工业与民用建筑物变形监测课件

变形监测与数据处理第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/81中南大学测绘与国土信息工程系主要内容概述建筑基础沉降监测建筑物倾斜监测工程实例第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/82中南大学测绘与国土信息工程系§1概述变形监测与数据处理第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/83中南大学测绘与国土信息工程系土壤地基上的建筑物，在内力与外力的作用下，无论是在水平方向还是垂直方向都会发生变形。在水平方向所产生的位移叫做建筑物的水平位移，向上的垂直位移叫做上升，而向下的垂直位移叫做建筑物的沉降。由于建筑物基础的不均匀沉降而使建筑物垂直轴线偏离其设计位置时，叫做建筑物的倾斜。倾斜伴随着建筑物上部的水平位移，并且随着高度的增加，水平位移量增大。第1节概述位移与倾斜（1）2024/9/84中南大学测绘与国土信息工程系无论水平位移、倾斜还是沉降，当变形值超过一定限度时，会影响建筑物本身的安全以及人民生命财产的安全。有目的地对施工和运营期间的建筑物进行定期的变形观测非常重要。研究建筑物的位移具有非常重要的意义，因为在计算建筑物的地基时要考虑其极限变形。在计算过程中要确定倾斜的沉降和水平位移以及其它变形的大小，这些数值要与一些极值进行比较，这些极限值是保证建筑物整体或局部的正常使用条件以及保证一定寿命的一些数字指标。监测意义第1节概述2024/9/85中南大学测绘与国土信息工程系对于工业与民用建筑物，主要进行沉降、倾斜和裂缝观测，即静态变形观测；对于高层建筑物，还要进行震动观测，即动态观测；对于大量地抽取地下水及进行地下采矿的地区，则应进行地表沉降观测。监测内容第1节概述2024/9/86中南大学测绘与国土信息工程系主要观测项目基础沉降观测单点沉降量、平均沉降量、相对沉降量、倾斜、弯曲、沉降速率等。水平位移单点水平位移、位移速率、挠度等。滑坡监测对工程周围可能产生滑坡的部位实行定期监测。裂缝监测对建筑物上产生的裂缝进行宽度、深度、错开等监测。内部监测对建筑物基础进行应力/应变监测、温度监测、地下水位监测。第1节概述2024/9/87中南大学测绘与国土信息工程系§2建筑基础沉降监测

变形监测与数据处理第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/88中南大学测绘与国土信息工程系定义对建筑物基础的沉降观测，就是定期地测定建筑物基础在垂直方向上的位移，故亦称建筑物基础垂直位移观测。在施工初期，基础开挖，地表荷重卸出，基底产生回弹现象；基础完工后，随着施工进展，荷重不断增加，基础产生下沉；竣工后，在运营阶段，往往持续若干年，沉降现象方能停止。沉降观测应从基础施工开始，直至运营后沉降稳定为止。

