第三章-变形监测

土木工程与建筑学院第三章变形监测方案设计1、监测内容的确定；2、监测方法、仪器和监测精度的确定；3、基准点和变形观测点布置的确定；4、监测周期（频率）的确定。5、仪器设备及检定要求的确定。6、观测与数据处理方法的确定7、提交成果内容的确定。本章主要内容土木工程与建筑学院方案设计的原则a．在确定监测方法方面，充分考虑地形、地质条件及监测环境，选择相适应的监测方法，人工直接监测和自动监测相结合。b．在监测仪器选择方面，不要片面追求高、精、尖、多、全。监测仪器一般应满足精度、可靠度、牢固可靠三项要求，统筹考虑安排。c．测点的布设不宜过多，但要保证观测质量。一般情况下，主要测点的布设应能控制结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。d．各个不同的监测方案，需要进行方案的比较和验证工作，使监测工作做到技术上有保证，经济上可行，实施时安全，数据上可靠，特别要强调的是应避免“唯武器论”，单方面追求高精度、自动化、多参数，脱离工程实际需要的监测方案。土木工程与建筑学院•基准点、工作基点和监测点要固定；•采用固定的观测路线和观测方法；•使用固定的监测仪器和设备；•固定观测人员；•在基本固定的环境和条件下工作。变形监测五固定原则土木工程与建筑学院3.1监测内容监测内容的确定主要主要根据监测工程的性质和要求，在收集和阅读工程地质勘察报告、施工组织计划的基础上，根据施工周围的环境确定变形监测的内容。如：建筑物的变形监测就可能包含建筑物的沉降监测、水平位移监测、倾斜监测、裂缝监测以及挠度监测等。对于危岩滑坡的成灾条件，变形监测则主要包括：危岩、滑坡地表及地下变形的二维（X、Y方向）或三维（X、Y、Z方向）位移、倾斜变化的监测；有关物理参数――应力应变、地声变化的监测；环境因素――地震、降雨量、气温、地表（下）水等的监测。土木工程与建筑学院3.2监测方法和仪器的选择变形监测方法和仪器的选择主要取决于工程地质条件以及工程周围的环境条件，根据监测内容的不同可以选择不同的方法和仪器。选择仪器时一般要注意1.选择观测仪器必须从监测实际情况出发，选用的仪器应能满足监测精度的要求。2.在选用仪器时，既要注意环境条件，又要避免盲目追求精度。3.仪器应该有足够的量程，一般要满足监测的要求。4.一般说来，电测仪器的适应性不如机械仪器仪表，而机械仪器仪表的适应性又不如光学仪器。5.静态观测与动态观测的选择。土木工程与建筑学院静态监测与动态监测的关系1.由于观测条件的影响，静态监测一般应避开阳光太强或暴风雨的恶劣天气，而这时候才是变形体变形和振动幅度最明显的时候；动态监测是全天候的，可以监测任何时候的变形。2.静态监测可以不同精度监测建筑物的不同部位，而动态监测特别是GPS只能监测变形较大的位移等。3.静态监测体现的是相对于建筑物竣工状态的变化情况；而动态监测则是在建筑物正常运营的状态下进行的实时监控，体现了在各种荷载（特别是动荷载）情况下的瞬时状态。4.由于两者以上不同的特点，故静态监测与动态监测可以相辅相成，全面监测建筑物的运营状态，以达到共同监测建筑物安全的目的。3.2监测方法和仪器的选择土木工程与建筑学院3.3变形监测精度的确定1.典型精度是lmm或相对精度为10-6。2.特种工程设备(例如高能加速器，大型天线)，要求变形观测的精度高达0.1mm。3.滑坡变形测定精度一般在10～50mm之间。制定变形观测的精度取决于变形的大小、速率、仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等。国际测绘工作者联合会（FIG）第13届会议（1971年）指出为确保建筑物的安全，则其观测的误差应小于允许变形值的1／10-1／20；如果是为了研究变形的过程，则其误差应比上面这个数值小得多，甚至应采用目前测量手段和仪器所能达到的最高精度。