工程变形监测技术-垂直监测位移方法培训讲义

工程变形监测技术项目三垂直变形监测2任务一垂直变形监测控制网的建立任务二：垂直变形监测方法任务三：垂直变形技术总结及数据处理任务二：垂直变形监测方法3精密水准测量三角高程测量高程变形监测网布设4变形测量点，宜分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合：①每个工程至少应有三个稳固可靠的点作为基准点；②工作基点应选在比较稳定的位置。对通视条件较好或观测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测定变形观测点；③变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。对监测点高程变化量的测量工作；有时用“+”

表示下沉，用“-”时表示上升。

方法一精密水准测量5精密水准测量精度高，方法简便，是垂直位移监测最常用的方法。水准基点是垂直位移监测的基准点，一般3~4个点构成一组，形成近似正三角形或正方形，为保证其坚固与稳定，应选埋在变形区以外的岩石上或深埋于原状土上，也可以选埋在稳固的建构筑物上。水准基点6普通混凝土标地面岩石标浅埋钢管标井式混凝土标深埋钢管标深埋双金属标普通混凝土标7地面岩石标8浅埋钢管标9井式混凝土标10深埋钢管标11深埋双金属标12工作基点13工作基点是用于直接测定监测点的起点或终点。工作基点应布置在变形区附近相对稳定的地方，其高程尽可能接近监测点的高程。工作基点一般采用地表岩石标，当建筑物附近的覆盖层较深时，可采用浅埋标志，当新建建筑物附近有基础稳定的建筑物时，也可设置在该建筑物上。因工作基点位于测区附近，应经常与水准基点进行联测，通过联测结果判断其稳定状况，保证监测成果的正确可靠。监测点14监测点是垂直位移监测点的简称，布设在被监测建（构）筑物上。布设时，要使其位于建（构）筑物的特征点上，能充分反映建（构）筑物的沉降变形情况，点位应当避开障碍物，便于观测和长期保护，标志应稳固，不影响建构筑物的美观和使用，还要考虑建筑物基础地质、建筑结构、应力分布等，对重要和薄弱部位应该适当增加监测点的数目。

盒式标志15钢筋观测点

16隐蔽观测点（螺栓式标志）17监测仪器18针对具体的监测工程，应当使用满足精度要求的水准仪，采用正确的测量方法；对特级、一级垂直位移监测，应使用DS05型水准仪配和因瓦合金标尺；对二级垂直位移监测，应使用DS1或DS05型水准仪和因瓦合金标尺；对三级垂直位移监测，应使用DS3水准仪和区格式木质标尺或DS1型水准仪和因瓦合金标尺。

仪器的检验19无论使用何种仪器，开始工作前，应该按照测量规范要求对仪器进行检验；水准仪的i角误差是最重要的检验项目。精密水准测量前，还应按规范要求对水准标尺进行检验，其中标尺的每米真长偏差是最重要的检验项目，一般送专门的检定部门进行检验。监测方法与技术要求（1）20采用精密水准测量方法进行垂直位移监测时，从工作基点开始经过若干监测点，形成一个或多个闭合或附合路线，其中以闭合路线为佳，特别困难的监测点可以采用支水准路线往返测量。整个监测期间，最好能固定监测仪器和监测人员，固定监测路线和测站，固定监测周期和相应时段。监测方法与技术要求（2）21为了减少i角误差的影响，水准测量规范对前后视距差和前后视距累积差都有明确的规定，测量中应遵照执行。严格控制前后视距差和前后视距累积差，也可有效地减弱磁场和大气垂直折光的影响。水准测量规范对观测程序有明确的要求，往测时，奇数站的观测顺序为“后前前后”；偶数站的观测顺序为“前后后前”。返测时，奇、偶数站的观测顺序与往测偶、奇数站相同。标尺的每米真长偏差应在测前进行检验，当超过一定误差时应进行相应改正。一、二等水准测量外业观测22对奇数测站为：（1）照准后视标尺的基本分划(左侧刻度)读数（2）照准前视标尺的基本分划(左侧刻度)读数（3）照准前视标尺的辅助分划(右侧刻度)读数（4）照准后视标尺的辅助分划(右侧刻度)读数这样的顺序简称为后—前—前—后对偶数测站为：（1）照准前视标尺的基本分划（2）照准后视标尺的基本分划（3）照准后视标尺的辅助分划（4）照准前视标尺的辅助分划这样的顺序简称为前—后—后—前。返测时的观测顺序与往测相反。一测站操作具体步骤

