洛阳奥体花城小区工程沉降变形观测及其分析Word文件下载.docx
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一般情况下，监测的目的包括：
（1）监测基本的和最重要的目的是评估工程在施工、使用过程中的重要依据，为技术设计提供可靠的数据。
（2）了解围护结构、主体结构的变形情况。
由于施工技术和施工材料的限制，施工过程中围护结构、主体结构都会发生一定的形变，监测形变是否超过限差，为围护结构、主体结构的稳定性做进一步的增强，保证工程的优质性。
（3）修改工程设计将现场量测的数据、信息及时反馈以修改和完善设计，使设计达到优质安全、经济合理。
（4）根据监测数据，分析施工引起的地表隆陷，以及地层应力分布、地层变位对紧邻建（构）筑物和市政基础设施的影响；
以采取相应的加固、防范措施，确保紧邻建（构）筑物和市政基础设施的安全。
例如：
地铁施工盾构过程中对土层及周边环境的影响。
（5）验证主题工程的附属结构的稳定性，工程设计阶段对建筑物附近地质处于一种理论状态，缺乏后期勘探，周围土层复杂多变，主体结构荷载不确定，主体结构与附属建筑的关系不是显而易见的，需精密技术支持才能监测。
1.2.2沉降观测的意义
21世纪，中国经济面临巨大的机遇和挑战，日新月异的城市面貌，使工程建设的进程大大加快，多样式的现代工程建筑物对规模、造型、难度提出了更高的要求，使沉降监测的意义也更加重要。
众所周知，工程建筑物在施工和运营期间，都会有或多或少的沉降位移，对于不同的建筑物，对沉降位移的要求也不尽相同，一些精密工程，细微的沉降都可能导致重大损失，为了避免国家与人民财产的损失，沉降观测是必不可少的工作。
所以，保证工程建筑物安全是一个十分重要且很现实的问题。
为此，沉降监测的首要目的是要掌握沉降的实际性状，为判断其安全提供必要的信息以及在防震救灾和避免工程破坏方面有着重大的意义。
工程建筑物的沉降和变形相似，按其类型来区分,可以分为静态沉降和动态沉降。
静态沉降通常是指沉降观测的结果只表示某一期间内的沉降值,也就是说,它是时间的函数。
动态沉降是指在外力的影响下而产生的沉降,故它是外力为函数来表示动态系统对于时间的变化,其观测结果是表示建筑物在某个时间的瞬时沉降。
沉降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的变化量,而为了求得瞬时变化,则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。
沉降观测的内容,应根据建筑物的性质与地基情况来定。
建筑物沉降的原因包括两个方面：
主观原因和客观原因。
客观原因主要有：
（1）荷重影响。
建筑物本身都是钢筋混凝土结构，压力的传递都在灰质、砂质地基上，土壤被逐渐压缩，地基下沉，引起建筑物的沉降。
（2）外界影响。
外界机动车、施工等的震动也会对工程施工有影响。
（3）地下工程的影响。
地下商场、地下通道、地铁的影响。
（4）地下采矿影响。
采空区没及时加固，造成地面下陷，建筑物变形。
（5）地下水影响。
地下水的烂采，造成地下水位不平衡，从而引起地表建筑物的沉降。
（6）其它影响。
一些自然灾害的影响，比如说火山、地震、台风等的影响。
主观原因就是施工不规范、前期勘探不准确等。
1.3沉降观测技术的发展
随着时代的发展，人们对于变形监测精度的要求也随着不断地提高。
在20世纪80年代以前，变常规地面测量是形监测经常采用的方法，但是也会使用一些特殊的测量方法。
其中常规地面测量主要是采用经纬仪、水准仪、全站仪等其它常规测量仪器来测定被监测对象特征点的点位形变量。
这样做的优点有：
（1）它能够给出变形体整体的形变状况；
（2）这种变形监测方法适用于不同的监测环境、不同精度要求、不同类型的变形体；
（3）这种变形监测方法可以提供被监测对象的绝对变形信息。
但由于外业工作量大和观测点的布设受地形条件影响较大，造成这种方法不容易实现自动化监测。
而特殊测量方法主要包括应变测量、倾斜测量和准直测量，但这种方法一般只提供局部的或相对的变形信息。
在过去的10年来，近景摄影测量技术在高层建筑变形监测方面得到了广泛地应用。
近景摄影测量的优点有以下几点：
（1）实现了瞬间精确记录被摄物体点位关系及信息；
（2）可以对不可接触物体、不规则或者规则的建筑物进行变形监测；
（3）摄影测量得到的像片，它的信息丰富而客观并且可以长期保存，对于变形的对比分析十分有利；
（4）摄影测量方法的监测工作快速、简单、安全。
特别是近几年迅速发展起来的数字摄影测量，在高层建筑物变形监测中得到了成功应用，它显示出十分光明的应用前景。
