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1、沉降变形观测基本理论及数据处理,中铁十八局技工学校 张辉 2012年12月22日,知识导入,变形观测的概念： 变形观测也称变形监测，用一定的测量方法和专用仪器测定工程建筑及其地基在荷重或外力作用下随时间的变化而产生空间位置变化的测量工作。 变形带来的危害： 如地震、滑坡、岩崩、地表沉陷、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。,知识导入,工程变形观测的主要内容 沉降观测 位移观测 挠度观测 裂缝观测 倾斜观测,沉降的概念,建（构）筑物在建造过程中和竣工后，由于荷载、环境等作用引起的随时间发生的垂直位移现象，称为建筑物沉降。 如果建筑物在平面的整体结构上各部分的沉降量大致相同，称为均匀沉降。否则，称为不均匀
2、沉降。 建筑物在一定时期内和一定数值范围内的均匀沉降，属于正常现象，超过一定时期和一定数值范围，或沉降不均匀，则属于异常沉降，应引起注意或采取相应的措施。,地面沉降的灾害,众所周知，工程建筑物在施工和运营期间，由于受多种主客观因素的影响会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会造成安全事故，给人民的生命财产带来巨大的损失。,据有关资料报道，我国发生地面沉降灾害的城市超过50个，最严重的是长江三角洲、华北平原和汾渭盆地。由于地面沉降，有城市甚至被预言会在几十年后消失。,大量房屋建筑和线路施工造成的“不均匀沉降”困扰着人们的出行,沉降变形观测的意义,目前沉降灾害的观
3、测与防治越来越受到全社会、全人类的普遍关注。我国遭受地面沉降灾害的城市超过50个，分布于北京、天津、河北、山西、内蒙古等20个省区市。 国务院审批同意全国地面沉降防治规划(20112020)，规划要求以长江三角洲地区、华北地区、汾渭盆地为主要目标区，最大限度地减少地面沉降灾害对经济社会造成的损失。这是中国首部地面沉降防治规划。将使地面沉降恶化趋势得到有效控制。 经过广大测量工作者和工程技术人员的长期努力，在变形监测领域取得了丰硕的理论研究成果，并发挥了实际的效益。,例如 成功预报1985年6月12日长江三峡新滩滑坡，使得灾害损失减少到最低程度，被誉为我国滑坡研究预报史上罕见的奇迹。 准确预测了
4、1996年发生的丽江大地震 为了对汶川地震引起的地形变化作出科学合理的分析评价，国家测绘局、中国地震局于2008年5月下旬至7月中旬，共同组织实施了汶川地震地形变化监测与分析工作，震中区域监测点的水平位移238厘米、沉降70厘米、隆起30厘米；龙门山断裂带西侧块体向东偏南运动，位移达20至70厘米；青藏高原珠峰地区的监测点水平和垂直方向位移量均为2至3厘米。,沉降变形观测的目的：,监视工程建筑物在各种应力作用下是否安全，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时采取措施 其成果也是验证设计理论和检验施工质量的重要资料。 预防自然灾害,客运专线沉降变形观测的必要性,客运专线高速行车要求轨道具有高平顺性
5、。 无碴轨道铺设后线下构筑物发生不均匀沉降，将导致线路维修成本的增加；当线下构筑物发生不均匀沉降超出无碴轨道扣件可调范围而无法通过扣件进行调整时，将导致不得不对线下构筑物进行维修。 线下构筑物不均匀沉降还会导致轨道板开裂，将引起轨道构件的更换或维修。 因此，客运专线无碴轨道必须严格控制线下构筑物的沉降，特别是不均匀沉降。,客运专线沉降变形观测的必要性,至今国内外均通过系统的沉降观测的实测资料来分析、预测较准确的沉降值。通过施工期系统的沉降变形动态观测,对实测沉降观测数据的分析、评估,评价地基最终沉降完成时间,验证或调整设计措施,使线下基础工程达到预定的沉降变形控制要求,推算出较准确的最终沉降量