23（1）安置仪器使气泡居中。（2）将望远镜对准后视标尺，使符合气泡两端的影像近于符合，随后用上、下丝照准标尺基本分划进行视距读数，视距第四位数由测微轮直接读得。然后使水准气泡严格居中，用楔形平分丝精确照准标尺的基本分划，并读出标尺基本分划与测微轮的读数。（3）旋转望远镜对准前视标尺，水准气泡严格居中，用楔形丝精确对准基本分划。并读出标尺基本分划与测微轮读数。然后用上、下丝照准标尺的基本分划进行视距读数。（4）用微动螺旋旋转望远镜，照准前视标尺的辅助分划，并使气泡严格居中，读出标尺辅助分划与测微轮读数。（5）旋转望远镜，照准后视标尺的辅助分划，并使气泡严格居中，使楔形平分丝精确照准并进行辅助分划和测微轮的读数。标尺零点差的影响24视线长度、前后视距差和视线高度（m）等级仪器类型视线长度前后视距差视距累积差视线高度特级DS05≤15≤0.3≤1.5≥0.5一级DS05≤30≤0.5≤1.5≥0.5二级DS05、DS1≤50≤1.0≤3.0≥0.3三级DS1、DS3≤75≤5.0≤8.0≥0.225水准测量主要限差（mm）等级基辅分划读数差基辅分划高差之差相邻基准点高差中误差测站高差中误差往返较差、附合或环线闭合差检测已测高差较差特级0.30.40.30.070.15√n0.2√n一级0.30.40.50.130.3√n0.5√n二级0.40.61.00.300.6√n0.8√n三级2.03.02.00.701.4√n2.0√n26注：n为测段的测站数各等级使用的仪器、观测方法及要求

27等级使用仪器、观测方法及要求特级DS0.5型仪器，视线长度≤15m，前后视距差≤0.3m，视距累计差≤1.5m，宜按国家一等水准测量的技术要求施测二级DS0.5型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测三级DS0.5或DS1型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要求施测四级DS0.5或DS1型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要求施测监测点的精度要求（mm）等级往返较差、附合或环线闭合差高程中误差相邻点高差中误差特级0.15√n0.30.2√n一级0.3√n0.50.5√n二级0.6√n1.00.8√n三级1.4√n2.02.0√n28注：n为测段的测站数方法二精密三角高程测量29精密水准测量因受观测环境影响小，观测精度高，仍然是沉降监测的主要方法；如果水准路线线况差，水准测量实施将很困难。高精度全站仪的发展，使得电磁波测距三角高程测量在工程测量中的应用更加广泛；电磁波测距三角高程测量代替水准测量进行沉降监测，将极大地降低劳动强度，提高工作效率。

短边三角高程测量法进行建筑物的沉降观测思考三角高程测量方法。三角高程测量观测内容。三角高程测量如何应用于沉降观测中？任务三倾斜观测2023/11/6

用测量仪器来测定建筑物的基础和主体结构倾斜变化的工作，称为倾斜观测。1．一般建筑物主体的倾斜观测

2．圆形建（构）筑物主体的倾斜观测3．建筑物基础倾斜观测四、建筑物的倾斜观测类型2023/11/6五、倾斜观测的方法一、经纬仪投影法原理直接法：经纬仪投影法、测水平角、前方交会法、垂准线法该方法多用于基础面积过小的超高建筑物，如电视塔、烟囱、高桥墩、高层楼房等。间接法：测定基础的相对沉陷量（水准测量）、倾斜仪该方法多用于基础面积较大的建筑物，并便于水准观测BB′Aeh式中i——建筑物主体的倾斜度；∆D——建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（m）；H——建筑物的高度（m）；α——倾斜角（°）。2023/11/61、经纬仪投影法在圆形建筑物的两个相互垂直的方向上安置经纬仪或全站仪；测站距离圆形建筑物的距离应大于其高度的1.5倍；在圆形建筑物的底部横放两把尺子，使两尺相互垂直，且分别垂直于圆形建筑物中心与两测站的连线。经纬仪分别照准建筑物的顶部、底部的边缘，向下投影。2023/11/6MNPQXYH∆A∆BN′Q′∆A∆B∆图一般建筑物的倾斜观测经纬仪投影法，观测方法如下：1）将经纬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。瞄准建筑物X墙面上部的观测点M，用盘左、盘右分中投点法，定出下部的观测点N。用同样的方法，在与X墙面垂直的Y墙面上定出上观测点P和下观测点Q。M、N和P、Q即为所设观测标志。2023/11/6（2）隔一段时间后，在原固定测站上，安置经纬仪，分别瞄准上观测点M和P，用盘左、盘右分中投点法，得到N′和Q′。如果，N与N′、Q与Q′不重合，说明建筑物发生了倾斜。MNPQXYH∆A∆BN′Q′∆A∆B∆图一般建筑物的倾斜观测2023/11/6（3）用尺子，量出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H即可计算出其倾斜度i。MNPQXYH∆A∆BN′Q′∆A∆B∆图一般建筑物的倾斜观测2023/11/62、前方交会法当测定偏距e的精度要求较高时，可以采用角度前方交会法。首先在圆形建筑物周围标定A、B、C三点，观测其转角和边长，则可求得其在资用坐标系中的坐标；然后分别设站于A、B、C三点，观测圆形建筑物顶部两侧切线与基线的夹角，并取其平均值；以同样的方法观测圆形建筑物底部；按角度前方交会定点的原理，即可求得圆形建筑物顶部圆心O′和底部圆心O的坐标。2023/11/63、任意点置镜方向交会法

