变形观测与数据处理论文

变形观测与数据处理论文
题目：土木工程变形监测研究现状
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专业：测绘工程
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指导教师：
完成日期：2012/12/27
摘要
变形监测是工程施工、安全运行的保证,通过监测进行设计验证,可以达到优化设计的效果,同时也为工程变形预测预报提供依据。

根据我国目前已有监测方法,分析了桥梁、大坝、高层建筑物、地下建筑物、滑坡体等变形监测的研究现状,并对今后有待于进一步开展的工作做了展望。

关键词土木工程变形监测现状
1问题的提出
变形监测的对象时多种多样的，变形体的范围大到整个地球，小到一个工程建筑物的块体。

也就是说一切关系到人们生活的实物对象都可以成为变形监测的对象，而同一类型的对象，其产生变形的原因不同，则变形分布及其规律也不相同。

所以，在变形监测实施之前，必须弄清楚产生变形的原因，才能布设检测控制网，观测得到可靠的变形数据和正确的变形分析结果。

本文将对国内近几年来工程监测的方法及其相关问题作综合性的阐述。

2基坑工程变形测量
我国城市化进程正在方兴未艾，基本建设规模庞大。

由于城市用地价格昂贵，为提高土地的空间利用率，同时也是为了满足高层建筑抗震和抗风等结构要求,地下室由一层发展到多层，相应的基坑开挖深度也从地表以下5-6m增大到12-13m。

例如，北京中国国家大剧院基坑最深处在35m。

当前，中国的深基坑工程在数量、开挖深度、平面尺寸以及使用领域等方面都得到高速的发展。

在深基坑开挖过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载并导致围护结构和土体的变形，当变形中任一量值超过容许范围时，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境造成不利影响。

深基坑开挖工程往往在建筑密集的市中心，施工场地四周有建筑物和地下管线，基坑开挖所引起的土体变形将在一定程度上改变这些建筑
物和地下管线的正常状态，当土体变形过大时，会造成邻近结构和设施的失效或破坏。

同时，基坑相邻的建筑物又相当于较重的集中荷载，基坑周围的管线常引起地表水的渗漏，这些因素又是导致土体变形加剧的原因。

因此，在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，在出现异常情况时及时反馈，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计参数。

为了确保基坑工程及邻域内建筑物的安全，近年来相继颁布实施了一些行业标准或地方规程，如《中华人民共和国行业标准·建筑基坑工程技术规范YB9258-97》、《中华人民共和国行业标准·建筑基坑支护技术规程JGJ120-99》、《上海基坑工程设计规程》、《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》等。

这些行业标准或地方规程都对现场监测作了具体规定，将其作为基坑工程施工中必不可少的组成部分。

上海工程建设规范《地基基础设计规范DCJ08-11-1999》亦将基坑工程监测要点编入其中。

经过多年的实践，实施基坑工程监测不仅已成为市政建设管理部门强制性指令措施，同时亦被业主、监理、设计和施工等工程有关各方单位认真执行。

基坑监测数据必须是可靠真实的，数据的可靠性由测试元件安装或埋设的可靠性、监测仪器的精度以及监测人员的素质来保证。

监测数据真实性要求所有数据必须以原始记录为依据，原始记录任何人不得更改、删除。

因为基坑开挖是一个动态的施工过程，只有保证及时监测，才能有利于及时发现隐患，及时采取措施，所以，监测数据必须是及时的。

监测数据需在现场及时计算处理，计算有问题可及时复测，尽量做到当天报表当天出。

3桥梁变形监测
大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥自20世纪90年代初期以来在我国如雨后春笋般的发展。

这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱高,主跨段具有柔性特性。

在这类桥梁的施工测量中,人们已针对动态施工测量作了一些研究并取得了一些经验。

在竣工通车运营期间,如何针对它们的柔性结构与动态特性进行监测也是人们十分关心的另一问题。

尽管目前有些桥梁已建立了了解结构内部物理量的变化的“桥梁健康系统”,它对于了解桥梁结构内力的变化、分析变形原因无疑有着十分重要的作用。

然而,要真正达到桥梁安全监测之目的,了解桥梁的变化情况,还必须及时测定它们几何量的变化及大小。

因此,在建立“桥梁健康系统”的同时,研究采用大地测量原理和各种专用的工程测量仪器和方法建立大跨度桥梁的监测系统也是十分必要的。

方法与成果精度：
1）GPS定位系统测量平面基准网为了满足变形观测的技术要求,考虑到基准网边长相差悬殊,对基准网边长相对精度应达到不低于1/120000和边长误差小于±5mm的双控精度指标；由于工作基点多位于大桥桥面,它们与基准点之间难以全部通视,可采用GPS定位系统施测。