6、和工后沉降。,施工单位是沉降变形监测的主体单位，配备变形监测所需的技术力量和仪器设备，并保持人员相对稳定，负责线下工程沉降变形观测； 参与制定沉降变形监测和评估工作的实施细则； 建立变形监测基准网； 根据建设、勘察设计及评估细则的相关要求设置变形观测点，进行观测，并及时提交观测成果数据； 负责观测设施的保护，确保施工过程中不受扰动或者破坏； 积极主动配合、支持监理、设计、评估单位工作，满足因沉降评估工作需要的其它合理工作要求。,1、 施工单位的主要职责,2、 沉降变形观测的点位,变形观测的点位分为“控制点”和“监测点”，控制点又分为“基准点”、“工作基点”。 控制点即为沉降观测的基准。 沉降观
7、测的基准：基准点、工作基点。 基准点：可利用设计提供的沿线基岩点、深埋水准点、CP、CP和二等水准点作为基准点。 工作基点：条件合适时，直接以二等水准网基准点为工作基点；观测条件不满足要求或不方便时，按国家二等水准测量要求的观测方法及精度进行加密直至满足线下工程垂直位移监测需要。 监测点：直接埋设在要测定的沉降变形体上。点位应设立在能反映沉降变形体沉降变形的特征部位。沉降变形点按路基、桥涵、隧道等各专业布点要求进行。,沉降观测点位布设示意图,基准点、工作基点埋设示意图,基准点、工作基点的规格型号必须满足设计要求，埋设要求稳固可靠，便于长期保存，不受施工干扰、深度在冻土层0.3米以下，比较稳定的
8、位置。采用顶端圆滑的28mm长60cm钢筋插入标石中，采用混凝土浇筑固定，并按顺序编号。,注：1盖；2砖；3素土；4贫混凝土；5冻土线,监测点的布设原则与形式,布设一般原则： 1）监测点的布设位置、标志规格及型号、标志的数量严格按设计要求进行埋设； 2）监测标志的埋设时间,当施工进展达到设计要求埋设监测标志的条件时,要及时埋设； 3）监测标志的埋设要稳固，被破坏的标志要及时补埋，保证监测数据的连续。 对桥梁、涵洞、隧道观测桩，各项目部应下达详细的技术交底资料到工班，并现场指导，确保埋设的正确性，不得遗漏。,布设的几种结构形式： 1）路基： 路基面沉降观测标 沉降板 剖面管 2）桥墩（台） 3）
9、梁体徐变 4）涵洞 5）隧道,例、桥梁监测点的布设,观测标的具体埋设原则如下: 1）原则上每个墩台均设置承台观测标和墩台观测标； 2）承台布置两个观测标，承台小里程左则大里程右则角上各布置一个； 3）墩台观测标的埋设，当墩台全高大于14m时（承台顶至墩台垫石顶），需要埋设两个观测标, 当墩台全高小于14m时,埋设一个墩台观测标。具体位置见下图。特殊情况可按照确保观测精度、观测方便、利于测点保护的原则，确定相应位置。根据目前的实际情况，标志露出地面被破坏的可能性较大，建议可不露出地面，隐蔽方便观测为了佳。对墩较低的桥墩，埋设的高度要能立尺且能保证标尺的垂直。,1、仪器设备、人员素质的要求 2、观
10、测时间的要求 3、观测点的要求 4、沉降观测的精度要求,3、沉降观测的基本要求,4、沉降观测的五定原则,沉降观测依据的基准点、工作基点、和被监测物的沉降观测点点位稳定； 所用仪器、设备稳定； 观测人员稳定； 观测环境和条件基本一致； 观测路线、镜位、程序和方法固定。,1）用于作业的水准仪、水准尺应按国家一、二等水准规范（GB/T 12897-2006）要求送检和自检，并在检定有效期内使用； 2）水准网的观测应按照预先制定的技术方案实施，采用单路线往返观测。 3）外业操作按国家一等水准测量的技术要求施测,限差控制按国家二等水准测量的技术要求控制。 4）仪器的各项参数及限差要求按规范要求进行设置，