土木工程与建筑学院大坝变形观测典型精度观测内容沉降量/mm水平位移/mm基岩上的混凝土坝11压缩土上的混凝土坝22土坝的施工期间105～10土坝的运营期间53～5滑坡监测的精度要求类型水平位移监测的点位中误差（mm）垂直位移监测的高程中误差（mm）地表裂缝的观测中误差（mm）岩质滑坡6.03.00.5土质滑坡121053.3变形监测精度的确定土木工程与建筑学院建筑变形测量的级别、精度指标及适用范围变形测量等级沉降观测位移观测主要适用范围观测点测站高差中误差（mm）观测点坐标中误差（mm）特级±0.05±0.30特高精度要求的特种精密工程的变形测量一级±0.15±1.0地基基础设计为甲级的建筑的变形测量；重要的古建筑和特大型市政桥梁等变形测量等二级±0.50±3.0地基基础设计为甲、乙级的建筑的变形测量；场地滑坡测量；重要管线的变形观测；地下工程施工及运营中变形测量；大型市政桥梁变形测量等三级±1.50±10.0地基基础设计为乙、丙级的变形测量；地表、道路及一般管线的变形测量；中小型市政桥梁变形测量等3.3变形监测精度的确定土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院［例1］某建筑物为框架结构，基础土层为高压缩性土，相邻两沉降观测点(埋设在柱基上)的距离=8m，建筑物的倾斜不允许超过3‰求任一观测点高程中误差。解：由于建筑物地基上两点差异沉降量允许值为而一般观测误差为变形量的1/10，故m差=2.4mm而hi=HB-HA为两次高程之差故：hmm2Hhmm2mH=mΔ/2=1.2mm所以)(248003.0003.0mml因差异量为两点高差之差Δ=h1-h28m3.3变形监测精度的确定土木工程与建筑学院3.4监测部位和测点布置的确定一、变形监测的测量点分类变形监测的测量点，一般分为基准点、工作基点和变形观测点3类。•1.基准点•基准点是测定工作基点和变形点的依据。•基准点的通常埋设在稳固的基岩上或变形区域以外，长期保存稳定不动。•一般应建立至少3个基准点，以便相互检校，确保坐标系统的统一。•应采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移基准点宜采用双金属标或钢管标。•变形监测中设置的基准点应定期复测，并对其稳定性进行分析。土木工程与建筑学院观测墩浇筑3.4监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院观测墩形式3.4监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院水平位移监测基准点3.4监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院3.4监测部位和测点布置的确定2.工作基点•现场设置可以直接观测变形点并且相对稳定的测量控制点即工作基点。•工作基点宜采用带有强制归心装置的观测墩，垂直位移监测工作基点可采用钢管标。•对通视条件较好的小型工作，可不设工作基点。•在基准点上直接观测变形观测点。工作基点要求观测期间保持点位稳定，其点位由基准点定期检测。土木工程与建筑学院3.4监测部位和测点布置的确定3.变形观测点•变形观测点是直接布设在变形体上的敏感位置能反映建筑物变形特征的测量点，又称观测点。•设立在能反映监测体变形特征的位置或监测断面上。需要时，还应埋设一定数量的应力、应变传感器。•变形观测点布设后，应在稳定后方可开始观测，一般不宜少于15天。土木工程与建筑学院变形部位和测点布置原则：1．在满足监测目的前提下，测点数量和布置必须是充分的、足够的；同时测点宜少不宜多，不能盲目设置测点。2．测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。主要测点的布设应能反映结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。3．测点的布置对观测工作应该是方便的、安全的。4．应该布置一定数量的校核性测点，以保证观测结果绝对可靠，另一方面也可提供多余观测数据，供分析时采用。5．观测点应该布置在点位稳定并能长期保存的地方，同时要求观测点与建筑物牢固地结合在一起，这样观测点的变形量，就代表了建筑物的变形。3.4监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院•变形监测平面网是小型的、专用的、高精度的。通常由三种点、两种等级的网组成：1．基准点。2，工作点。工作点与基准点构成变形监测的首级网。