第十五章-建筑物的变形观测

第十五章建筑物的变形观测第一节概述第二节建筑物的沉降观测第三节建筑物的倾斜观测第四节建筑物水平位移观测第五节建筑物的裂缝观测与挠度观测第六节变形观测方法和自动化第一节概述

变形观测是测定建筑物或构筑物及其地基在建筑物或构筑物荷重和外力作用下随时间而变形的工作，内容主要有：沉降观测位移观测倾斜观测裂缝观测挠度观测等。

一、形观测的特点

与一般的测量工作相比，变形观测有以下特点：精度要求高、时效性要求强、与施工同步进行、需要重复观测、几何变形与物理参数同时监测、数据处理方法严密等。二、变形测量点的分类1.变形观测点是设置在变形体上的照准标志点，点位要设立在能准确反映变形体变形特征的位置上，也称变形点、观测点。2.基准点即确认固定不动的点，用于测定工作基点和变形观测点。点位要设立在变形区以外的稳定地区，每个工程至少应有3个基准点。3.工作基点是作为直接测定变形观测点的相对稳定的点，也称工作点。对通视条件较好或观测项目较少的工程，可不设立工作基点，直接在基准点上测定变形点。三、变形观测的基本要求1.重要工程建筑物、构筑物，在工程设计时，应对变形监测的内容和范围做出统筹安排，并由监测单位制订详细的监测方案。首次观测，宜获取监测体初始状态的观测数据。2.由基准点和部分工作基点构成的监测基准网，应每半年复测一次；当对变形监测成果发生怀疑时，应随时检核监测基准网。3.变形监测网应由部分基准点、工作基点和变形观测点构成。监测周期应根据监测体的变形特征、变形速率、观测精度和工程地质条件等因素综合确定。监测期间，应根据变形量的变化情况适当调整。三、变形观测的基本要求4.各期的变形监测时，应满足下列要求：在较短的时间内完成；采用相同的图形(观测路线)和观测方法；使用同一仪器和设备；观测人员相对固定；记录相关的环境因素，包括荷载、温度、降水、水位等；采用统一基准处理数据。5.变形监测作业前，应收集相关水文地质、岩土工程资料和设计图纸，并根据岩土工程地质条件、工程类型、工程规模、基础埋深、建筑结构和施工方法等因素，进行变形监测方案设计。方案设计应包括监测的目的、精度等级、监测方法、监测基准网的精度估算和布设、观测周期、项目预警值、使用的仪器设备等内容。6.每期观测前，应对所使用的仪器和设备进行检查、校正，并做好记录。7.每期观测结束后，应及时处理观测数据。当数据处理结果出现下列情况之一时，必须即刻通知建设单位和施工单位采取相应措施：变形量达到预警值或接近允许值，变形量出现异常变化，建（构）筑物的裂缝或地表的裂缝快速扩大。8.监测项目的变形分析，对于较大规模的或重要的项目，宜包括下列内容；较小规模的项目，至少应包括前1-3项的内容：观测成果的可靠性，监测体的累计变形值和相邻观测周期的相对变形量分析，相关影响因素（荷载、气象和地质）的作用分析，回归分析，有限元分析。9.变形监测项目，应根据工程需要，提交下列有关资料：变形监测成果统计表，监测点位置分布图，建筑裂缝位置及观测点分布图，水平位移曲线图，等沉降曲线图（或沉降曲线图），有关荷载、温度、水平位移量相关曲线图，荷载、时间、沉降相关曲线图，位移（水平或垂直）速率、时间、位移量曲线图，变形监测报告等。四、变形观测的等级划分及精度要求第二节建筑物的沉降观测