到现在为止，应用于变形监测的最新技术是变形监测机器人。
建筑物变形观测就是在建筑物选择一定数量的观测点，这些观测点要能够反映出建筑物的结构特点，并且通过对这些点的重复观测得到的数据进行分析，并描述被监测对象的相关几何量的变化情况，通过对观测结果的整理，得到建筑物的变形规律。
变形观测一般在监测对象上设置基准点、工作点和观测点。
其中基准点要求做到尽可能稳固且应长期保存，所以通常将其埋设在变形范围以外的比较稳固的基岩上，并把它作为分析比较变形量的基准。
而工作点要求在观测期间保持稳定，所以一般将其埋设在被观测对象的附近，观测时一般在工作点上架设仪器，然后直接对观测点进行测量，如果条件允许，基准点也可作为工作点使用。
观测点要求能够准确地反映建筑物的状态，所以一般把观测点设置在建筑物上和它的地基上，并且要在观测点上设立照准标志以便于观测瞄准。
2沉降观测网的布设
沉降观测网对于高层建筑物的水平位移监测的测点的布设最好是按2个层次，也就是既有由控制点组成的控制网，又有观测点及和由它进行联测组成的扩展网。
控制网的具体布设方法一般可以采用测角网、边角网、测边网和导线网等其它形式进行，扩展网和单一层次的布网形式主要有：
交会法，基准线和复合导线等形式。
如果只是对于一个建筑物进行监测，可以采用单层次布设的方法。
但是布网的形式都应该考虑网形的强度，而且所布设网的长短边的长度不应该悬殊过大。
在网的布设过程中为保证变形监测结果的准确可靠，通常要求一个测区内的基准点的点数不应少于两个，任何一个测区内的工作基点的点数也要求有不能少于两个。
基准点和工作基点应该根据建筑物的实际情况布设，并且能够构成一定的网形，而且对于布设的基准点和工作基点应该满足规范要求中所规定的精度，并且对各点进行定期检测，平面控制点标志的选择和埋设应符合下列条件：
（1）在选点过程中对于特级、一级、二级和有特殊要求的三级位移观测控制点都应该为其建造观测墩或者埋设专门的观测标志，并且应该根据所使用的仪器和照准标志的类型，如果其不满足观测精度的要求，则需要配备强制对中装置。
而且为了长期保存变形监测观测网的观测墩，它在建立时应该安装特有的防盗螺栓。
而且被用于进行位移监测的基准点，它应该稳定可靠，并且能够长期保存。
在选择点的建立地点时，要选择便于观测的稳定地带，一般情况下，观测墩应建立在基岩上。
位移观测点应注意与变形体紧密结合，这样才能代表变形体该部位的变形特征。
（2）为了提高测量精度和方便观测，观测点应该建立混凝土标志，并且应该埋设强制使用具有明显的几何中心或者轴线的照准装置，而且它应该具有图像反差较大，相位差较小，图像对称，和本身不发生变形的特点。
2.1沉降观测的精度
2.1.1沉降观测的精度要求
沉降观测的必要精度取决于具体工程允许沉降值的大小和观测目的。
《工程测量规范》中规定：
“相对沉降、局部地基沉降及膨胀土地基变形等的观测误差，均不应超过允许变形值的1/20”[1]。
由于威胁建筑物安全的主要是基础沉降不均匀造成建筑物倾斜或剪断。
如果仅作为反映变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全的话，采用不超过允许变形值的1/10[2]。
沉降监测主要技术要求和监测方法如表2-1
表2-1：
观测精度指标
等级
高程中误差（mm）
相邻点高差中误差（mm）
往返较差，附合或环线闭合差（mm）
主要监测方法
一级
±
0.3
0.1
0.15
水准测量
二级
0.5
0.30
三级
1.0
0.60
建筑变形测量的级别、精度指标及其适用范围如表2-2
表2-2:
建筑变形测量的级别、精度指标及其适用范围
变形监测等级
垂直沉降监测
水平位移监测
适用范围
变形点的高程中误差（mm）
相邻变形点高差中误差（mm）
变形点的点位中误差（mm）
0.3
0.1
1.5
线路精线对变形特别敏感的超高层、高耸建筑、精密工程设施、重要占建筑等以及有高精度要求的监测对象
0.5
3.0
线路沿线对变形比较敏感的高层建筑、地下管线；
建设工程的支护、结构，隧道拱顶下沉、结构收敛和运营阶段结构、轨道和道床以及有中等精度要求的监测对象
1.0
6.0
线路沿线一般多层建筑、地表及施工和运营中的次要结构等以及有低等精度要求的监测对象
2.2观测网的布设
根据地形环境条件，沉降监测控制网可布设成附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线，水准网等形式。
在具体的施测中，一般都是多种水准路线杂合，复测以检核其精度，保证观测数据的可靠性。
