建筑物變形監(jiān)測(cè)的精度設(shè)計(jì)課件

第二章變形觀測(cè)方案設(shè)計(jì)重要工程建筑物，從施工到竣工，以及竣工后整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間都可能要不斷地或周期性地監(jiān)測(cè)建筑物的變形情況。一般來(lái)說(shuō)，由于各種因素的影響，工程建筑物及其設(shè)備在其運(yùn)營(yíng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生變形，在一定的限度之內(nèi)，變形可以認(rèn)為是正常的現(xiàn)象，但如果這種變形超過(guò)了規(guī)定的限度，就會(huì)影響建筑物的正常使用，會(huì)危及建筑物的安全，造成生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失。不同的工程建筑物需不同的觀測(cè)方案。變形觀測(cè)方案設(shè)計(jì)主要包括：監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和目的；監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置；變形監(jiān)測(cè)方法；使用工具(檢驗(yàn))；觀測(cè)精度；觀測(cè)周期；重大項(xiàng)目：監(jiān)測(cè)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)?！?-1變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)分為穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。埋設(shè)在變形影響范圍以外或基巖上的穩(wěn)定不動(dòng)的測(cè)量控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)；基準(zhǔn)點(diǎn)如果離被觀測(cè)目標(biāo)較遠(yuǎn)，工作不方便，觀測(cè)誤差大，埋近了，又不穩(wěn)定，所以一般采用兩級(jí)控制。使用時(shí)需對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。將設(shè)在離觀測(cè)點(diǎn)較近的基準(zhǔn)點(diǎn)稱為工作基點(diǎn)。這樣，由穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組成了首級(jí)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)。由于工作基點(diǎn)離觀測(cè)點(diǎn)較近，可能在變形區(qū)內(nèi)(不穩(wěn)定)，其位移量是通過(guò)對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的重復(fù)觀測(cè)來(lái)確定。由工作基點(diǎn)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，測(cè)得觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于工作基點(diǎn)的位移量，再根據(jù)工作基點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的位移量來(lái)修正觀測(cè)點(diǎn)的位移值。當(dāng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的兩種控制點(diǎn)不需要區(qū)分時(shí)，統(tǒng)稱為基準(zhǔn)點(diǎn)。工作基點(diǎn)獨(dú)立稱呼時(shí)，說(shuō)明該點(diǎn)可能不穩(wěn)定。一、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在被觀測(cè)的目標(biāo)上，為對(duì)觀測(cè)點(diǎn)實(shí)施觀測(cè)還需建立基準(zhǔn)點(diǎn)。水平位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)主要技術(shù)要求變形測(cè)量的等級(jí)劃分及精度要求P3(工程測(cè)量規(guī)范)變形測(cè)量的等級(jí)劃分及精度要求對(duì)于同類工程建筑物，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、形狀不同，要求的精度也有差異。即使同一建筑物，不同部位的精度要求也不同。普通的工業(yè)與民用建筑，變形觀測(cè)的主要內(nèi)容是基礎(chǔ)沉陷和建筑物本身的傾斜。一般來(lái)講，對(duì)于有連續(xù)生產(chǎn)線的大型車間(鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物)，通常要求觀測(cè)工作能反映出2mm的沉陷量，因此，對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)高程的精度，應(yīng)在lmm以內(nèi)。特種工程設(shè)備(例如高能加速器，大型天線)，要求變形觀測(cè)的精度高達(dá)0.1mm。攔河大壩是一類典型的工程建筑物，變形觀測(cè)的精度要求概括在表2-2(大壩變形觀測(cè)典型精度)中?；伦冃螠y(cè)定精度一般在10～50mm之間。

大壩變形觀測(cè)典型精度高層建筑的劃分標(biāo)準(zhǔn)1、高層建筑：8-19層，高度小于60米2、超高層建筑：大于或等于20層，高度大于60米(一)按允許變形值求觀測(cè)中誤差變形測(cè)量工程采用表2-1中哪個(gè)等級(jí)，須通過(guò)建筑物的允許變形值(表2-3)推算求得。建筑物的允許變形值，一般由建筑工程規(guī)范中規(guī)定或由設(shè)計(jì)單位提出。［例1.1］某大樓高90m，箱形基礎(chǔ)長(zhǎng)L1＝35m，寬L2＝25m，求沉陷觀測(cè)點(diǎn)高程中誤差。查表2-3多層和高層建筑基礎(chǔ)的傾斜允許變形值：由下式計(jì)算得出：式中，H1、H2分別為1、2點(diǎn)的沉陷值；L為1、2兩點(diǎn)平距。則沉降值之差：50mm是1、2兩觀測(cè)點(diǎn)沉降允許差值，取允許值的1/20，則沉降差值的中誤差：［例1.2］某框架結(jié)構(gòu)，地基為高壓縮性土，相鄰兩沉降觀測(cè)點(diǎn)距離8米，求觀測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)量中誤差。由表2-3查得相鄰觀測(cè)點(diǎn)的差異沉降量的允許值：差異沉降觀測(cè)值中誤差取0.1倍允許值，則：因：大樓沉降觀測(cè)取三等精度較適宜。