对非圆形建筑物，如高层建筑物的楼体进行倾斜观测，过去一般用基础不均匀沉降来推算。当建筑物属于非钢体变形时，这一方法就失去了作用。由于建筑物在施工阶段其楼体上变形点无法置镜，因此，只能用方向交会的方法来交会该点的位置，以此来分析该点的倾斜值（变形值）。施工期间建筑场地有各种施工机械、设备、堆放的各种建筑材料，以及作业人员流动频繁等因素，使变形监测基准点位或被破坏，致使观测时不能用正常的前方交会方法交会变形点的位置。本方法后视任意两点交会变形点，并将这种交会法转化为两方向前方交会算法。2023/11/64、激光垂准法利用激光垂准仪，测定建筑物底部和顶部距离垂准激光束的距离差，从而计算建筑物某轴线（某一面）的倾斜度。这种方法受施工干扰较大，在施工现场较难使用。2023/11/65、水准测量

用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷，由相对沉陷与两点之间距离之比，可换算成倾斜角。

6、流体静力水准测量

是测定观测点高程及基础倾斜的方法之一，仪器不受距离限制，并且距离愈长，测定倾斜度的精度愈高。2023/11/67、倾斜仪的应用

气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管和一套精密的测微器组成。使用时将倾斜仪安置在需要的位置上以后，转动带有读数盘的测微轮，通过测微杆向上或向下移动，直至水准气泡居中为止。此时在读数盘上读出该处的倾斜度我国制造的气泡式倾斜仪，灵敏度为2"，总的观测范围为1°。气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角或量测局部位置的变形，例如测定设备基础和平台的倾斜。倾斜仪和电子水准器虽有明显的优点，但当建筑物变形范围很大，工作测点很多时，这类仪器就不如水准仪灵活。因此，变形观测的常用方法仍是水准测量。

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例1．一般建筑物主体的倾斜观测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，计算建筑物主体的倾斜度，即倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD。偏移值ΔD的测定一般采用经纬仪投影法。式中i——建筑物主体的倾斜度；∆D——建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（m）；H——建筑物的高度（m）；α——倾斜角（°）。2023/11/6yy1y2y1′y2′x1′x2′x1x2xOO′∆x∆yABA′B′图圆形建（构）筑物的倾斜观测例2．圆形建（构）筑物主体的倾斜观测

对圆形建（构）筑物的倾斜观测，是在互相垂直的两个方向上，测定其顶部中心对底部中心的偏移值。

（1）在烟囱底部横放一根标尺，在标尺中垂线方向上，安置经纬仪，经纬仪到烟囱的距离为烟囱高度的1.5倍。2023/11/6yy1y2y1′y2′x1′x2′x1x2xOO′∆x∆yABA′B′图圆形建（构）筑物的倾斜观测例2．圆形建（构）筑物主体的倾斜观测

对圆形建（构）筑物的倾斜观测，是在互相垂直的两个方向上，测定其顶部中心对底部中心的偏移值。

（2）用望远镜将烟囱顶部边缘两点A、A′及底部边缘两点B、B′分别投到标尺上，得读数为y1、y1′及y2、y2′。烟囱顶部中心O对底部中心O′在y方向上的偏移值Δy为：2023/11/6yy1y2y1′y2′x1