基坑变形监测毕业设计Word格式文档下载.docx

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实用上的意义主要是检查各种工程建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题，以便采取措施。

科学上的意义包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论，以及建立正确的预报变形的理论和方法。

1.2变形监测的特点

与工程建设中的测图与施工测量相比，变形监测有很多自身特点，有以下几点：

1.精度要求：

与其他测量工作相比，变形监测的精度要求高，典型的精度要求在1mm。

一般来说，如果变形监测是为了是变形值不超过某一允许的数值，以确保建筑的安全，则其观测的误差小于允许值的1/10~1/20;

如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面的数值小的多，甚至应采用目前测量手段和仪器发所能达到的最高精度。

2．重复观测：

众所周知，一般城市测量控制网，改造或补充一些点时，一般不再重复观测。

而用于变形监测的网则必须相隔一定时间进行重复观测。

只有重复观测，才能从坐标或高程值的变经中发现变形。

3．严密地进行数据处理：

一些变形体的变形大都较小，有的与测量误差有相同的数量级，故要采取一些方法从含有观测误差的观测值中分离出变形信息。

4．多学科的配合：

变形测量工作不仅需要测绘学，尚需要土木工程和土力学及岩石力学等方面的知识。

5．责任重大：

变形观测责任重大，它需要一丝不苟地认真工作。

由于变形量都是微观变化，更应从带有观测误差的观测值中，找出变形规律的蛛丝马迹，及时正确预报危害变形，使人们避免灾害，减少损失。

1.3变形监测的内容

变形观测的内容，应根据建筑物的性质与地基情况来定。

要求有明确的针对性，既要有重点，又要作全面考虑，以便能正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营、了解其变形规律之目的。

例如：

1、工业与民用建筑物：

对于基础而言，主要观测内容是均匀沉陷与不均匀沉陷，从而计算绝对沉陷值、平均沉陷值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉陷速度以及绘制沉陷分布图。

对于建筑物本身来说，则主要是倾斜与裂缝观测。

对于工业企业、科学试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。

对于高大的塔式建筑物和高层房屋，还应观测其瞬时变形，可逆变形和扭转（即动态变形）。

2、土工建筑物：

以土坝为例，其观测项目主要为水平位移、垂直位移、渗透（浸润线）以及裂缝观测。

3、钢筋混凝土建筑物：

以混凝土重力坝为例，其主要观测项目为垂直位移（从而可以求得基础与坝体地转动）、水平位移（从而可以求得坝体的挠曲）以及伸缩缝的观测。

以上内容通常称为外部变形观测，也就是说用测量的方法求出建筑物外形在空间位置方面的变化。

此外，由于混凝土坝是一种大型水工建筑物，其安危影响很大，设计理论也比较复杂，除了观测其外形的变化之外，还要了解其结构内部的的情况。

例如混凝土应力、钢筋应力、温度等，这些内容通常称为内部观测。

它一般是将电学仪器（或其它仪器）埋设在坝体内部，以电缆（管道）连至廊道内，定期进行观测。

外部观测与内部观测之间有着密切的联系，应该同时进行，以便在资料分析时可以互相补充，互相验证。

本篇所讨论的内容仅艰于外部变形观测。

4、地表沉降：

对于建立在江河下游冲积层上的城市，由于工业用水需要大量地吸取地下水，而影响地下土层的结构，将使地面发生沉降现象。

例如，我国某城市地表沉降观测的结果表明地表有时沉降，有时回升，这与季节性地吸取地下水有关。

对于地下采矿地区，由于在地下大量的采掘，也会使地表发生沉降现象。

这种沉降现象严重的城市地区，暴雨以后将发生大面积的积水，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，危及建筑物安全。