测定建筑物、构筑物上所设观测点的高程随时间而变化的工作称为沉降观测。一、沉降观测点的布设沉降观测点应设置在能够反映建筑物、构筑物变形特征和变形明显的部位。标志应稳固、明显、结构合理，不影响建筑物、构筑物的美观和使用。点位应避开障碍物，便于观测和长期保存。工业与民用建（构）筑物沉降观测点应布设在建（构）筑物的下列部位：（1）建（构）筑物的主要墙角及沿外墙每10～15米处或每隔2～3根柱基上。（2）沉降缝、伸缩缝、新旧建（构）筑物或高低建（构）筑物接壤处的两侧。（3）人工地基和天然地基的接壤处、建（构）筑物不同结构的分界处的两侧。（4）烟囱、水塔和大型储藏罐等高耸构筑物的基础轴线的对称部位且每一构筑物不得少于4个点。（5）基础底板的四周和中部。（6）当建（构）筑物出现裂缝时布设在裂缝两侧。沉降观测标志应稳固埋设，高度以高于室内地坪（±0面）0.2～0.5米为宜,对于建筑立面后期有贴面装饰的建（构）筑物宜埋设螺旋式活动标志。二、观测方法

沉降观测的观测方法视沉降观测点的精度要求而定，观测方法有：精密水准测量、液体静力水准测量、电磁波三角高程测量等。高层建筑施工期间的沉降观测周期应每增加1～2层观测1次；建筑物封顶后应每3个月观测1次，观测一年；如果最后两个观测周期的平均沉降速率小于0.02毫米/日,可以认为整体趋于稳定,如果各点的沉降速率均小于0.02毫米/日,即可终止观测,否则应继续每3个月观测1次,直到建筑物稳定为止。工业厂房或多层民用建筑的沉降观测总次数，不应少于5次，竣工后的观测周期，可根据建（构）筑物的稳定情况确定。三、观测成果整理每次观测结束后，应检查记录中的数据和计算是否准确，精度是否合格，然后把各次观测点的高程，列入沉降观测成果表中，并计算两次观测之间的沉降量和累计沉降量，同时也要注明日期及荷重情况。为了更清楚地表示出沉降、荷重和时间三者之间的关系，可画出各观测点的荷载、沉降量、时间关系曲线图。第三节建筑物的倾斜观测

测量建筑物、构筑物倾斜率随时间而变化的工作叫倾斜观测。一般在建筑物立面上设置上下两个观测标志，上标志通常为建筑物、构筑物中心线或其墙、柱等的顶部点，下标志为与上标志相应的底部点，它们的高差为h，测出上标志与下标志间的水平距离△D，则两标志的倾斜率i

为一、倾斜观测点的布设建（构）筑物的主体倾斜观测的整体倾斜观测点宜布设在建（构）筑物竖轴线或其平行线的顶部和底部，分层倾斜观测点宜分层布设高低点。观测标志可采用固定标志、发射片或建（构）筑物的特征点。二、观测方法倾斜观测的方法有以下几种：基础差异沉降推算法前方交会法经纬仪投点法垂线法倾斜仪法激光准直法基础差异沉降推算法第四节建筑物水平位移观测

建筑物、构筑物的位置在水平方向上的变化称为水平位移，水平位移观测是测定建筑物、构筑物的平面位置随时间变化的移动量。一般先测出观测点的坐标，然后将两次观测的坐标进行比较，算得位移量δ及位移方向α。

一、水平位移观测点的布设

工业与民用建（构）筑物水平位移测量的变形观测点应布设在建（构）筑物的下列部位：建筑物的主要墙角和柱基上以及建筑沉降缝的顶部和底部，当有建筑裂缝时还应布设在裂缝的两边，大型构筑物的顶部、中部和下部。观测标志宜采用发射棱镜、发射片、照准觇标或变径垂直照准杆。二、观测方法

水平位移观测常用的方法有以下几种，水平位移观测周期应根据工程需要和场地的工程地质条件综合确定。1.交会法

用交会法进行水平位移监测时，宜采用三点交会，角交会法的交会角应在60～120°之间；边交会法的交会角应在30～150°之间，边长应采用电磁波测距。2.极坐标法3.三角形网法4.准直法有时只要求测定建筑物在某特定方向上的位移量，观测时，可在与其垂直方向上建立一条基准线，在建筑物上埋设一些观测标志，定期测量观测标志偏离基准线的距离，就可了解建筑物随时间位移的情况。在基准点上安置仪器，测定观测点方向与基准线的水平角来确定水平位移的方法称为测小角法；用拉紧的金属线构成基准线的称为引张线法；用激光准直仪的激光束构成基准线的称为激光准直法。测小角法：

