第10章+建筑物的变形测量-1

1第十章建筑物的变形观测•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2§10-1变形观测概述1、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。32、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）43、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。5§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》6建筑变形测量的等级及其精度要求沉降观测位移观测变形测量等级观测点测站高差中误差(mm)观测点坐标中误差（mm）适用范围特级≤0.05≤0.3特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测一级≤0.15≤1.0高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测二级≤0.50≤3.0中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测三级≤1.50≤10.0低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测《建筑变形测量规程》JGJ/T8-977二、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。8（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=?9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。vkmt2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。kvtm2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。10观测频率的确定，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。11三、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。12（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。13§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。14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±0.070.150.2DS0.5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±0.130.300.5DS0.5型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测三等±1.0±0.300.600.8DS0.5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±0.701.402.0DS0.5或DS1型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要求施测nnnnnnnn注：n为测段的测站数15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。16二、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。17（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。18三、沉降点的埋设19四、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。20五、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。21观测次数观测时间各观测点的沉降情况施工进展情况荷载情况/（t/m2）123…高程/m本次下沉/mm累积下沉/mm高程/m本次下沉/mm累积下沉/mm…11998.02.1040.3540040.37300…上一层楼板203.2240.350-4-440.368-5-5…上三层楼板45304.1740.345-5-940.365-3-8…上五层楼板65405.1240.341-4-1340.361-4-12…上七层楼板75506.0640.338-3-1640.357-4-16…上九层楼板85607.3140.334-4-2040.352-5-21…主体完115709.3040.331-3-2340.348-4-25…竣工812.0640.329-2-2540.347-1-26…使用91999.02.1640.327-2-2740.346-1-27…1005.1040.326-1-2840.344-2-29…备注：此栏应说明点位草图、水准点号码及高程、其他沉降观测记录表工程名称：某医院门诊楼记录：计算：校核：22（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。2324681012246810124060801001203915212733P荷载t/m2S累计沉降量/mmT时间（1998）（1999）12沉降曲线图24§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。25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。26(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。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。271