建筑物变形观测

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1、建筑物变形观测与动态位移监测3.1变形概述建筑物在工程建设和使用过程中，由于基础的地质结构不均匀，土壤的物理 性质不同，土基的塑性变形，地下水位的变化，大气温度的变化，建筑物本身的 荷重（如风力，震动等）的作用，会导致工程建筑物随时间的推移发生沉降，位 移，扰曲，倾斜及裂缝等现象。这些现象统称为变形。工程建筑物的变形，按其类型可以分为：静态变形和动态变形.静态变形通 常是指变形观测的结果只表示在某一时期内的变形值，也就是说，它只是时间的 函数；动态变形是指在外力影响下而产生的变形，故它是以外力为函数来表示的 动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某一时刻的瞬时变形.变 形按时间长短可

2、分为：长周期变形（建筑物自重引起的沉降和变形），短周期变 形（温度变化引起的变形）。按研究的范围可以分为：全局性变形，区域性变形， 局域性变形。按成因可以分为：人工干预变形，自然原因变形，综合原因变形。 3.2变形观测概述3.2.1. 变形观测所谓变形观测，是用测量仪器或者专用仪器测定建筑物及地基建筑物在荷载 和外力作用下随时间变形的工作.通过变形观测，可以检查、各种工程建筑物和 地质构造的稳定性，及时发现问题，确保质量和使用安全；更好的了解变形的机 理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的预报变形的理论和 方法；以及对某种新结构，新材料，新工艺的性能做出科学的客观的评价。变形观

3、测属于安全监测。变形观测有内部观测和外部观测两方面。内部观测 内容由建（构）筑物的内部应力，温度变化的测量，动力特征及其速度的测定等， 一般不由测量工作者完成。内部观测与外部观测之间有着密切的联系，应同时进 行，以便互相验证和补充。外部观测的内容主要有沉降观测，位移观测，倾斜观测，裂缝观测和扰度观 测等.1、沉降观测它是指建筑物及其基础在垂直方向上的变形（也称垂直位移）.沉降观测就是 测定建筑物上所设观测点（沉降点）与基准点（水准点）之间随时间的变化的高差 变化量.通常采用精密水准测量或液体静力水准测量的方法进行.2、水平位移观测它是指建筑物在水平面内的变形，其表现形式为在不同时期平面坐标或距

4、离 的变化.建筑物水平位移观测是测定建筑物在平面位置上随时间变化的移动量. 测定水平位移的方法很多，有常规的地面控制测量方法，如导线，前方交会法等； 也有各专用方法，如基准线法，正、倒垂线法等3、倾斜位移观测它是指建筑物因为地基的不均匀沉降或其他原因造成的.建筑物倾斜位移分 为两类:一类表现为以不均匀的水平位移为主；另一类则表现为以不均匀的沉降 为主.倾斜观测是用经纬仪，水准仪或其他专用仪器测量建筑物的倾斜随时间变 化的工作.对于上述两种倾斜一般采用不同的观测方法，前者可采用先测出水平 位移然后计算倾斜的方法，即所谓的“直接法”；后者可通过测量建筑物基础相 对沉降的方法进行测定，即先测出沉降后

5、计算倾斜的方法，也就是所谓的“间接 法”.4、裂缝观测它是指建筑物基础的不均匀沉降，温度的变化和外界各种荷载的作用，使得 建筑物内部的应力大大超过了允许的限度，使得建筑物的结构产生裂缝。测定建 筑物裂缝发展情况的观测工作即为裂缝观测。5、扰度观测在建筑物垂直面上，各个不同高程点相对于底点不同的水平位移，称为扰度。 所进行的观测称为扰度观测。变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期 间的变化量，而为了求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置.变形观测的内容，应根据建筑物的性质与地基情况来决定.要求有明确的针 对性，既要作全面的考虑，以便能正确反映出建筑物的变

