第十章教案1.docx

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第十章教案1

第十章建筑物的变形观测

本章主要内容：

变形观测概述

变形观测的精度和频率

垂直位移观测

基坑回弹观测

倾斜观测

裂缝与水平位移观测

挠度观测

变形观测的成果整理

§10-1变形观测概述

建筑物随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象。

这些现象统称为变形。

一、建筑物变形监测的目的

①分析估计建筑物的安全程度，以便及时采取措施，设法保证建筑物的安全运行.

②利用长期的观测资料验证设计参数.

③反馈工程的施工质量.

④研究建筑物变形的基本规律

二、建筑物产生变形的原因

1）自然条件及其变化；（如工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等）

2）建筑物自身的原因；（如本身的荷重、结构、型式及动荷载等）

3）人为因素。

（如勘测、设计、施工及运营管理等）

三、建筑物变形分类

根据变形的性质，建筑物变形可分为静态变形和动态变形两类。

静态变形是时间的函数，观测结果只表示在某一期间内的变形；

动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数表示的，对于时间的变化，其观测结果表示在某一时刻的瞬时变形。

§10-2变形观测的精度和频率

一、建筑物变形观测的精度

根据变形观测的目的及变形值的大小而异，很难有一个明确的规定，国内外对此有各种不同的看法。

原则上，如果观测的目的是为了监视建筑物的安全，精度要求稍低，只要满足预警需要即可，在1971年的国际测量工作者联合会（FIG）上，建议观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；如果目的是为了研究变形的规律，则精度应尽可能高些，因为精度的高低会影响观测成果的可靠性。

当然，在确定精度时，还要考虑设备条件的可能，在设备条件具备，且增加工作量不大的情况下，以尽可能高些为宜。

见下页《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）相关规定。

二、变形观测周期的选取

（1）观测周期选定的原则

由于建筑物变形是一个渐变过程,是时间的函数,而且变形速度也是不均匀的,但是,我们进行的变形观测次数是有限的,所以,合理的选择连续观测的周期,对于正确分析变形结果是很重要的。

确定变形观测的周期原则:

应以能系统反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则。

对于频临破坏的建筑物，或者是即将产生滑坡、崩塌的地面，其变形速率会逐渐加快，观测周期也要相应的逐渐缩短。

观测的精度和频率两者是相关的，只有在一个周期内的变形值远大于观测误差，其所得结果才是可靠的。

（2）变形观测的精度与观测周期及变形速度间的关系

设于ti时刻测得的观测点为坐标为X1，观测精度为m。

在△t=ti+1-ti期间的变形量为△x，相应的误差可认为是m△=√2m,则：

变形发展的速度为:

v=△x/△t

设k为由误差分布类型和置信水平所决定的系数，

则只有当△x≥k·m△时才可认为△x是建筑物的变形。

反之，如果△x＜k·m△，这△x很可能仅仅是测量误差的反映，不能确认为它就是建筑物的变形。

K=?

如果已知变形发展速度及观测精度，则可按下式计算合理的复测周期。

如果已知变形发展速度并已确定的观测周期，则可按下式计算必要的观测精度。

在提交变形观测成果时要防止两种错误：

①把正常观测误差而引起的差异当作变形值；

②把变形值当作观测误差而不及时报出。

（3）观测频率的确定

观测频率随载荷的变化及变形速率而异。

例如，高层建筑在施工过程中的变形观测，通常楼层加高1～2层即应观测一次；大坝的变形观测，则随着水位的高低，而确定观测周期。

对于已经建成的建筑物，在建成初期，因为变形值大，观测的频率宜高。

如果变形逐步趋于稳定，则周期逐渐加长，直至完全稳定后，即可停止观测。

另外观测周期与工程的大小、测点所在位置的重要性、观测目的以及观测—次所需时间的长短有关。

三、变形监测点的分类

（1）基准点

基准点为变形观测系统的基本控制点，是测定工作点和变形点的依据。

基准点通常埋设在稳固的基岩上或变形区域以外，尽可能长期保存，稳定不动。

每个工程一般应建立3个基准点。

为了达到基准点稳定的要求，可有两种方法：

一是远离工程建筑物;

二是深埋。

对于建筑在土质基础上的建筑物，在布设基准点时应考虑到地基土层在受到建筑物荷载以后压力扩散的影响；当考虑基准点的埋设深度时，应充分估计到地下水位变化（标志底部不应布置在水位变化范围内）以及冻土深度（应埋设在冻土深度以下）对它的稳定性的影响。

