變形測量-第五章(1)變形觀測與數(shù)據(jù)處理

1、相關(guān)內(nèi)容：1.變形量、變形監(jiān)測的內(nèi)容；2.精度與周期；3.測點設(shè)置；4.觀測方法（沉降、傾斜、液體靜力水準(zhǔn)測量、水平位移觀測、撓度和裂縫觀測、日照和風(fēng)振測量、變形測量）；5.成果整理。一、表達(dá)變形量的指標(biāo)：移動量、變形量。二、監(jiān)測內(nèi)容：建筑變形包含建筑物本身（基礎(chǔ)與上部）、建筑地基及其場地的變形。 (1)傾斜觀測； (2)位移觀測； (3)裂縫觀測； (4)撓度觀測； (5)擺動和轉(zhuǎn)動觀測。 然后以荷載或時間為橫坐標(biāo)，以累積變形為縱坐標(biāo)，繪制各種變形曲線，以便了解變形的幅度和趨勢，預(yù)估可能穩(wěn)定的時間及建筑物的安全狀況。（1）移動指標(biāo)：下沉Wi，水平移動Ui（2）變形指標(biāo)：傾斜i，曲率K，水平變

2、形 (1)一棟房屋，如果其整體剛度很大，如果僅有下沉，或者水平移動，是不會造成損害的。 (2)相反，如果傾斜超過一定的值，或者曲率、水平變形超過一定的值，是會造成嚴(yán)重?fù)p害的。 為了了解引起破壞的量的特征，必須區(qū)分移動與變形指標(biāo)。 下沉：某點計算時刻的高程減初始時刻的高程； 水平移動：某點到控制點的距離的變化； 傾斜：相相鄰兩工作點的下沉差除以其距離； 曲率：兩曲線段的傾斜差求得兩曲線段中點的曲率，即平均傾斜的變化。 水平變形：相鄰兩點的水平移動量不等而引起變形。(1)下沉：(2)水平移動：iiiHHW0iiiLLU0 傾斜: 曲率: 水平變形:2323SWWi)(2134232334234SS

3、iiK2323SUU 建筑物變形包括：建筑物本身、建筑地基、場地變形。對建筑物上部變形而言：（1）傾斜觀測；（2）位移觀測；（3）裂縫觀測；（4）撓度觀測；（5）擺動和轉(zhuǎn)動觀測。 觀測精度：有的有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，有的即使沒有規(guī)范，可參考同類型的其他監(jiān)測。 四個角點、中點、轉(zhuǎn)角處設(shè)置。此外： (1)沿周邊每隔10-20m； (2)有沉降縫的兩側(cè)； (3)內(nèi)部承重墻或支柱； (4)建筑物縱、橫軸線。例2：匯源大廈高28層，為滿足湘江大道功能需要，其托換工程監(jiān)測作業(yè)按有關(guān)文獻(xiàn)，以及托梁設(shè)計最大允許不撓度4mm為依據(jù)。監(jiān)測精度按高精度要求的大型建筑物變形測量一級要求，即視線長度不大于30m，前后視距差不大

4、于0.7m，前后視距累積差不大于1.0m，視線高度不小于0.3m，觀測點高差中誤差不大于 0.15mm，此要求同于特高精度要求的建筑物絕對沉降量的觀測中誤差 0.5mm的觀測中誤差不應(yīng)超過變形允許值的1/6。 (1)基坑回彈觀測：由于大型基坑開挖后，卸除了地基土的自重，引起回彈； (2)地基土分層沉降觀測：測定大型建筑物地基內(nèi)部各分層土的沉降量、沉降速度、有效壓縮層厚度； (3)建筑場地沉降觀測：包括相鄰地基沉降、場地地面沉降。 生物工程中心擋墻監(jiān)測實例。 某工程中心擋墻采用土釘加肋柱梁支擋結(jié)構(gòu)體系,土釘間距.m.m,成孔直徑127mm，孔深14m不等,擋土墻坡面采用厚100mm、20強度等級

5、的噴射混凝土。如圖所示,西向擋墻長m，高m,其中BC段長m，采用人工挖孔灌注樁根，自北向南編號14，樁徑,主筋為根直徑mm鋼筋,孔深14.518.0m,樁長15.018.5m不等,地面標(biāo)高-.5m,樁頂標(biāo)高.m，持力層為強風(fēng)化板巖。南側(cè)擋墻CD長22m，采用與西向擋墻段相同的結(jié)構(gòu)。原有擋墻破壞機理及安全對策該工程前期,原有擋墻曾在BC段發(fā)生過兩次破壞,并造成一定的不利影響。其中西向AB擋墻南側(cè)3m處,從工程中心主體建筑人工挖孔樁基礎(chǔ)揭露地層情況看,孔深24m處仍為人工填土,后經(jīng)查實,此處為古采石場遺址,地基土成分較為復(fù)雜。因此在原擋墻設(shè)計與施工時,工程地質(zhì)情況不明是產(chǎn)生失穩(wěn)的主要原因,原有坡體

