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1、毕业设计建筑物变形观测摘要建筑物的变形观测是工程测量中的重要组成部分。随着我国社会 主义经济建设步伐的快速发展，高层建筑物、工业建筑物等工程设施的兴 建，建筑物的建设和完工运营的过程中，都会产生一定量的变形。这种变 形超过一定限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时可能会危及建筑物 和人身的安全。因此，在建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行监测。 本文首先介绍了变形监测的基本知识，论述了建筑物的监测内容包括沉降 监测、建筑物主体的倾斜度监测； 接着简要描述了产生变形的原因、高 程系统的选择、变形监测工程的测量方法、布网方案，研究了该变形监测 的数据处理方案； 最终得出了沉降分析并绘制出了载荷一
2、时间一沉降曲 线图。通过该高层建筑的变形监测的研究，目的是为了保障建筑物的施工 与竣工后的使用安全，体现出高层建筑在建设和使用过程中变形监测的重 要性，为建筑物的安全提供了必要的评估数据。在校期间我们学习了变形测量的原理与方法这门课程，对此我非 常感兴趣，希望以后可以多从事此类工作。在毕业实习期间从事了建筑物 变形监测的测量任务，再结合本人在学校学习的专业知识，通过实习对变 形监测的设计、方法、理论以及施测的全过程、数据的平差计算与整理有 一定经验积累，为了更好的把在课堂上学到的知识与实际相结合，为以后 参加此类工作打好基础，我选择了这一毕业设计题目。1.2选题目的人类社会的进步和国民经济的发
3、展，加快了工程建设的 进程，并且对现代建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。与此同 时，变形监测工作的意义更加重要。众所周知，工程建筑物在施工和运营 阶段，由于受到多种主观与客观因素的影响，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，严重时还会危及建筑物的安 全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和施工运 营期间采用了一定的安全系数，使其安全承受所考虑的多种外荷载影响， 但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全的考虑施工 质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因 素，因此为了掌握建筑物、构筑物在修建中和竣工后的变
4、形情况，正确指 导施工，保证工程质量，检验工程设计的正确性和利于建筑物、构筑物的 安全使用，对指定建筑物、构筑物进行变形观测是非常必要。1.3高层测区概况大连市位于北半球的暖温带地区，具有海洋性特点 的暖温带大陆性季风气候，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明。年平均气温 10.5C，极端气温最高37.8C，最低T9.13C。年降水量550-950毫米， 全年日照总时数为2500-2800小时。大连市区的地质结构山地丘陵多，平原低地少，整个地形为北高南低， 北宽南窄；地势由中央轴部向东南和西北两侧的黄、渤海倾斜，面向黄 海一侧长而缓。长白山系千山山脉余脉纵贯本区，绝大部分为山地及久经 剥蚀而成的低缓丘
5、陵，平原低地仅零星分布在河流入海处及一些山间谷 地；岩溶地形随处可见，喀斯特地貌和海蚀地貌比较发育。玫瑰东方小区二期位于辽宁省大连市沙河口区，五一桥的东面，太原 街的西面，沿河街的背面，五一路的南面。由8栋高层（1栋32层、1栋 21层、2栋31层、4栋30层）和2栋11层小高层组成，占地面积43528 平方米，建筑面积161053平方米。1.4引起建筑物变形的原因建筑物变形的客观原因主要有：建筑物的 自重、使用中的动荷载、振动或风力等因素引起的附加荷载，建筑物的结 构形式，地下水位的升降和它对基础的侵蚀作用，地基土在荷载与地下水位变化影响下产生的各种工程地质现象，温度的变化，建筑物附近新工程
6、 对地基的扰动等。建筑物变形的主观原因主要有：地质勘探不充分与结果不准确，设计 错误，施工质量差，施工方法不当等。1. 自然条件及其变化而引起建筑物变形。建筑物地基的工程地质条件、 水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度等因素引起建筑物变形。2. 建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载(如风力大小、 振动强弱)等引起建筑物变形。3. 由于建筑物施工或使用期间一些工作做得不合理，或由于周围环境 影响而产生的变形。1.5执行的标准和规范与坐标系统的选择执行的标准和规范建筑变 形测量规程(JGJ/T8-07)中华人民共和国建设部。地面沉降水准测量规范(DZ/T0154-95)中华人民共和国地
7、质矿 产部。2变形监测的内容与方法变形监测是自然界普遍存在的现象，它是指 变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变 化。变形体在一定范围内是被应允的，但是超过了允许值，则可能会发生 自然或人为灾害，带来巨大的人员与财产损失。自然界的变形危害现象很 普遍，如地震、滑坡、崩塌、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物 的倒塌等1。所谓的变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现 象进行监视观测的工作。其任务是确定在各种载荷的外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状体和时间特征。变形监测工作是人们通 过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。变形体的
8、范畴可以大到整个地球，小到一个工程建筑构体，它包括自 认和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分 为三类： 第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地 球自转速率的变化、地潮等； 第二类：区域性变形研究，如地壳形变 监测、城市地面沉降等； 第三类：工程和局部形变研究，如监测工程 建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。在精密工程测量中，最具有代表性的变形体有大坝、桥梁、矿区、高 层建筑物、防护堤边坡、隧道、地铁、地表沉降等2。2.1变形监测的内容变形监测的内容，应根据变形体的性质与地基情 况来定。要求有明确的针对性，既要有重点，又要做全面