（2）工作点

工作点又称工作基点，它是基准点与变形观测点之间起联系作用的点。

工作埋设在被研究对象附近，要求在观测期间保持点位稳定。

（3）观测点

变形观测点是直接埋设在变形体上的能反映建筑物变形特征的测量点，又称观测点，一般地设在建筑物内部。

并根据测定它们的变化来判断这些建筑物的沉陷与位移。

§10-3垂直位移观测

一、概述

建筑物受地下水位升降、荷载的作用及地震等的影响，会使其产生位移。

一般说来，在没有其它外力作用时，多数呈下沉现象，对它的观测称沉降观测。

在建筑物施工开挖基槽以后，深部地层由于荷载减轻而升高，这种现象称为回弹，对它的观测称为回弹观测。

垂直位移观测的高程依据是水准基点，即在水准基点高程不变的前提下，定期地测出变形点相对于水准基点的高差，并求出其高程，将不同周期的高程加以比较，即可得出变形点高程变化的大小及规律。

垂直位移监测网其精度等级及主要技术要求见下表：

等级

相邻基准点高差中误差（mm）

每站高差中误差（mm）

往返较差、附合或环线闭合差（mm）

检测已测高差较差（mm）

使用仪器、观测方法及要求

一等

±0.3

±0.07

0.15

0.2

DS0.5型仪器，视线长度≤15m，前后视距差≤0.3m，视距累计差≤1.5m，宜按国家一等水准测量的技术要求施测

二等

±0.5

±0.13

0.30

0.5

DS0.5型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测

三等

±1.0

±0.30

0.60

0.8

DS0.5或DS1型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要求施测

四等

±2.0

±0.70

1.40

2.0

DS0.5或DS1型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要求施测

注：

n为测段的测站数

由于垂直位移观测是多周期的重复观测，且精度要求较高，为了避免误差的影响，尚需注意以下各点：

1、设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行。

2、人员固定，以减少人差的影响。

3、使用固定的仪器和水准尺，以减少仪器误差的影响。

二、沉降观测点的布设

沉降观测点的布设应能全面反映建筑物的地基变形特征，并结合地质情况以及建筑结构特点确定。

观测点宜选择在下列位置进行布设：

（1）建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上。

（2）高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。

（3）建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处以及填挖方分界处。

（4）宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点。

（5）邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗沟处。

（6）框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点。

（7）重型设备基础和动力设备基础的四角、基础型式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧。

（8）电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。

三、沉降点的埋设

四、沉降观测周期

1）当埋设的沉降观测点稳固后，在建筑物主体开工前，进行第一次观测。

2）在建（构）筑物主体施工过程中，一般每盖1～2层观测一次。

如中途停工时间较长，应在停工时和复工时进行观测。

3）当发生大量沉降或严重裂缝时，应立即或几天一次连续观测。

4）建筑物封顶或竣工后，一般每月观测一次，如果沉降速度减缓，可改为2～3个月观测一次，直至沉降稳定为止。

五、沉降观测的成果整理

（1）整理原始记录

每次观测结束后应检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高程，并填入下页所示的“沉降观测表”中。

（2）计算沉降量

1）计算各沉降观测点的本次沉降量：

沉降观测点的本次沉降量=本次观测所得的高程－上次观测所得的高程

2）计算累积沉降量：

累积沉降量=本次沉降量+上次累积沉降量

将计算出来的各沉降观测点的本次沉降量、累积沉降量和观测日期、荷载等情况填入下页表所示的“沉降观测表”中。

（3）绘制沉降曲线

为了更好的反映每个沉降观测点随时间和荷载的增加，观测点的沉降量的变化，并进一步估计沉降发展的趋势以及沉降过程是否渐趋稳定或者已经稳定，还要绘制时间t与沉降量s的关系曲线和时间t与荷载p的关系曲线。