2.2.1水准点布设
布设水准基点时，必须考虑以下因素：
（1）应布设在拟监测的建筑物之间，距离一般为20-40m，工业与民用建筑物应不小于15m，较大型并略有振动的工业建筑物应不小于25m，高层建筑物应不小于30m；
（2）监测单独的建筑物时，至少布设三个水准基点，以便互相检核，用于判断水准点高程有无变动。
对占地面积大于5000平方米或高层建筑物，则应适当增加水准基点的个数；
（3）当设置水准基点处有基岩漏出时，可以用水泥砂浆直接将水准点浇注在岩层中，一般水准点应埋设在冻土线以下0.5m处；
（4）各类水准基点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区，以及其它能使标石、标志遭受腐蚀和破坏的地点。
水准点的形式与埋设沉降观测水准点的形式与埋设要求，一般与三、四等水准点相同，但也应根据现场的具体条件、沉降观测在时间上的要求等决定。
如图2-1
图2-1：
水准基点
2.2.2监测点布设
布设监测点时，应根据建筑物的大小、基础形式、结构特征及地质条件等因素确定。
一般考虑以下几点进行布置：
（1）监测点应布置在建筑物沉降变化较显著的地方，要在施工过程及竣工后方便实测；
（2）建筑物的转点、承重点都要布设监测点；
（3）连接建筑物的连接处要设置监测点；
（4）工厂或大厅的柱子上要设置监测点；
（5）地基土质不均匀出要适当埋设监测点；
（6）重型设备基础的四周及邻近堆置重物之处，即有大面积堆荷的地方，也应布设监测点；
（7）沉降监测点的埋设标高，一般在室外地坪+0.5m较为适宜，但在布置时应根据建筑物层高、管道标高、室内走廊、平顶标高等情况来综合考虑。
同时还要注意所埋设的监测点要让开柱间横隔墙、外墙上的雨水管等，以免所埋设的监测点无法监测而影响监测资料的完整性；
（8）在浇筑基础时，应根据沉降监测点的相应位置，埋设临时的基础监测点。
若基础本身荷载很大，可能在基础施工时就产生一定的沉降，即应埋设临时的垫层监测点，或基础杯口上的临时监测点，待永久监测点埋设完毕后，立即将高程引到永久监测点上。
在监测期间，如发现监测点被损坏，应立即补上。
钢筋观测点标志与埋设将直径为18～22mm的钢筋锯成为230～250mm的节，将每节钢筋弯成U形，一端顶部加工成半球形。
在离地面300～500mm的墙上凿孔，孔深120-140mm。
如图2.3所示，将钢筋水平嵌入墙孔内，半球端垂直向上，钢筋露出墙面约40mm，用水泥沙浆灌实并与墙面抹平。
如图2-2
图2-2：
监测点
2.3本章小结
本章主要讲述沉降观测网的布设、观测的精度要求以及沉降观测水准点、监测点的布设要求。
接下来阐述沉降观测的技术方法，所使用的仪器，测量原理。
3沉降观测的技术方法
3.1沉降观测的基本方法
沉降观测主要使用的是几何水准测量，首次观测的各个沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用测量高差中误差不大于±
0.1mm的精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。
随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测直到+0.00再按规定埋设永久观测点，然后每施工一层就复测一次，直至竣工。
3.2水准测量的基本原理与实际操作
3.2.1水准测量的基本原理
3.2.1.1水准测量概述
水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。
在地面两点间安置水准仪，通过观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。
实际工作中，都是从一已知高程点出发，沿着一定的水准路线，测到另一未知高程点或已知高程点上，对测得的数据进行平差，得到未知点的高程[4]。
如图3-1
图3-1水准测量
如图3-2所示，在实际水准测量工作中，测量距离一般较远，仅仅使用一站水准测量难以达到预期的精度，此时就要在中间设置多个转点，用于高程的传递。
图3-2：
联系水准测量
3.2.1.2水准点
水准测量中用于控制高程的已知点，一般缩写为BM。
3.2.1.3水准路线
水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：
（1）闭合水准路线：
是水准测量从已知高程的水准点开始，最后又闭合到其实点上的水准路线。
这种形式的水准路线也可以使测量结果得到检核。
