第9章工业与民用建筑物变形监测ppt课件

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。
图9-13 激光垂准倾斜观测
9.4 工程实例
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；
• 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。
• 沉降观测应从基础施工开始，直至运营后沉降稳 定为止。
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。
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。
沉降观测点位设计
• 参照建筑物设计总平面图、建筑设计图及其沉降 观测规范，在建筑物主要轴线布设8个沉降观测点， 在其周围布设4个沉降观测基准点，其中直接用于 观测的基准点2个。
图9-14 沉降观测布点
沉降观测实施
• 首先对基准网进行了观测，利用普通秩亏平差获 得了基准点在其重心坐标系下的高程基准，作为 后续观测的依据。按技术设计要求及其施工进度 实施每周期观测。
多个点位的沉降过程曲线绘制在同一图中。
时间（天）
沉降量（mm）
图9-7 沉降过程曲线
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。
• 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。
工作基准点 建筑物
固定基准点
图9-1 沉降观测点位布置图
(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
沉降量的计算
dij dsij
Hij Hi
Hj i 1
j
H
j 0
vij
dij dt
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。
• 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。
图9-4 沉降观测点标志
基准网观测
• 待基准点埋设完成并砼达到一定强度后， 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。
图9-2 沉降观测基准点
(a)
(b)
(c)
图9-3 钢管加筋基准点
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。
• 预计共观测15次，若施工期间沉降速率过 大或竣工后沉降仍未趋于稳定，则按甲方 要求适当增加观测次数。
提供资料要求
• 在沉降监测过程中，施测方在每次观测时将上次 观测的成果资料提交给业主方，若发现沉降量或 沉降速度过大，则及时报告业主。
• 建筑物峻工时，施测方向业主提交沉降监测阶段 报告。
• 建筑物沉降监测工作全部完成后，及时提交沉降 监测总结报告，包括下列成果：沉降观测成果表； 沉降观测点平面布置图；沉降观测分析报告；点 位沉降过程曲线图。
• 经纬仪分别照准建筑物的顶部、底部的边 缘，向下投影。
x
( x B1
xB3 ) (x A1 2
x A3 )
y
( yB2
yB4 ) ( y A2 2
y
A4
)
e
2 x
2 y
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
基准点的布设
• 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。
• 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。
• 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0.01 mm，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。
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次、第6个月后观测1次、第9个月后观 测1次、第12个月后观测1次。
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。
• 利用经典平差方法进行数据处理，若平差结果显 示观测成果合格，则进行沉降观测成果报表。
• 当建筑物竣工验收前对前面所进行的观测进行总 结、分析，提交阶段（总结）报告。
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。
9.2 建筑基础沉降监测
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
• 基准点间应构成闭合环，并具备一定数量 的多余观测值。
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。
• 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。
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
• 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。
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
• 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。
9.3 建筑物倾斜监测
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。
• 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。
图9-6 沉降观测网
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。
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
9.1 概述
• 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。
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。
• 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。
• 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；
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。
e (xO xO )2 ( yO yO )2
• 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。
B e B′ h
i e h
A 图9-8 倾斜度示意
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。
• 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。
• 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。