬铁丝等筝简易办标法探测拍外，常累采用超歼声波探裂伤仪进她行探测头，也可拿采取逐坟步钻孔你进行压舰气或压牧水试验姨办法探霜测。裂缝宽持度，除旦可用读努数放大丢镜直接忌观测外才，常在柜缝两侧增设金属颠标点，隆用游标刊卡尺量效测，或庄将差动痛式电阻触测缝计优的两端躺分别固中定在缝昨的两侧唐，用电于阻比电荣桥或其疏他检测易仪器观透测或自害动遥测趴。对于贯仪穿性裂挣缝的错板距，可斜在缝的怒两侧设片三向测使缝标点筋进行三若个方向橡的量测芝。对于毯大体王积混柏凝土钩内部逢或表水面预增计可榜能发欠生裂器缝的挽部位熄，可汪在施班工时表埋设日裂缝藏计（蛾差动粮式电代阻测尤缝计亦连接都加长须杆而塌成）降定期介进行捡观测瓣。在已柳竣工铜工程仙上，瓣可采尾用上懒述探市测缝缴深的姜办法勿进行泛探测邀。混凝呈土建汁筑物仪内部蚂裂缝挤观测4.琴6光纤监参测技术光纤传击感技术艰是70年代布中期圆发展剖起来胸的一侵门新盛技术霜，它护是伴犬随着葵光纤泉及光既通信赌技术鱼的发牢展而烦逐步士形成躲的。光纤传慎感器是铺把光纤罢传感技煮术应用千于测量愉领域的寨一种传宋感器件酒，它与振传统的青传感器塑相比具熊有许多饭优点：亦如灵敏贩度高、捧耐腐蚀拴、电绝安缘、防嫁爆性好桨、抗电跨磁干扰桃、光路伏可扰曲会、易于偷与计算唱机连接蔑、便于焰遥测等扭，而且蚊结构简号单、尺护寸小、忌质量轻亏、频带测宽，可惨进行温刺度、应依变、压礼力等多车种参数袭的分布栗式测量仁。近年来店，光纤返传感器相以其独反特的优荐点，在左土木工肥程领域付得到了单广泛的蛮应用，地成为建哲筑物结煤构监测胁的首选瘦传感器丢形式。光纤的爸结构光纤虫的主农要成终分是遥纤芯折射率较高，其主要成分为掺杂的二氧化硅，含量达99.999%。其余成分为极少量的惨杂剂，如二氧化锗等，以提高纤芯的折射率。纤芯直径一般在5～50微米之间。包层材料一般为纯二氧化硅，外径为125微米，作用是把光限制在纤芯中。涂覆层为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料，外径约250微米，用于增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性。涂层包层纤芯图4-1喷7光纤捏基本筒结构图4-18光纤传感器的结构框图光源传感头光电转换信号处理被测量光纤电信号输出信号光纤顽光栅掀传感克器（FBG）光纤光辜栅传感璃器作为寺一种新背型光纤托传感器蝇，对多赔个物理误量敏感遍，可以末用来测拨量多个懒物理量屡，包括押应变、遭应力、谦温度、窝位移、发振动、融压力等纳。在水