因此，必须定期地进行观测，掌握其沉降与回升的规律，以便采取防护措施。

为了更全面地了解影响工程建筑物变形的原因及其规律，以及有些特种工程建筑物的要求，有时在其勘测阶段要进行地表形变观测，以研究地层的稳定性。

为了达到上述各项目的，通常在工程建筑物的设计阶段，在调查建筑物地基负载性能、研究自然因素对建筑物变形影响的同时，就应着手拟定变形观测的设计方案，并将其作为工程建筑物的一项设计内容，以便在施工时，就将标志和设备埋置在设计位置上。

从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止。

1.4变形分析的发展与应用

在变形分析中，出于实用、简便上的考虑，我们一般应用较多的是单测点模型，同时，为顾及监测点的整体空间分布特性，多测点变形监控模型也得到了发展。

但是，从现行的变形分析方法中，我们不难发现，大多都是离线的（事后的），不能进行即时预报与监控，无法在紧急关头为突发性灾害提供即时决策咨询，这与目前的自动化监测系统的要求很不相符，为此，研究在线实时分析与监控的方法成为技术的关键。

已有研究表明，采用递推算法的贝叶斯动态模型进行大坝监测的动态分析是可行的。

在隔河岩大坝GPS自动化监测系统中，我们采用递推式卡尔曼滤波模型进行全自动在线实时数据处理起到了较好效果。

诞生于20世纪80年代末的小波分析理论，是一种最新的时频局部化分析方法，被认为是自傅立叶分析方法后的突破性进展。

应用小波方法，进行时频分析，可望有效地求解变形的非线性系统问题，通过小波变换提取变形特征。

但这一研究领域才刚刚起步，在变形分析方面尚无实质性的研究成果。

第二十一届IUGG大会“小波理论及其应用”被IAG确定为大地测量新理论的研究方向之一。

在1999年召开的第二十二届IUGG大会上，“小波理论及其在大地测量和地球动力学中的应用”再次被IAG确定为GIV分会（大地测量理论与方法）的新的研究小组。

可见，开展小波理论及其应用研究的重要性。

从目前的应用研究来看，虽然小波分析要求大子样容量的时间序列数据，但是，长序列数据可从GPS、TPS等集成的自动化监测系统中得到保障。

小波分析为高精度变形特征提取提供了一种数学工具，可实现其他方法无法解决的难题，对非平稳信号消噪有着其他方法不可比拟的优点。

小波理论在变形监测（尤其是动态变形监测）的数据分析方面将会发挥巨大的作用。

总之，随着变形观测技术、计算机软件和新兴数学理论的发展，变形分析的新方法研究将会不断涌现。

同时，由于变形体的不确定性和错综复杂性，各种自然灾害的突发性，需要我们用新的思维方式和方法来研究变形观测问题，将各种灾害损失减少到最低程度。

2变形观测技术

2.1变形监测的精度

工程建筑物的变形观测能否达到预定目的，要受很多因素的影响。

其中，最基本的因素是观测点的布置、观测的精度与频率，以及每次观测所进行的时间。

观测点的布置与各类工程的特点有关。

在工业与民用建筑物的变形观测中，由于其主要观测内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜，其观测精度应根据建筑物基础的允许沉陷值、允许倾斜度、允许相对弯矩等来决定，同时也应考虑其沉陷速度。

例如，我国建筑设计部门在研究高层建筑物的倾斜时，根据前述的观点以允许倾斜值的1/20作为观测的精度指标。

某综合勘察院在观测一幢大楼的变形时，根据设计人员提出的允许倾斜度a=4‰求得顶点的允许偏移值为120mm，以其1/20作为最后观测中误差。

即m=±

6mm。

在生产实践中，求得必要的中误差以后，如果根据本单位的仪器设备和技术力量，能够比较容易地达到精度要求，而且在不必花费很大的精力、不增加很多工作量的情况下，还能达到更高的精度时，也可以将观测精度指标提高。