6、疏水措施不到位,擋墻排水系統(tǒng)不暢,造成土體遇水強度降低,從而增加了擋墻失穩(wěn)破壞的可能性。而古采石場人工填土深度及范圍的復(fù)雜性又增加了工程設(shè)計的難度與不確定性。從原有擋墻受剪破壞以及擋墻背部土體的圓弧形破壞特征應(yīng)證了以上工程分析的可行性。工程經(jīng)整改后,采用現(xiàn)有方案設(shè)計與施工,但工程竣工后,共對其中18根土釘進(jìn)行拉拔試驗,發(fā)現(xiàn)其中有兩根未達(dá)到設(shè)計要求,為確保工程中心主體的安全,需探討擋墻破壞機理,并在此基礎(chǔ)上,對擋墻進(jìn)行行之有效的變形監(jiān)測。 (1)混凝土重力壩； (2)土石壩 (3)拱壩。 幾十年的實踐，一致認(rèn)為對大壩等水工建筑物及其基礎(chǔ)的監(jiān)測可以達(dá)到三個目的： （1）監(jiān)視建筑物在初期及隨后長期運

7、行的安全； （2）在施工中不斷反饋，提高設(shè)計和施工水平； （3）通過實際工作性態(tài)的反分析，檢驗設(shè)計和施工，為提高和修正設(shè)計理論提供科學(xué)依據(jù)。 總之，原型監(jiān)測的主要目的是證實壩體安全的問題。為加強監(jiān)測工作，世界各國在管理體制、規(guī)章制度、儀器設(shè)備、資料整理分析以及自動化監(jiān)測等方面都有較快的發(fā)展。（1）30左右是由于遭遇特大洪水，設(shè)計洪水偏低和泄洪設(shè)備失靈，引起洪水漫壩而失事；（2）27左右是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外的結(jié)構(gòu)事故（如假設(shè)的荷載過分樂觀）；（3）20是地下滲漏引起揚壓力過高，滲漏量增大，滲透坡降過大引起壩基滲透變形等；（4）11是由于大壩老化，建筑材料變質(zhì)（如開裂、侵蝕和風(fēng)化）以

8、及施工質(zhì)量等原因，使材料強度降低，而引起的失事；（5）12是其他不同的特有原因所致。 土石壩的變形分為豎直方向的變位（沉降），上、下游方向的變位和沿壩軸線方向的變位等三個分量。由于土石壩是由多種材料組成的散粒體，在荷載的作用下，特別是豎直位移要比混凝土壩要大得多，變位的大小和變位的時間性對壩體的安全富裕度以及防止裂縫的出現(xiàn)等都是重要的影響因素。 影響土石壩變形的因素有壩型、剖面尺寸、筑壩材料、施工程序和質(zhì)量。壩基的地形、地質(zhì)及水庫水位的變化情況等等。由于這些因素錯綜復(fù)雜，有些因素難以定量描述，因此，理論上通常用統(tǒng)計模型的方法分析。 （1）沉降。沉降是指在荷載的作用下，沿豎直方向發(fā)生的位移。它主

9、要分為三個階段：初始沉降，固結(jié)沉降和次壓縮沉降。 初始沉降是壩體及其基礎(chǔ)發(fā)生的壓縮變形，這部分沉降在填筑過程中發(fā)生，土石壩在施工期發(fā)生的沉降主要部分就是初始沉降。固結(jié)沉降是由于土體固結(jié)，土顆粒間的孔隙水逐漸排出而引起的沉降，其中透水性強的土石壩固結(jié)完成較快。次固結(jié)沉降是土體中顆粒骨架在持續(xù)荷載作用下發(fā)生的蠕變所引起的。大量觀測資料表明：土石壩在施工過程中，隨填筑土石料的重量增加而產(chǎn)生的壓縮變形占相當(dāng)大的部分，竣工后，其變形有逐漸收斂的趨勢。 綜上所述，在壩型、壩高、筑壩材料和填筑方法以及邊界條件等一定的情況下，土石壩的沉降量在施工期主要與筑壩高度和含水量有關(guān)，而在運行期主要受固結(jié)影響，其中在最