6、化情况，达到监视建筑 物的安全运营，了解其变形规律之目的.3.2.2. 变形观测的特点与一般的测量工作相比，变形观测具有以下几个特点：(1) 观测的精度要求高由于变形观测的结果直接关系到建筑物的安全，影响对变形原因的分析和变 形规律的正确分析，和其他测量工作相比较，变形观测必须具有很高的精度。典 型的变形观测精度要求是1mm或者相对精度1X10-。因此，根据变形观测的目 的不同，确定合理的观测精度和观测方法，优化观测方案，选择测量仪器是实施 变形观测的前提。(2) 需要重复观测建筑物由于各种原因产生的变形都有时间效应，计算其变形最简单，最基本 的方法是计算建筑物上同一点在不同时间的坐标差和高程

7、差。这就要求变形观测 必须依一定的时间周期重复观测，时间跨度较大。重复观测的周期取决于变形观 测的目的，预计的变形量的大小和速度。(3) 要求采用严密的数据处理方法建筑物的变形一般都比较小，有时甚至与观测精度处在同一个数量级；同时， 大量重复观测使原始数据增多。要求从不同时期的大量数据中，精确确定变形信 息，必须采用严密的数据处理方法 3.2.3 .变形观测的基本方法变形观测方法可以分为四类.第一类：常规大地测量方法，包括几何水准测量，三角高程测量，三角(边)测 量，导线测量，交会法等.这类方法的测量精度高，应用灵活，适用于不同变形体和 不同的工作环境，但野外工作量大,不易实现自动和连续监测.

8、第二类:摄影测量方法：包括近景摄影测量.它可以同时测量许多点子，作大 面积的复测，尤其适用于动态式的变形观测，外业简单且精度较底.第三类:专门测量方法，或称物理仪器法，包括各种准直测量(激光准直系统 具有代表性)，倾斜仪观测，流体静力水准测量系统及应变计测量.用专门测量手 段的最大特点是容易实现连续自动监测及遥测，且相对精度高，但测量范围不大, 提供的是局部变形的信息.第四类：空间测量技术：包括甚长基线干涉测量(VLBI),卫星激光测距,全球 定位系统(GPS)等.空间测量技术先进，可以提供大范围的变形信息，是研究地壳 变形及地表下沉等全球性变形的主要手段.工程建筑物变形观测的基本方法，要根据

9、建筑物的变形性质，使用情况，观测 精度,周围的环境以及对观测的要求来选定.在实际变形观测方案时应综合考虑 各种测量方法的应用,互相取长补短.3.2.4.变形观测系统建筑物变形观测的实质是定期的对建筑物的有关几何量进行测量,并从中 整理分析出变形规律.其基本原理是:在建筑物上选择一定数量的有代表性的点， 通过对这些点的重复观测求出几何量的变化.变形观测的测量点可分为基准点，工作点和观测点三类.1、基准点：由于测点的位置是变化的，为了求出这种变化，从理论上讲，必须 有一定数量的位置固定或者变化甚小的点称为基准点.以作为分析比较变形量的 依据.基准点通常埋设在比较稳固的基岩上或变形范围以外，尽可能稳

10、固并便于 长期保存.2、工作点:直接利用基准点是比较困难的或是不合理的.这时，就要利用一些 介于观测点和基准点之间的过渡点，称为工作点.它一般埋设在被观测对象附近, 要求在观测期间内保持不动.3、观测点:位于建筑物上的能够反映建筑物变形，并作为照准标志的点，称为 观测点.一般的，由基准点,工作点，观测点组成的观测系统叫做变形观测系统.4. 建筑物变形观测的精度和频率4.1变形观测的精度变形观测的精度要求，取决于该工程建筑物预计的允许变形值的大小和进行 观测的目的.如果观测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，则其观测的中午差应该小于允许值的1/101/20 ；如果观测的

11、目的 是为了研究其变形的过程，则其中误差应该比这个数值小的多，实际上由于工程 建设项目种类很多，工程复杂程度不同，观测周期不一样，所以对变形观测的精 度要求顶出同意规格是很困难的.（一）.按允许变形值求的观测中误差建筑物的允许值大多是由设计单位提供的，一般可直接应用.设允许误差为容，观测中误差m二容/10容/20的原则.例如：假定某建筑物高为H=30m：允许倾斜角a =4%。.当为了监视建筑物安 全时，则顶部容许偏移位移量可按下式计算： =a XH=4/1000X30=120mm.倾余容中误差m X1/20X1/3=2mm（根据使用仪器和观测目的）相对位 移来说，由于倾倾斜是沉降和平移共同影响