第五节建筑物的裂缝观测与挠度观测

一、裂缝观测当建筑物受差异沉降或其他因素的影响，其墙、柱、梁、板等部位，可能会产生裂缝，测定建筑物上裂缝发展情况的观测工作叫裂缝观测。裂缝观测时根据裂缝分布情况，选择其代表性的位置，在裂缝两侧设置观测标志，对于较大的裂缝，应在最宽处及裂缝末端各布设一对观测标志，两侧标志的连线与裂缝走向大致垂直，用直尺、游标卡尺或其他量具定期测量两侧标志间的距离，测量建筑物表面上裂缝的长度并记录测量的日期，标志间距的增量即代表裂缝宽度的增量。也可在裂缝两侧设置的金属片标志，在标志上画竖线，若竖线错开，则表示裂缝在扩大。

对宽度不大的细长裂缝，也可在裂缝处划一跨越裂缝且垂直于裂缝的横线，定期直接在横线处测量裂缝的宽度。还可在裂缝及两侧抹一层长约20cm、宽度为4～5cm的石膏，定期观测，若石膏开裂，表示裂缝继续扩大。二、挠度观测

测定建筑物构件受力后产生弯曲变形的工作叫挠度观测。对于平置的构件，至少在两端及中间设置A、B、C三个沉降点，进行沉降观测，测得某时间段内这三点的沉降量，则可计算此构件的挠度：

对于直立的构件，至少要设置上、中、下三个位移观测点进行位移观测，利用三点的位移量可算出挠度。

第六节变形观测方法和自动化一、地面摄影测量及在变形观测中的应用

地面摄影测量是利用在地面基线两端点上的摄影机拍摄的像片对目标进行的测量。摄影测量方法有下述显著的特点：不需要接触被监测的变形体；外业工作量小，观测时间短，可获取快速变形过程，可同时确定变形体上任意点的变形；摄影影像的信息量大，利用率高，利用种类多，可以对变形前后的信息做各种后处理，通过底片可观测到变形体任一时刻的状态。目前，摄影测量的硬件和软件发展很快，像片坐标精度可达2～4μm，目标点精度可达摄影距离的十万分之一。发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量为该技术在变形监测中的应用开拓了更好的前景。变形观测的数字摄影测量基本过程如下：影像获取，用摄影经纬仪对观测目标进行摄像，获得像片后用扫描仪数字化，输入计算机得数字影像，或者用数码相机直接获得数字影像；坐标量测，借助计算机进行，量测有关标志点的坐标，分单像量测和立体量测；平差计算，建立变形体的表面数值模型。二、GPS在变形观测中的应用GPS精密定位技术不仅可以满足变形监测工作的精度要求，而且有助于监测工作的自动化与实时化。GPS技术在高层建筑物变形观测、大型桥梁变形监测、水库大坝变形观测、地表沉降观测、道路及堤岸变形监测、地质滑坡体灾害监测等方面得到广泛应用。三、三维激光扫描仪在变形观测中的应用

三维激光扫描技术是一种新型无接触式测量技术，它通过内置扫描棱镜的快速激光测距仪发射的激光进行扫描测量，不需要目标点反射棱镜而直接接收自然物表面的激光反射信号即可精确测得扫描点的三维坐标。激光扫描仪都带有丰富的后处理软件，通过测得的三维“点云”数据，可以直接生成物体表面的空间三维模型。实现了目标实体实时三维仿真模型的建立和可视化。此技术已被应用在工程建筑和变形监测方面，并将成为一种重要的变形监测方法得到广泛应用。三维激光扫描仪具有扫描速度快、精度高、安全稳定、操作方便等特点，只需一个人操作即可进行所有的测量工作。四、变形监测的自动化现代工程建筑物的规模、造型和难度对变形监测提出了更高的要求。目前，测量技术的发展使变形监测自动化成为可能并得到广泛应用，许多变形监测仪器实现了自动化观测。基于信号转换的传感技术，可以把变形监测中需要确定的距离、角度、高差、倾角等几何量及其微小变化转化为电信号，采用不同的传感器进行获取。将这些用于变形监测以及精密测量的传感器安装在伸缩仪、