9、考虑，以便能正 确地反映出变形体的变化情况，达到监视变形体的安全、了解其变形规律 的目的。例如：1.工业与民用建筑物：主要包括基础的沉降观测与建筑 物本身的变形监测。就其基础面而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉降 与不均匀沉降。对建筑物本身来说，则主要是观测倾斜和裂缝。对于高层 和高耸建筑物，还应对其动态变形（主要为振动的幅值、频率和扭转）进 行观测。对于工业企业、科学实验设施与军事设施中的各种工艺设备、导 轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。3. 地面沉降：对于建立在江河下游冲击层上的城市，由于工业水需要 大量开采地下水，而影响地下土层的结构，使地面发生沉降现象。对于地 下采矿地区，由
10、于大量的采掘，也会使地表发生沉降现象。在这种沉降现 象严重的城市地区，暴雨以后发生大面积积水，影响仓库的使用与居民的 生活。有时甚至造成地下管线的破坏，危机建筑物的安全。因此，必须定 期进行变形监测，掌握沉降与回升规律，以便采取防护措施。对于这些地 区主要应进行地表沉降观测。2.2变形监测的目的人类社会的进步和国民经济的发展，加快了工程 建设的进程，并且对现代建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。 与此同时，变形监测工作的意义更加重要。众所周知，工程建筑物在施工 和运营阶段，由于受到多种主观与客观因素的影响，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，严重时还会危及建
11、筑 物的安全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和 施工运营期间采用了一定的安全系数，使其安全承受所考虑的多种外荷载 影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全所考 虑的施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利 的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。以大坝为例，法国 67m高的玛尔巴塞拱坝1959年垮塌；意大利262m高的瓦伊昂拱坝1963因库岸大滑坡导致涌浪翻坝且水库淤满失效；我国板桥和石漫滩两座水 库的土坝因1975年洪水漫坝事故等等。可见，保证工程建筑物安全是一 个十分重要而且很现实的问题。为此，变形监测的首要目的是要掌握变
12、形 体的实际性状，为判断其安全提供必要信息。2.1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾害损失 减少到了最低限度。它不仅使滑坡区内457户1371人在活泼前夕全部安 全撤离，无一伤亡，而且使正在险区长江上下游航行的11艘客货轮船及 时避险，免遭灾害。为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我国滑 坡预报研究史上的奇迹。3. 隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪 峰中所发挥的巨大作用，确保了安全度汛，避免了荆江大堤灾难性分洪。变形监测所研究的理论和方法主要涉及到这样3个方面的内容：变形 信息的获取、变形信息的分析与解释以及变形预报。其研究领域成果对预
13、报自然灾害及了解变形机理是极为重要的。对于工程建筑物，变形监测除 了作为判断其安全的耳目之外，还是检验设计施工的重要手段。总而言之，变形监测的工作的意义重点表现在两个方面，首先是使用 上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提 供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施； 其次是科学上的意义， 包空更好的理解机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行 反馈设计以及建立有效的变形预报模型。2.3变形监测技术及其发展纵观国内外数10年变形监测技术的发展 历程，传统的地表变形监测方法主要采用是大地测量法和近景摄影测量法。常规地面测量方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器
14、的广泛使 用，尤其是全自动跟踪全站仪，有时也称为测量机器人，为局部工程变形 的自动监测或室内监测提供了一种良好的技术手段，它可进行一定范围内 无人值守、全天候、全方位的自动监测。实际工程试验表明，测量机器人 监测精度可以达到亚mm级。目前，在美国加州南部的一个新水库已安装 了由8个永久性RTS和218个棱镜组成的地面自动监测系统。但是，TPS 最大的缺陷就是受测程限制，测站点一般都处在变形区域的范围内。地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早，但是由于摄影距离 不能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于 高塔、烟囱、边坡体等变形监测。近几年发展起来的数字摄影测量和实时
15、摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。光、机、电技术的发展，研制出了一些特殊和专用于变形的自动监测， 它包空应变测量、准直测量和倾斜测量。GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在越来越多的领域取 代了常规光学和电子测量仪器。自从20世纪80年代以来，尤其是进入 90年代后，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术的相结合，在空间定 位技术方面引起了革命性的变化2。2.4变形观测方法的选择变形测量方法的选择则取决于变形体的特征、 变形监测的目的、变形体的大小和变形速度等因素。在全球性变形监测方 面，空间大地测量是最基本、最适用的技术；在区域性变形监测方面，GPS已成为主要的
16、技术手段，另外近几年发展起来的空间对地观测遥感新 技术一一合成孔径雷达干涉测量(InSAR， InterferometricSyntheticApertureRadar)，在监测地震变形、火山地表 移动、冰川漂移、地表沉降、山体滑坡等方面，其试验成果的精度已可达 厘米或毫米级，表现出了很强的技术优势，但精密水准测量依然是高精度 高程信息获取的主要方法；在工程和局部性变形监测方面，地面常规测 量技术、地面摄影测量技术、特殊和专用的测量手段、以及以 GPS(GlobalPoitioningSytem)为主的空间定位技术等均得到了较好的应用。表2.4变形观测方法类别监测方法水平位移监测三角形网、极坐标法、 交会法、GPS测量、正倒垂线法、视准线法、引张线法、激光准直法、精 密测距、伸缩仪法、多点位移计、倾斜仪等垂直位移监测水准测量、液体 静力水准测量、电磁波测距三角高程测量等三维位移监测全站仪自动跟踪 测量法、卫星实时定