为了在观测期间不中断交通,且避开车辆通行引起仪器的抖动和干扰GPS接收机的信号接收,对设置在桥面工作基点的观测时段应安排在夜间作业,尽可能使其符合静态作业条件以提高观测精度。

2）精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测高程基准网与桥面沉陷观测均按照“国家一、二等水准测量规范”的二等技术规定要求实施。

并将垂直位移基准网点、桥面沉陷点、过江水准线路之间构组成多个环线。

高程基准网的观测
采用精密水准仪；高程基准网中的过江水准测量,可采用三角高程测量方法，用2台精密全站仪同时对向观测。

3）全站仪坐标法观测横向水平位移众所周知,直线型建筑物的水平位移常采用基准线法观测,它的实质测定垂直于基准线方向的偏离值。

为充分发挥现代全站仪的优点,桥面水平位移观测可采用类似基准线法原理的坐标法,以直接测定观测点的横坐标。

武汉长江二桥采用该法观测横向水平位移，根据对全桥136个观测点的结果进行了统计分析,在未顾及视线长度不等对Ｙ坐标的精度影响的条件下,求得Ｙ坐标的精度为±0.48mm,远高于桥梁监测技术中的精度要求(±3mm)。

4) 智能型全站仪(测量机器人)测定高塔柱的摆动塔柱摆动可观测采用当代最先进的智能型全站仪TCA2003,其标称精度为0.5″,±(1mm+1×10-6D)。

它可以实现自动寻找和精确照准目标,自动测定测站点至目标点的距离、水平方向值和天顶距,计算出3维坐标并记录在内置模块或计算机内。

由于它不需要人工照准、读数、计算,有利于消除人差的影响、减少记录计算出错的几率,特别是在夜间也不需要给标志照明。

该仪器每次观测记录一个目标点不超过7ｓ,每点观测4测回也仅30ｓ。

一周期观测10个点以内一般不会超过5 min，其观测速度之快是人工无法比拟的。

4工程建筑物变形监测
建筑物的变形按时间长短分为：长周期变形---由于建筑物自重引起的沉降和倾斜等；短周期变形---由于温度的变化（如日照）所引起的建筑物变形等；瞬时变形---由于风震动引起高大建筑物的变形等；在高层建筑物变形监测中，除了要监测建筑物在某一期间内的静态变形值，如定期沉降监测值，还要监测建筑物在某瞬间的动态变形，如风振引起的变形。

水平位移监测是建筑物变形监测的另一项重要内容，它比沉降观测要困难，精度要求也高。

监测点的水平位移观测有多种方法，最常见的有角度交会法、极坐标法、导线法、视准线法和引张线法等，应根据条件选用适当的方法。

建筑物由于受不均匀沉降、地基处理不当、地标和建筑物相对滑动和设计问题等影响，而导致局部出现过大的拉应力，以及混凝土受浇灌、护养、水温或其他外界因素的影响，墙体均会产生裂缝。

建筑物的倾斜允许值与结构体系、结构材料、构件的连接结构、建筑物的使用、荷载和自振周期有关。

所以建筑物的允许倾斜应按地区不同而有所区别，对上海软土地及建筑，其允许变形量可为50~60cm，这对建筑物的建筑物的结构无太大影响。

但北京一般为第四季土层上的建筑，其允许沉降量为8~10cm，否则就可能产生裂缝。

当在建筑物中发现裂缝现象，为了观察其现状和变化，应对其进行监测。

5大坝变形观测
扰度的观测方法主要是利用铅垂线进行的，将铅垂线的一端固定在坝顶附近或基岩深处，另一端悬挂重锤或安装浮子，以保持垂线始终处于铅直状态，沿铅垂线不同高程设置测点，然后借助于垂涎仪器测量出各测点与铅垂线之间的距离，最后计算出扰度。

由于扰度观测借用了铅垂线，所以也称为垂线观测。

当垂涎的顶端固定在坝顶或坝体时成为正垂线，而当垂线的低端固定在基岩深处时称为倒垂线或反垂线。

扰度观测方式有如下两种。

（1）多点观测站法。

多点观测站法适用于正垂线和倒垂线观测。

（2）多点支持点法。

此法一般用于正垂线，将观测仪器安置在垂线的最低点处，而在各个高程的测点处埋设垂线支持装置，观测时把垂线夹在各个支持点上，所。