10、初12年內(nèi)沉降增加較快，而后逐漸穩(wěn)定；同時還受水位和溫度的影響。 （2）水平位移。由沉降的成因及影響因素分析，土石壩在施工期主要產(chǎn)生沉降，同時附帶產(chǎn)生水平位移。在運行期，由于水壓力或滲透力的豎向分力引起壩的沉降，而水平分力的作用，則產(chǎn)生水平位移；同時在土體的固結(jié)和次固結(jié)過程中，由于側(cè)向膨脹，在產(chǎn)生沉降的同時還引起水平位移。在初期，因土體濕化，上游坡的水平位移指向上游，當(dāng)庫水位升高并持續(xù)一定時間，水平位移指向下游，水位下降后位移又向上游回彈。因此水平位移的影響主要受時間、水位等因素的影響。 因此，在土石壩變形中以垂直位移(沉降量) 為最大，其安全監(jiān)控應(yīng)以沉降量為主。 混凝土壩觀測位移中存在兩部分

11、位移：其一是彈性位移；其二是隨時間和荷載而變的非線性位移（俗稱時效位移），它包括壩體混凝土和基巖的徐變以及壩基的裂隙、節(jié)理和其他軟弱構(gòu)造等在尾礦重力作用下發(fā)生的壓縮和塑性變形，就宏觀來講，該項位移的變化特點是在排泥初期（或壩體灌漿加固等措施一、二年內(nèi)）變化急劇。而后隨著時間的推移而漸趨穩(wěn)定。 然而，時效位移的變化規(guī)律反映大壩的工作狀態(tài)。當(dāng)時效位移突然增大或急劇變化時，這是大壩或地基病態(tài)工作的征兆。 常用水準(zhǔn)測量方法。與一般水準(zhǔn)測量的區(qū)別是視線短，一次安置儀器可有多個前視點。 在不同觀測周期，將儀器安置在同一位置觀測。一般采用三等水準(zhǔn)要求，重要設(shè)施，按二等水準(zhǔn)要求。 對水工建筑物：通常要求工作基

12、點與控制點聯(lián)測，按一等水準(zhǔn)要求(線路固定，儀器點和立尺點固定)，工作點按二等水準(zhǔn)要求，工作點組成附合水準(zhǔn)路線。(1)水準(zhǔn)測量的方法；(2)液體靜力水準(zhǔn)測量的方法；(3)氣泡式傾斜儀。(1)各種對中設(shè)備的誤差分析 主要強制對中法，常用于重要建筑物和大壩。包括：支承托架式強制對中器；三點式強制對中器；旋進(jìn)式強制對中器。(2)覘標(biāo)的選用：邊長變化懸殊，采用不等寬的覘標(biāo)?？梢宰灾埔棙?biāo)。(3)觀測墩：底板埋設(shè)在凍土層以下0.5m，有條件時最好直接澆筑在基巖上。觀測墩的高度大于0.8m，以減小折光影響。(1)視準(zhǔn)線法：在被測物體兩端設(shè)置固定點，將儀器置于一端，另一端設(shè)置覘標(biāo)，則瞄準(zhǔn)后，經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線面形成

13、一個基準(zhǔn)面，利用此基準(zhǔn)面來觀測位移的方法稱為視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)線法包括測小角法和活動覘牌法(利用一種附有精密讀數(shù)裝置的活動覘牌來直接測定偏距值)；(2)激光準(zhǔn)直法：利用發(fā)射收斂性良好的激光，在觀測點上安置具有特殊結(jié)構(gòu)的覘牌；(3)長度變化測量儀：精確確定兩點間距離的變化。包括：主體、基礎(chǔ)、獨立構(gòu)筑物的撓度測量。精度：可按整體變形的觀測中誤差不應(yīng)超過允許垂直偏差值的1/10，結(jié)構(gòu)段的觀測中誤差不應(yīng)超過允許值的1/6。(1)裂縫產(chǎn)生的原因：地基處理不當(dāng)、不均勻沉降、地表和建筑物相對滑動、局部過大拉應(yīng)力、混凝土澆灌或養(yǎng)護(hù)問題、水溫、氣溫或其他問題。(2)測量裂縫分布位置、走向、長度、寬度及其變化程度。對需要測量的裂縫應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一編號，每條裂縫應(yīng)觀測2組數(shù)據(jù)(一組在最寬處，另一組在裂縫未端)，寬度數(shù)據(jù)應(yīng)量到0.1mm，必要時附照片。 在溫度和風(fēng)荷載作用下，建筑物會產(chǎn)生來回擺動。因而需要進(jìn)行日照和風(fēng)振動態(tài)變形測量。 (1)日照變形測量：宜選擇在夏季高溫天進(jìn)行，每一小時觀測一次； (2) 風(fēng)振變形測量：在高層、超高層建筑物的強風(fēng)作用時間段內(nèi)同步測定建筑