第2节建筑物基础沉降监测2024/9/89中南大学测绘与国土信息工程系主要工作①沉降观测方案研究与技术设计；②沉降观测仪器检验；③沉降观测点位布设；④沉降观测数据采集；⑤沉降观测数据处理；⑥沉降量计算与分析；⑦沉降量报表；⑧沉降过程曲线绘制；⑨沉降观测报告编写。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/810中南大学测绘与国土信息工程系技术设计根据工程项目的性质、结构特点、规模大小、质量精度要求等，研究沉降观测方案和规划观测作业、选择测量仪器设备、组成测量队伍。按《建筑物沉降观测规范》规定，一般建筑物应反应1mm的沉降量，这就要求观测精度要高于±1mm，一般按二等水准测量技术规定执行。对于研究性的观测，应采用一等水准测量技术指标。根据规范的要求，一般应采用S1级精密水准仪。对于非重要建筑或沉降量较大地区的沉降观测、高速公路等，也可以采用三等水准测量技术指标实施观测。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/811中南大学测绘与国土信息工程系基准点的布设（1）基准点是变形观测的基础，基准点布设是否合适直接关系到变形观测能否成功。根据工程项目的不同，一般要求基准点绝对稳定，有时也可以要求基准点相对稳定。要达到基准点稳定的要求，有两种选择：一是远离建筑物，二是深埋。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/812中南大学测绘与国土信息工程系基准点可分为两级，固定基准和工作基准。固定基准点应布设在距离需要观测的建筑物一定的距离且稳定，不受其它外力影响、便于保存的位置。基准点数应不少于3～4个，以便于基准点保护、恢复和稳定性分析。基准点的标志采用混凝土桩，或钢管加筋桩。对于高层建筑物或大型建筑物，基准点应钻孔至基岩。基准点的布设（2）第2节建筑物基础沉降监测2024/9/813中南大学测绘与国土信息工程系固定基准点工作基准点建筑物沉降观测点位布置图第2节建筑物基础沉降监测2024/9/814中南大学测绘与国土信息工程系(a)钢管加筋基准点(b)基岩上基准点(c)路边基准点(d)路边基准点沉降观测基准点第2节建筑物基础沉降监测2024/9/815中南大学测绘与国土信息工程系(a)(b)(c)钢管加筋基准点第2节建筑物基础沉降监测2024/9/816中南大学测绘与国土信息工程系观测点布设沉降观测点布设位置由测量单位、设计单位、甲方监理共同确定，由施工单位配合实施埋设。观测点应埋设在最能反映建筑物沉降的位置，如四角点、中点、较大转角处、沉降缝、抗震缝，构造柱，荷载或层数变化处，地基薄弱处等，还要考虑点位具有一定的密度，如每隔15～20m布设一点。标志要与结构体牢固结合，同时具有一定的深度。埋设标志时应结合施工图纸，使其既便于立尺观测，又便于保护，同时不会被后续施工所掩埋。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/817中南大学测绘与国土信息工程系沉降观测点标志第2节建筑物基础沉降监测2024/9/818中南大学测绘与国土信息工程系基准网观测待基准点埋设完成并达到一定强度后，按沉降观测设计方案对基准网实施首次测量。采用二等或一等水准测量进行观测，视距长度要小于相应等级，严格保证视距差在规定范围内。基准点间应构成闭合环，并具备一定数量的多余观测值。

第2节建筑物基础沉降监测2024/9/819中南大学测绘与国土信息工程系各周期观测随着施工进度的进行，每隔一定的时间观测一次沉降观测点的沉降情况。从基础开始初次观测，每增加一层或设定层数观测一次，直至竣工。竣工后运营期间也要每隔三个月、半年、一年进行观测，直至稳定。当遇有暴雨、地震等特殊情况后，应对建筑物增加观测次数。各周期观测纲要应尽量保持一致，固定人员、固定仪器、固定时间、固定路线。观测点要与基准点之间构成闭合、附合路线，尽量避免支线观测。观测中会有各种情况发生，应在观测的同时记录，比如施工进度、天气情况、气象条件等，以便后续分析使用。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/820中南大学测绘与国土信息工程系沉降观测网第2节建筑物基础沉降监测2024/9/821中南大学测绘与国土信息工程系基准网数据处理当基准网独立观测时，基准网可以独立平差计算。因首次观测无基准点稳定性的先验信息，所以，可以采用普通秩亏自由网平差，即应采用全网的重心作为基准，使各基准点精度均匀，取得基准点在重心高程基准下的高程值，作为沉降观测的依据。当首次基准网与观测点网同时观测并整体平差时，可以以基准点为拟稳点，观测点为非拟稳点进行拟稳自由网平差，即采用拟稳重心为基准，建立平差基准和取得观测点初始测量成果。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/822中南大学测绘与国土信息工程系各周期数据处理各周期观测后即时进行数据平差计算。数据处理一般多采用固定点平差或拟稳平差。当确知基准点稳定时采用固定基准平差，若不知基准点先验条件，可采用拟稳平差。各周期的平差基准要一致，这样才能反映出正确的变形量。当单位权中误差和各点位中误差在设计规定之内时，本期观测成果是合格的。否则就该检查、分析原因，及时实施补测或重测。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/823中南大学测绘与国土信息工程系沉降量的计算

