变形观测技术

变形观测技术第一页，共十一页，编辑于2023年，星期日1、变形监测方案制定的主要内容2、变形观测的精度3、变形观测周期与频率第二页，共十一页，编辑于2023年，星期日为什么要进行变形观测？什么是变形观测？工程建筑物的兴建，从施工开始到竣工，以及建成后整个运营期间都要不断地或周期性的监测这些建筑物的变形情况，一般来说，由于各种因素的影响，工程建筑物及其设备在其运营过程中都会发生变形，在一定的限度内，这种变形可以认为是正常现象，但如果这种变形超过了规定的限度，就会影响建筑物的使用，严重时，还会危及建筑物的安全造成人类生命财产的巨大损失。对可能产生变形的各种自然的或人工的建筑物或构筑体统称为变形体。对变形体在运动中的空间和时间域内进行周期性的重复观测，如地壳运动中由于地应力的长期累积而可能导致产生地震所进行的地壳变形观测；山体不稳定可能导致滑坡所进行的坡体变形观测；采矿、采油和抽取地下水而导致的地表沉陷监测以及拦河大坝的安全稳定性监测等都是变形观测的具体实例。第三页，共十一页，编辑于2023年，星期日变形观测分为变形监测和变形检测名称变形监测变形检测观测次数一般为多次一般为一次少数多次测量精度根据等级和内容要求不同而不同，一般平面为mm级，高程为mm级或亚mm级根据等级和内容要求不同而不同，工程领域一般为mm级，工业领域一般为mm级或亚mm级，甚至um级涉及范围一般涉及范围较广，大至全球范围，小至一个工程建筑物一般涉及范围小，仅是一个检测对象比较依据同首期数据或前期数据比较同理论值或设计值比较应用领域一般应用于地学及工程领域一般应用于工业及工程领域第四页，共十一页，编辑于2023年，星期日一、变形监测方案制定的主要内容变形监测方案的制定必须建立在对工程场地的地质条件、施工方案、施工周围环境详尽调查了解基础之上，同时还需与工程建设单位、施工单位、监理单位、设计单位以及有关部门进行协调。由于变形监测方案的制定将影响到观测的成本、成果的精度和可靠性，因此，应当认真、全面的考虑。一般地，变形监测方案制定的主要内容有：

监测内容的确定；监测方法、仪器、监测精度的确定；施测部位和测点布置的确定；监测周期的确定。第五页，共十一页，编辑于2023年，星期日1、监测内容

监测内容的确定主要根据监测工程的性质和要求，在收集和阅读工程地质勘查报告、施工组织计划的基础上，根据施工周围的环境确定变形观测的内容。如，建筑物的变形监测就可能包含建筑物的沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测以及挠度监测等。对于危岩滑坡的成灾条件，变形监测则主要包括：危岩、滑坡地表、及地下变形的二维或三维位移、倾斜变化的监测；有关物理参数—应力应变、地声变化的监测；环境因素—地震、降雨量、气温、地下水等的监测。2、监测方法与仪器

变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。比如对于局部性的外观变形监测，高精度水准测量，高精度三角、三边、边角以及测量机器人监测系统是工程建筑外部变形监测的良好手段和方法。而钻孔倾斜仪、多点位移仪则非常适合于工程建筑物的内部的变形监测。在矿山地表移动观测方面，常用水准仪测高差，全站仪测坐标，现已采用GPS监测技术、数字近景摄影测量技术等，并满足了变形监测的精度要求。第六页，共十一页，编辑于2023年，星期日二、变形观测的精度国内外对变形观测精度的要求存在不同的看法，但有一条比较统一，即变形观测的精度取决于变形观测的目的。为检测施工变形，其观测精度要求较低，以能反映施工变形大小为度；为确保建筑物安全的变形观测精度要求较高，而为了某些科学研究目的则要求精度更高。国际测量工作者联合会第十三届会议工程测量组提出：“如果的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10~1/20；如果观测目的是为了研究其变形的过程，则其中误差应比这个值少的多”工程类型众多，要求各异，很难规定一个统一的精度标准。小于允许变形值的1/10~1/20的要求取值灵活，易被人们接受，对于很重要的工程人们还是愿意当时能够达到的最高精度为标准进行观测。GB·50026-93《工程测量规范》将变形测量划分为四个等级，并规定了相应的精度指标，见表2-1，其精度指标为：变形点水平位移中误差；变形点垂直位移中误差；相邻点高差中误差。第七页，共十一页，编辑于2023年，星期日变形测量的等级垂直位移测量水平位移测量变形点的高程中误差（mm）相邻变形点的高程中误差（mm）变形点的点位移中误差（mm）一等±0.3±0.1±1.5二等±0.5±0.3±3.0三等±1.0±0.5±6.0四等±2.0±1.0±12.0