3．变形监测点。变形监测点与工作点组成次级网。4.变形监测网3.4监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院3.5变形监测频率的确定•1.变形监测的频率取决于变形的大小、速度以及观测的目的。•2.通常，在工程建筑物建成初期，变形的速度比较快，因此观测频率也要大一些。经过一段时间后，建筑物趋于稳定，可以减少观测次数，但要坚持定期观测。•3.对于周期性的变形，在一个变形周期内至少应观测两次。一个周期所有的工作必须在所允许的时间间隔内完成，否则将歪曲目标点坐标值。土木工程与建筑学院3.6监测的预警•每一临界值由允许变化总量和单位时间允许变化量两个部分进行控制。•预警值是一个定量指标，在其允许范围内可认为工程是安全的，否则认为工程处于不稳定状态，将对工程自身及其周围环境产生有害影响。确定预警值时应注意下列基本原则：•目前，预警值的确定主要参照现行规范和规程的规定值、设计预估值和经验类比值，必要时还需召开专家会议讨论。例如，某基坑的周边环境的监测报警值应由主管部门提供，若主管部门没有提供，那么可根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009中关于基坑周边环境监测报警值的要求来确定。土木工程与建筑学院建筑基坑工程周边环境监测报警值项目监测对象累计值变化速率(mm/d)备注绝对值倾斜1地下水位变化1000-500-2管线位移刚性管道压力10～30-1～3直接观察点数据非压力10～40-3～5柔性管线10～40-3～5-3邻近建（构）筑物最大沉降10～60---差异沉降-2/10000.1H/1000注：1.H-为建（构）筑物承重结构高度。2.第3项累计值取最大沉降和差异沉降两者的小值3.6监测的预警土木工程与建筑学院§3.7变形网设计变形监测控制网的原则:1.变形监测网应为独立控制网。2.变形监测控制点埋设的位置最好能选在沉降影响范围之外，又要考虑不能将基准点处于网的边缘。3.布网图形应与变形体的形状相适应。4.要考虑哪些点位在特定方向上的精度要求要高一些，应有所侧重。5.由于边短，所以要尽可能减少测站和目标的对中误差。6.测站点应建造具有强制对中器的监测墩，用以安置测角仪器和测距仪。土木工程与建筑学院控制网§3.7变形网设计土木工程与建筑学院•工程控制网布网的目的是为了保证工程的各个部位能处在一定的相互关系当中。衡量控制网等级的一个重要指标就是网的最弱边。•变形网布网的目的是为了测定网点的变形，而网点之间的相对精度则不是主要的。由于布网的目的不同，影响网的质量因素也就不同，强调观测条件相同。1.布网的目的不同与工程控制网相比变形网的特点：§3.7变形网设计•工程控制网布网时，网点的选择一般是对网形要求较高，网点之间构成的图形要规则，最好是等边三角形。•而变形网则完全根据变形测量的需要来布设网点，主要强调点位稳定。2.布网的原则不同土木工程与建筑学院3.变形网的多余观测多•变形网图形复杂，多余观测多。工程控制网平差时既可以按条件平差，也可以按间接平差。而变形网由于图形复杂，变形网一般采用间接平差进行平差。§3.7变形网设计土木工程与建筑学院•变形测量网的边长一般在几百米，最多1km左右，即使是专用于地震监测的变形监测网边长也多在1km左右，但观测往往是按国家一、二等精度要求进行，或采用最先进的仪器。而高精度仪器主要集中在地震部门和水电部门，目前这些先进的仪器也主要用于变形监测。4.变形网边短，精度高5.变形网可以没有已知数据§3.7变形网设计土木工程与建筑学院3.8综合变形监测系统•在坝顶、1号和3号廊道内设置了激光准直系统；•在1号和3号廊道中还分别进行了“引张线法”和“测小角法”•在主坝段埋设了3条倒锤，用于测定大坝的挠度。•在主坝的下游，设计了一个变形观测参考网，参考网以一等三角测量精度观测(角度测量中误差为土0.5)，从参考网点用前方交会法测定大坝下游面上目标点的位移。•用精密水准测量测定坝和基础的沉陷以及基础的倾斜•另外，还在底层廊道中设置了静力水准测量网，可以和几何水准测量成果互相校核。土木工程与建筑学院1工程概况2岩土工程条件及周边环境状况3监测目的和依据4监测内容5基准点、监测点的布置6