如图所示。

1）绘制时间t与沉降量s的关系曲线

首先，以沉降量s为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。

然后，以每次累积沉降量为纵坐标，以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的位置。

最后，用曲线将标出的各点连接起来，并在曲线的一端注明沉降观测点号码，这样就绘制出了如图8-4所示的时间与沉降量关系曲线。

2）绘制时间与荷载关系曲线

首先，以荷载p为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。

再根据每次观测时间和相应的荷载标出各点，将各点连接起来，即可绘制出如图所示的时间与荷载关系曲线。

§10-4基坑回弹观测

一、基坑回弹观测的必要性

深埋大型基础,在基坑开挖后,由于卸除了基坑自重荷载,基坑底面隆起称为回弹。

回弹观测是测定基坑开挖后的回弹量,为确定室内地平起始标高,预算建筑物沉降量,改进基础设计和保护邻近建构筑物的安全提供重要依据。

二、回弹观测作业步骤与精度要求

（一）回弹观测点的布设

为了如实反映基坑卸荷后的回弹情况,回弹观测点的布设和数量,应与相关人员共同商定。

以最少的布点,又能反映基坑回弹的纵横断面为原则,一般沿基坑的纵横轴线布设,还可根据建筑物分布及地层情况,共同协商。

在地层均匀的情况下,其对称部位回弹量相差甚少。

当建筑物对称排列时,为节省投资缩短工期,应在基坑四分之一的范围内布设回弹点。

如图所示，在某建筑物基础平面的1/4范围内共布设6个回弹点。

（二）回弹点的埋设及精度要求

回弹标可采用φ108型的钢管加工制成,顶端做成半圆球状,

并将下部管壁等分成若干形状相同契形齿牙。

目的是减少埋设时

的阻力,便于平衡和巩固。

回弹标尺寸可参照图2所示制作。

回弹观测标应在基坑开挖前埋入基底设计标高下20cm—30cm,

一般采用钻孔埋入法和探井埋入法两种。

1、回弹标的埋设

埋设回弹标时用钻机钻至设计基坑底板下20cm—30cm（深度

应精确计算）。

下套管的深度应回弹标上半部分（1/3处）在套管内。

用清水洗静孔底的沉积物,然后投入适量的混凝土,用钻杆将回弹标送下埋入混凝土中轻压,使其与周围土固结,待观测完回弹标后,取出套管,做好标记,即完成回弹标的埋设工作。

2、回弹观测精度

回弹观测精度取预计回弹量的1/10（相对于邻近水准点）。

此精度是根据建筑物允许变形值的大小和进行观测的目的而定,如果观测的目的是为研究其变形过程,则观测中误差应比建构筑物的允许变形值要小。

观测时结合工程要求及《工程测量规范》、《城市测量规范》等制定出回弹点高程中误差，由此确定水准测量精度等级要求。

例如，《工程测量规范》第9.5.9条规定：

回弹观侧点的高程，宜在基坑开挖前、开挖后及浇灌基础之前，各测定1次．对传递高程的辅助设备，应进行温度、尺长和拉力等项修正。

回弹观测点的高程中误差，不应超过lmm。

三、回弹观测

1、水准起算点的确定

基坑卸荷后,回弹量一般很小,对于砂、卵石地层其回弹量不过几公分,为了精确测定回弹量,首先应有高精度的水准起算点,并做到在基坑降水、开挖全过程水准起算点稳定。

2、水准起算点的测定及数据的稳定性

将水准起算点作为基准点（一般布3个）与其它水准点组成水准网（二等）进行观测，观测要求使用固定的水准仪、铟钢水准尺、钢尺。

使用前经测量仪器鉴定中心鉴定,并在全过程中固定操作。

水准网在基坑开挖前后各观测一次，并检验其监测网的稳定性。

3、回弹点高程测定

（1）开挖前测标

回弹标高程的测定是采用水准仪、铟钢水准尺结合钢尺,悬吊重锤,与标顶接触的办法来传递高程,如图所示。

为减少误差传递以一次架设仪器即可测完,钢尺应用检定时的拉力,使重锤与标顶接触,并保证钢尺垂直。

仪器前后视距差不超过1.0m,一测回顺序为:

后（基尺）——前（钢尺）——前（钢尺）——后（辅尺）,

其中两次前视钢尺时要重拉一次钢尺,同时测定孔上、下温度以便对钢尺进行尺长改正。

在一测回中的两次高程之差均不得大于1mm,两测回高差较差也不得大于1mm,取中数为最后高差观测值,并求出回弹点的高程。

测定时一定要现场验算观测数据,检查无误后,取出测锤,先回填0.5m白灰（灰桩）,再拔出套管,掩护好井口后撤离。

最后用经纬仪实测回弹标孔位、水准点位、基坑位置、形状,绘制成图,以便开挖后寻找。

（2）开挖后测标

基坑开挖距设计标高1.0m～0.5m左右时,用经纬仪放出回弹标的位置,在一定范围内需人工开挖至回弹标。

挖出后放置标记加以保护。

观测方法如下图所示。

观测时钢尺下挂重量为鉴定时的标准拉力（15kg）,待钢尺稳定后,仪器①②处读水准尺、钢尺,观测顺序同上。

并测定当时的温度,以钢尺进行尺长改正,往返测一测回,在不影响施工的情况下再测一至二次,待数据稳定时为最好。

4、回弹量计算

回弹量计算公式为:

δ=H2-H1

其中:

H1为开挖前回弹点的高程。

H2为开挖后回弹点的高程。

5、绘制回弹曲线图

根据回弹点的分布和回弹量,可绘制纵、横断面回弹曲线图。

四、回弹观测应提交下列成果

1、回弹观测报告

2、回弹观测点位平面布置图

3、回弹曲线图

五、回弹观测中的有关注意事项

地基回弹量是地基回弹终值和初始值之差确定的,提高二者实际观测精度是提高回弹量精度的关键。

因此施工过程中应注意以下几个问题:

1、保证水准起算点的精度和稳定性。

2、减少回弹点初始值观测的误差传递,尽量做到一次测完,数据稳定。

3、钢尺使用标准拉力,使其垂直及重锤底面和回弹标顶完好接触。

4、回弹标应放置在设计埋深,否则会影响回弹量。

§10-5建筑物的倾斜观测

观测对象：

主要是高耸的建筑物或地基有不均匀沉降的楼房

观测方法：

经纬仪投（点）法、铅垂观测法、水准测量法、其它

一、经纬仪投点法

1、一般建筑倾斜观测

在轴线延长线上安仪器仪器距楼房距离≥1.5H楼顶外边上设置一固定小点（称高点），盘左、盘右将高点投到底部墙上,取中间点作好标志，以后定期投测进行比较,量出位移量,计算倾斜度。

倾斜度计算：

平面位移量△

倾斜度

K=△/H

2、塔式建筑物倾斜观测

方法一：

在两互相垂直的轴线上对上下圆两外边缘进行投测，取中点看是否重合，若不重合则说明倾斜，根据偏差可计算倾斜度。

方法2：

原理同法1，在两互相垂直的轴线上安置仪器，测上下两圆外边缘夹角，取平分角投点，看两点是否重合，不重合则倾斜，根据偏差计算倾斜度。

二、铅垂观测法

铅垂观测法主要适用于建筑物或构件的顶部与底部之间有一定竖向通视条件进行观测的情形。

①吊垂球法

在高耸建筑物顶部或需要的高度处观测点位置上,直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备（如毫米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对于底部观测点的水平位移量和位移方向，然后计算倾斜度i。

②激光铅直仪观测法

在高耸建筑物顶部或需要的高度适当位置安置接收靶,在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪,按一定的周期进行观测,在接收靶上直接读取或量出顶部或需要高度处的水平位移量和位移方向,然后计算倾斜度i。

三、水准测量法

此法适用于根据基础沉降差间接确定刚性建筑物整体倾斜的情形。

测定沉降差异之前,先沿轴线方向、在受力体上（如柱体、剪力墙、筒体等）以及在局部特征点上（如地质条件变化处、基础形式改变处、后浇带等）设置观测点,一般与沉降观测点取得一致,利用水准测量的方法获得各周期的基础沉降差异,然后按公式推算建筑物整体倾斜量δ及建筑物的倾斜度i。

式中：

△h为基础两端点的沉降差；

D为基础两端点的水平距离；

H为建筑物的高度。

高耸建筑物倾斜观测的方法多种多样,在实际工作中应以科学、合理、经济、适用为原则灵活选用,对同一建筑物可选用多种方法施测。

对同一建筑物的不同时期、不同阶段可采用不同的方法,或对不同的建筑物采用同一方法进行倾斜观测。

但无论采用何种观测方法,均应按建筑物的倾斜观测周期定期施测。

一般情况下,高耸建筑物的倾斜观测周期可视倾斜速度每l～3个月观测一次。

如遇特殊情况,如基础附近因大量堆载或卸载、场地降雨长期积水等,导致倾斜速度加快时,应及时增加观测次数。

在倾斜观测时除合理选用仪器工具、配备可靠的技术人员外,还应选择良好的外界条件,尽量避开强日照和风荷载等因素的影响,保证倾斜观测的精度。