例如前述的情况，在求得m=±

6mm后，即按此思想将精度指标提高，取±

2mm作为最后的观测中误差。

对于根据沉陷速度确定观测精度，是指沉陷延续的时间很长而沉陷量又较小的基础，其观测的精度就应当高些。

一般来讲，从实用的目的出发，对于连续生产的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物）通常要求观测工作能反映出1mm的沉陷量；

对于一般的厂房，没有很大的传动设备、连续性不大的车间，要求能反映出2mm的沉陷量。

因此，对于观测点高程的测定误差，应在±

1mm以内。

而为了科学研究的目的，往往则要求达±

0.1mm的精度。

对于水工建筑物，根据其结构、形状不同，观测内容和精度也有差异。

即使对于同一建筑物（如拱坝）的不同部位，其观测精度也不相同，变形大的部位（如拱冠）的观测精度可稍低于变形小的部位（如拱座）。

对于混凝土大坝，测定变形值的精度一般为±

1mm；

对于土工建筑物，测定其变形值的精度不低于±

2mm。

2.2观测点的结构与埋设

平面基准点的标志体应具有较高的稳定性，亦即标志体在水平方向上是保持不动的。

1、观测墩

在基岩较浅或土体稳定的地方，常用钢筋混凝土建造的观测墩作为平面控制点标志。

2、倒锤

倒锤是一种埋设较深、稳定性很好的平面标志。

图2-1（a）是倒锤原理图，当钻孔内充满液体时，对中中心与标志中心的相对位置不变，也就是说，如果标志中心是稳定的，则对中中心也是稳定的，其平面位置不会受侧向干扰力影响。

图2-1（b）是倒锤的一种实用结构。

平面标志

3、光线传递式标志

光线传递式标志是将固定在底层的中心点利用光线投射到标志顶面上来，即利用光线代替倒锤线。

玻璃片上的十字丝代表平面标志的中心，与混凝土结合在一起埋在温度变化不大的岩层中，十字丝下安置一灯泡，为更换灯泡，在标志旁设有进人孔。

2.3基坑回弹监测

工业与民用建筑物的沉陷观测是最常遇到的变形观测工作，从建筑物基础施工开始到工程交付使用甚至更长一段时间都需进行变形观测。

深埋大型基础在基坑开挖后，由于基坑上面的荷重卸除，基坑底面（地基）隆起，称为基坑回弹。

回弹量因土层不同而异，一般土层、软土层回弹量稍大，砾砂岩层回弹量稍小，弱风化岩层一般情况下回弹量较小，而基岩层基本不回弹。

基坑回弹观测的任务是测定基坑开挖后的回弹量。

其目的是为改进基础设计，确定室内地坪的适宜标高提供重要资料。

图2-3基坑回弹量观测

回弹观测要点是：

基坑开挖之前先测出设计的坑底土层的准确高程。

如图2-3a中的Q点的高程为HQ，当基坑土被取出后再复测坑底土层中Q点上升Q′（图2-4b），Q′高程为HQ′，它与初始高程之差为ΔHQ就是基坑回弹量：

图2-3a中，H坪为室内地坪设计标高，CD为设计的基坑底面，其标高为HQ，当土块ABCD被取走后，CD面上升到C′D′（图2-3b）。

为保持设计坑内标高仍是HQ，将C′D′挖去，使原EF升至E′F′即CD高度。

当基础筑完之后，E′F′即CD高度。

当基础筑完之后，E′F′又被压回到EF（图2-3c）。

若按基础设计深度h施工室内地坪，则±

0降低了ΔHQ。

若按±

0设计标高施工室内地坪，则h增加了ΔHQ尺寸。

如果ΔHQ是在基础施工后一段时间完成，可能导致整个建筑物降低了ΔHQ尺寸。

由于坑底C、D、Q三点回弹量与下沉量也不均，可导致防水失败，对工程危害极大。

因此，回弹观测，特别是软土层深基础的回弹观测有重要意义。

回弹观测应达到一定精度，一般取预