（2）附合水准路线：
是水准测量从一个高级水准点开始，结束于另一高级水准点的水准路线。
这种形式的水准路线可使测量成果得到可靠的检核。
（3）支水准路线：
是由一已知高程的水准点开始，最后又闭合到起始点上的水准路线。
这种形式的水准路线由于不能对测量成果自行检核，所以必须进行往返测，或者用两组仪器进行并测。
如图3-3
图3-3:
水准路线布网方式
3.2.1.4水准测量的外业实施
水准测量的技术要求有：
（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。
（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“双面尺法”。
双面尺法，①红黑面之差<
3mm②h黑-h红<
5mm。
如表3-1：
水准测量记录手簿
表3-1：
水准测量记录
测站
点号
水准尺读数
高差h
平均高差
改正后高差
高程H
前尺
后尺
1
2
3
4
5
∑
水准测量数据处理
（1）计算闭合差，高差闭合差限差在允许误差内
（2）分配高差闭合差
3.3本章小结
本章介绍了沉降观测用到的主要仪器——水准仪。
通过对水准测量的原理与操作的介绍，进一步分析了数字水准仪的工作原理、读数方法及误差来源；
数字水准仪具有读数客观，精度高，速度快，效率高，仪器重量轻，操作简便，减轻作业员的劳动强度，易于实现测量内外一体化等优点，从而为沉降观测提供有力的技术方法。
4沉降观测数据处理
沉降观测数据都是经过严谨的实测得到的，有很高的利用价值，对沉降观测数据的处理可以得到工程沉降的情况，便于采取相应措施。
对沉降观测数据处理方法有很多种。
变形监测数据是否能够进行有效地处理，准确的分析处理将直接影响到观测网中的，观测点的位移计算结果的正确性。
因为点的位移变化量与该点所选的参考系有关，如果参考系发生了变化，那么其内的变形监测点也会随着发生变化，它所得到的位移结果值也会受到影响。
不同的参考系下，其平差方法也不同。
选择要采用哪一种平差方法其实是选择一种比较符合该工程的实际情况的数学模型，并以此为基础对变形监测所得到的结果进行处理。
按照控制网的特点的不同可以分为以下三种平差方法：
经典平差、自由网平差和拟稳平差。
所以选择合适的平差方法，既不能对于观测的描述不准确，有药能够较好地反应各个监测点的变化情况。
但是在具体的分析处理过程中要对于全面进行考虑，从中选择出对于该项目工程最为合适的平差方法。
4.1沉降数据的整理
通过野外数据采集得到的数据具有可信性，以此数据进行分析建筑物的沉降也具有可靠性，对野外采集的数据进行精选，原始数据具有随机性，可去除一部分由于偶然误差造成的可例性数据，综合大量的数据，通过初步的分析，了解建筑物的沉降原因。
4.2水准测量路线闭合差的计算与分配
由于测量误差的影响，使得同一事物的观测值不完全相同，观测值与实际值的差值就成为闭合差。
对于在误差允许范围内的高差闭合差要按照一定的规律分配，使其不完全累加在一段数据上[4]。
4.2.1水准测量路线闭合差的计算
水准路线的布设形式不同，高差闭合差的计算也不同，具体如下：
（1）附合水准路线实测高差的总和与始、终已知水准点高差之差的值称为附合水准路线高差闭合差。
（4-1）
（2）闭合水准路线实测高差的代数和不等于零，其差值就是闭合水准路线高差闭合差。
（4-2）
（3）支水准路线实测往返高差的绝对值之差称为支水准路线高差闭合差。
（4-3）
4.2.2高差闭合差的分配
高差闭合差的分配原则是按照水准路线的测站数或距离长度成正比，将闭合差反号分配到个测段上，并进行实测高差的改正计算。
（1）按测站数分配高差闭合差当水准路线布设在地面起伏较大的山区时，按照测站数分配高差闭合差较合理，某一测段高差改正数为
（4-4）
式中
——水准路线各测段的测站数总和；
——某一测段的测站数。
（2）按照测段长度分配高差闭合差当水准路线布设于平坦地区时，按照测段长度分配高差闭合差，某一测段高差改正数为
（4-5）
——水准路线各测段的总长度，km；
——某一测段的长度，km。
4.3沉降观测的分析
具体工程项目的施工负复杂导致了其变形体的结构的复杂，我们可以把它看做一个复杂的系统来进行处理，在这个系统里存在了很多数据，它们之间有线性的和非线性相关的，还有确定的和不确定的等其它错综复杂的关系，这些复杂的关系并不是相互独立的，恰恰相反它们之间相互联系，互相作用，形成了复杂的力学现象。
所以这也造成了变形预测
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