第2节建筑物基础沉降监测2024/9/824中南大学测绘与国土信息工程系沉降量报表每周期沉降观测后，应及时进行数据处理和分析，计算沉降信息，及时编制沉降量报表，提供给设计、施工、监理、业主等。沉降观测报表的格式视各地建筑质量监督部门要求而定，现还没有统一的格式。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/825中南大学测绘与国土信息工程系沉降过程曲线图绘制当变形观测进行到一定周期，或是工程进度到一定阶段，就要依据前面所观测和计算的结果，绘制点位沉降过程曲线。通过变形曲线可以直观地了解变形过程和变形分布情况，也可以对变形发展趋势有个直观的判断。沉降过程曲线以时间为水平轴，以沉降量为纵轴。为了对比相关点位沉降量及其沉降速率，经常将多个点位的沉降过程曲线绘制在同一图中。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/826中南大学测绘与国土信息工程系时间（天）沉降量（mm）沉降过程曲线第2节建筑物基础沉降监测2024/9/827中南大学测绘与国土信息工程系报告的编写当工程竣工后，应及时对施工期间沉降观测成果进行阶段总结。总结报告应包括：技术措施、观测期限、观测依据等，并对总的观测结果进行分析。沉降观测阶段（总结）报告应包含的分析数据有：建筑物最大沉降点名及其最大沉降量；建筑物最小沉降点名及其最小沉降量；建筑物所有观测点的平均沉降量；近期该建筑物最大沉降速率、最小沉降速率以及平均沉降速率。沉降观测阶段（总结）报告中还应包含沉降观测点位布置图、点位沉降过程线等，必要时还应绘制等沉降曲线图。第2节建筑物基础沉降监测2024/9/828中南大学测绘与国土信息工程系§3建筑物倾斜监测

变形监测与数据处理第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/829中南大学测绘与国土信息工程系定义测定工业与民用建筑物倾斜度随时间变化的工作，称为倾斜观测。高层或高耸建筑物，如电视塔、水塔、烟囱、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观测或不均匀沉降观测。第3节建筑物倾斜监测2024/9/830中南大学测绘与国土信息工程系BB′Aeh倾斜度示意第3节建筑物倾斜监测2024/9/831中南大学测绘与国土信息工程系纵横距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。第3节建筑物倾斜监测2024/9/832中南大学测绘与国土信息工程系纵横距投影法倾斜观测第3节建筑物倾斜监测2024/9/833中南大学测绘与国土信息工程系纵横距投影法倾斜计算第3节建筑物倾斜监测2024/9/834中南大学测绘与国土信息工程系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。第3节建筑物倾斜监测2024/9/835中南大学测绘与国土信息工程系前方交会法倾斜观测计算第3节建筑物倾斜监测2024/9/836中南大学测绘与国土信息工程系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。第3节建筑物倾斜监测2024/9/837中南大学测绘与国土信息工程系任意点置镜方向交会法倾斜观测第3节建筑物倾斜监测2024/9/838中南大学测绘与国土信息工程系任意点置镜角度转换关系第3节建筑物倾斜监测2024/9/839中南大学测绘与国土信息工程系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。第3节建筑物倾斜监测2024/9/840中南大学测绘与国土信息工程系激光垂准倾斜观测第3节建筑物倾斜监测2024/9/841中南大学测绘与国土信息工程系§4工程实例变形监测与数据处理第十章工业与民用建筑物变形监测2024/9/842中南大学测绘与国土信息工程系仪器及精度设计依据设计要求，为能反映出1mm的沉降量，采用S1级精密水准仪和铟钢尺，按二等水准测量的规程进行沉降观测；视距长度小于30m，三丝最小读数不限，正确读数至0.1mm，估读至0.01mm，单位权（一测站）中误差不超过0.5mm，点位高程中误差不超过1.0mm。第4节工程实例2024/9/843中南大学测绘与国土信息工程系观测周期设计建筑物施工至±0以上时进行初始观测；以后每施工完一层观测1次；封顶观测1次；封顶1个月后观测1次；建筑物竣工时观测1次；以后第1个月后观测1次、第3个月后观测1