12、的结果:m =m /1.414= 1.43mm（二） .建筑物沉降观测的精度指标移倾实践经验证明，沉降量观测的最大误差，应该为差异沉降最大容许值的1/10,而差异沉降最大容许值可按下式计算：6=2L/1000（L为两个相邻沉降点的间距）沉降量的中误差，一般掌握在二土最端左右.（三）.沉降观测点高程中误差m的确定如图所示，L为观测点的距离，6 |和6分别为倾斜的两端观测点的沉降量.则相对倾斜k为：k= （6 1-6 2） /L，2化为中误差形式为：12St观;精度寤时：2m =Lm /1.4146k又因为系同一观测点相邻两次观测的高程之差：6 =H2-H1所以：mH= 土m&/1.414 则有:

13、m = 土 Lm/22 1 H 4.2观测的频率 H K观测的频率决定于变形值的大小和变形速度，以及观测的目的.通常需要观 测的次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻.工程建筑物在施工过程 中，频率应该大一些，一般有一个月，两个月，三个月，半年及一年等不同的周 期.在施工期间也可能按荷载增加的过程中进行观测，即从观测点埋设稳定后进 行第一次观测，当荷载增加到25%时观测一次，以后每增加15%观测一次.竣工 后，一般第一年观测四次，第二年观测两次，以后每年观测一次.在掌握了一定 规律之后，可以减少观测次数.出现特殊情况的前后要进行紧急观测.5. 变形观测平面控制网的建立1. 大型工程建筑物

14、由于本身的自重，混凝土的收缩，土料的沉陷及温度变换等原 因，将使得建筑物本身产生平面位置的相对位移；如果工程建筑物建造在地基处 于滑坡地带，或受地震影响，当基础受到水平方向的应力作用时，将产生建筑物 的整体移动，即：绝对移动。相对位移观测的目的是为了监视建筑物的安全，绝 对位移观测的目的，不仅是监视建筑物的安全而且更重要的是为了研究整体变形 的过程和原因，这都对水平面控制网有严格的要求.进行变形观测的平面控制网，大都是小型，专用的，高精度的变形观测控制网. 这种网通常由三种点，两种等级的网组成：(1) .基准点通常埋设在比较稳定的基岩上或变形影响范围之外尽可能长期 保存，稳定不动.(2) .工

15、作点一一是基准工作点和变形观测点之间的联系点.工作点与基点构成 变形观测的首级网，用来测量工作点相对于基准点的变形量，由于这种变形量较 小，所以要求观测的精度高，复测间隔时间长.(3) .变形观测点一一即变形点或者观测点，它埋在建筑物上和建筑物构成一个 整体一起移动.变形观测点与工作点组成二级网，次级网用来测量观测点相对于 工作点的变形量，由于这种变形量相对前种变形量较大，所以次级网复测的间隔 时间短.经常检查观测点的坐标变化来反映建筑物空间位移的变化.2. 建立平面控制网的原则由于变形观测控制网是范围小，精度高的专用控制网，所以在进行设计，布 网和观测时，应该考虑以下几个原则：(1) .测网

16、应该为独立控制网.在测量控制网的分级布网与逐级控制中，高级控制 点要作为次级控制望的起事数据，一般认为起事数据误差相对于本级网的测量误 差来说是比较小的，例如在工程测量技术规范中规定三、四等三角测量的起事边 相对误差与测量相对误差的比率取1： 1.414。但是对于要求精度较高的变形观 测控制网来说，含有这样大的起事数据误差，即使观测精度在高，采取的平差方 法再严密，也是不能达到预期的精度要求的.因此，变形观测网应该是独立控制 网.(2) .变形观测控制点的埋设，应该以工程和地质条件为依据，因地制宜地进行. 埋设的位置最好能选在沉降影响范围之外，且要深埋.尤其是基准点一定要这样 做。对于变形观测的工作点，也应该设法予以检测，以监视其位置的