表2--1变形测量的等级划分及精度要求

对于同类工程建筑物，根据其结构、形状不同，要求的精度也有差异。即使同一建筑物，不同的部位的精度要求也不不同。普通的工业与民用建筑，变形监测的主要内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜。一般来讲，对于有连续生产线的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物），通常要求观测工作能反映出2mm的沉陷量，因此，对于观测点高程的精度，应在1mm以内。特种工程设备，要求变形观测的精度高达0.1mm。第八页，共十一页，编辑于2023年，星期日（一）按允许变形值求观测中误差

变形测量工程采用表2-1中那个等级，须通过建筑物的允许变形值推算求得。建筑物的允许变形值，一般由建筑工程规范中规定或由设计单位提出。表2-2列出了部分允许变形值。

表2-2建筑物的地基允许变形值变性特征允许变形值中低压缩性土高压缩性土工业与民用建筑物相邻柱基的沉降差框架结构砖石墙填充的边排柱当基础不均匀沉降时产生附加应力的结构0.002l0.0007l0.005l0.003l0.001l0.005l砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.003多层和高层建基础的倾斜Hg≤2424<Hg≤6060<Hg≤100Hg>1000.0040.0030.0020.0015高耸结构基础的倾斜Hg≤2020<Hg≤5050<Hg≤100100<Hg≤150150<Hg≤200200<Hg≤2500.0080.0060.0050.0040.0030.002第九页，共十一页，编辑于2023年，星期日

注：l为相邻柱基的中心距离（mm）;Hg为自室外地面起算的建筑物高度；倾斜指基础倾斜方向两端点沉降差与其距离的比值；局部倾斜指砌体承重结构纵向6~10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。【例】某大楼高90m，箱形基础长L1=35m，宽L2=25m，求沉陷观测点高程中误差。（二）变形监测网的精度设计

变形观测除在观测目标上设立变形观测点，还需设立基础点和工作点，由基础点和工作点组成监测控制网。若观测项目较少，基础点和监测点兼用。对于同一变形观测工程，变形观测点能够达到的精度，除取决于监测网对观测点的测量精度m测，也受监测网本身的精度影响。最不利情况是监测网中的最弱点m弱施测观测点，则观测点的观测中误差：

m观=

当m观由允许变形值确定后，就可以选择观测点的测量精度m测和监测网的精度m弱：

m弱=m观和m弱可以做适当的调整，以确定适宜的监测网和观测点的施测精度。一但m弱解算出后，可根据网形确定权P弱，由此解得观测值单位权中误差m0：

m0=进而确定监测网的测量等级与相应技术要求。第十页，共十一页，编辑于2023年，星期日三、变形观测周期与频率

相邻两次变形观测的间隔时间为变形观测周期，简称观测周期。变形观测周期确定的基本原则是：根据建构筑物的变形特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件及施工过程等因素综合考虑。观测过程中，根据变形量的变化情况，应适当调整。通常应使观测的次数能反映出变化的过程。通常按荷载阶段和变形是否稳定确定观测周期，第一阶段，从基础施工开始，对地基的荷载逐渐增加，到满荷载为止，该阶段是沉降最快阶段，对于一般高楼建筑通常每升高1~2层观测一次，或根据施工进度7~15天观测一次；第二阶段，从满荷载到沉降趋向稳定阶段（日沉降量0.01~0.04mm认为稳定），一般1个月、2个月、3个月、半年不等至沉降停止。有些建筑需终生观测直至报废，观测周期可1年、2年不等。如在观