11、并在数据采集时自动控制，不满足要求的现场进行提示并进行重测； 5）外业测量一条路线的往返观测使用同一仪器和同一类转点尺承，沿相同路线进行。限差控制、成果取舍按规范执行；依据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布点图，确定沉降观测点的位置。,5. 沉降变形监测方法与要求,6）观测顺序为：往测 奇数站为后-前-前-后， 偶数站为前-后-后-前； 返测 奇数站为前-后-后-前， 偶数站为后-前-前-后； 7）每一测段均为偶数站，观测时应仪器应避免阳光直射（打伞），标尺应保持垂直且稳定（使用2.5以上尺台和扶杆）； 8）数据处理时，各项限差均应满足规范要求后进行严密平差计算，平差计算软件必须经鉴
12、定合格并准许使用。观测时，视线长度50m，前后视距差1.5 m，前后视距累积差6.0 m，视线高度0.5m，测站限差：两次读数差0.4mm，两次所测高差之差0.6 mm，检测间歇点高差之差1.0 mm，观测读数和记录的数字取位：使用数字水准仪读记至0.01mm。,6观测路线示意图,7桥梁墩台沉降观测频率,表4.2.3-2 桥梁墩台沉降观测频率表,8、沉降变形监测易出现的问题及处理方法,1、基准点、工作基点、监测点：由于各种原因造成基准点、工作基点、监测点破坏无法观测，对基准点、工作基点应选择便于长期保存稳定的位置，对已破坏的点要及时恢复并进行联测，要加强现场巡视检查，监测点被破坏要及时发现并补
13、埋，及时观测，若发现及时累计沉降量可以传递，否则将导致中断。 2、沉降曲线首次观测后即出现大幅回升：主要是由于初测成果精度低，误差大引起，若能判定首期成果确实存在问题，可以作废，采用第二次成果作为初测值。,3、沉降曲线在中间某点突然回升：产生的原因可能是水准点被碰动或立尺时尺底不干净所致，应分析原因及时重测。 4、沉降曲线自某点起渐渐回升：这种现象一般是由于水准点下沉所致，当水准点下沉量大于监测点下沉量，曲线就会发生回升。水准点要尽可能稳定，如果明确是水准点下沉造成曲线回升，应及时对水准点进行联，并对监测点成果进行修正。 5、沉降曲线波浪起伏：这种现象应出现在监测后期，当结构物趋于稳定，变形量
14、较小时，由于测量误差大于结构物的沉降量，曲线就形成波浪起伏，只有严格操作规程，提高测量精度。,9、 原始数据的采集,1）天宝DINI电子水准仪原始数据格式为*.DAT文件,2) 徕卡电子水准仪原始数据格式为*GSI格式文件,数据格式转换,3）对采集的原始数据要转换成国家一、二等水准规范要求的格式,10、 沉降观测平差计算,1）使用（统一）合法的平差计算软件对每个区段每期观测的结果进行严密平差计算,各项精度指标均满足规范要求后,编制本区段本期观测的所有监测点的高程成果表。 2）对本期高程成果与首次值与上期成果进行比较，计算本次沉降量和累计沉降量。 3）水准网平差计算应计算的精度指标有：标段往返测
15、不符值；区段累计不符值；路线闭合差；高程中误差；当区段测段数大于20个时，计算每公偶然中误差，若某区段测段数不足20个时，可合并多个区段（连续的）联合计算每公偶然中误差。全部精度指标满足规范要求计算的高程成果才能用于计算当期沉降量和累计沉降量，若某个精度指标超限，必须进行重测或补测，特别是路线闭合差超限时，要检查观测数据的正确性，若观测数据的正确，则要对工作基点进行检校，连至稳定的工作基点重新平差计算。路线闭合差没有超限，但误差较大时，要分析监测点的沉降趋势，若明显不合理则同样要对工作基点进行检校，连至稳定的工作基点重新平差计算。,11、 监测资料整编,沉降监测资料包括： 原始数据 转换格式后数据 高程网平差计算资料 高程点成果表 高差表及沉降量计算表 其他附属资料,