變形測(cè)量的等級(jí)劃分及精度要求［例1.3變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)］［一.2級(jí)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度分析］設(shè)Q點(diǎn)是變形監(jiān)測(cè)的最弱點(diǎn)。計(jì)算由工作基點(diǎn)C至Q的誤差。采用閉合水準(zhǔn)線路測(cè)量。設(shè)一個(gè)測(cè)站為單位權(quán)觀測(cè)，m0=0.5mmQ點(diǎn)的權(quán)：Q點(diǎn)的測(cè)量誤差為m2：［二.1級(jí)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度分析］設(shè)A為基準(zhǔn)點(diǎn)，C為工作基點(diǎn)。采用閉合水準(zhǔn)線路測(cè)量。設(shè)一個(gè)測(cè)站為單位權(quán)觀測(cè)，m0=0.15mmC點(diǎn)的權(quán)：C點(diǎn)的測(cè)量誤差為m1：圖1-2閉合水準(zhǔn)線路圖位移測(cè)量技術(shù)要求二、變形觀測(cè)頻率1.定義：相鄰兩次變形觀測(cè)的間隔時(shí)間為變形觀測(cè)周期，簡(jiǎn)稱觀測(cè)周期。2.確定的基本原則根據(jù)建(構(gòu))筑物的特征、變形速率、觀測(cè)精度要求和工程地質(zhì)條件及施工過(guò)程等因素綜合考慮。觀測(cè)過(guò)程中，根據(jù)變形量的變化情況，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。通常應(yīng)使觀測(cè)的次數(shù)能反映出變化的過(guò)程。(一)沉降觀測(cè)頻率3.實(shí)際工作中，通常按荷載階段和變形是否穩(wěn)定確定觀測(cè)周期；第一階段，從基礎(chǔ)施工開始，對(duì)地基的荷載逐漸增加，到滿荷載為止，該階段是沉降最快階段，對(duì)于一般高樓建筑通常每升高1～2層觀測(cè)1次，或根據(jù)施工進(jìn)度7～15d觀測(cè)一次；第二階段，從滿荷載到沉降趨向穩(wěn)定階段(日沉降量0.01～0.04mm/d認(rèn)為穩(wěn)定)，一般1個(gè)月、2個(gè)月、3個(gè)月、半年不等至沉降停止。有些建筑需終生觀測(cè)直至報(bào)廢，觀測(cè)周期可1年、2年不等。如在觀測(cè)過(guò)程中變形速度異常、雨水浸泡、地震等，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，以監(jiān)視建筑物動(dòng)態(tài)變化，保證安全施工或使用。變形觀測(cè)周期與頻率

有些工程工期較短，但在施工期間的觀測(cè)次數(shù)通常不少于4次，否則不能取得正確的變形特征值,一般建筑物觀測(cè)次數(shù)不少于5次。

通常，在工程建筑物建成初期，變形的速度比較快，因此觀測(cè)頻率也要大一些。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，建筑物趨于穩(wěn)定，可以減少觀測(cè)次數(shù)，但要堅(jiān)持定期觀測(cè)。如瑞士的Zeuzier拱壩在正常運(yùn)營(yíng)20多年后才出現(xiàn)異常，如果沒(méi)有堅(jiān)持定期觀測(cè)，就無(wú)法發(fā)現(xiàn)，就會(huì)發(fā)生災(zāi)害。

坑底地面下沉地表觀測(cè)點(diǎn)沉降和沉降速率隨時(shí)間變化的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)曲線

變形觀測(cè)指導(dǎo)工程建設(shè)實(shí)例

.2.蘇州虎丘塔地基加固蘇州市虎丘塔，塔底直徑13.66m，高47.5m，荷重63000kN，全部塔重支撐在內(nèi)外12個(gè)磚墩上。該塔因破損較大于1956～1957年進(jìn)行了上部結(jié)構(gòu)的修繕，但塔體荷重增加了約2000kN，同時(shí)加速了塔體的不均勻沉降。塔頂位移由1957年的1.7m發(fā)展到1978年的2.3m。下臥壓縮層厚度不等以及磚砌體受到偏心受壓是造成塔身傾斜惡化的主要原因。地表可壓縮土層，粘土，粉砂等不可壓縮層，如巖石，密實(shí)砂土等整治方案，首先采用挖孔樁方法沿塔身四周建造排樁式地下連續(xù)墻，然后在塔身內(nèi)外地基內(nèi)進(jìn)行鉆孔灌注水泥漿加固。為了避免施工過(guò)程中對(duì)建筑物地基的過(guò)大擾動(dòng)，為此組織了施工期的變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)人員所承擔(dān)的責(zé)任是及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的變形并及時(shí)報(bào)警。

建筑物沉降觀測(cè)的精度和水平位移觀測(cè)精度分別取為0.1mm（一等變形網(wǎng)，高于一等水準(zhǔn)測(cè)量）和0.3mm，這樣，就為施工階段的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)提供了科學(xué)的參照依據(jù)。施工至兩個(gè)月時(shí)，發(fā)現(xiàn)連續(xù)3d內(nèi)，南北兩個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的高差讀數(shù)擴(kuò)大了0.3mm，平均沉降速率達(dá)到0.1mm／d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出結(jié)構(gòu)物正常的沉降速率。經(jīng)與其他觀測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和周密分析之后，監(jiān)測(cè)人員迅速發(fā)出沉降速率過(guò)大的警報(bào)。2.5變形監(jiān)測(cè)方案的制定一、變形監(jiān)測(cè)方案的制定變形監(jiān)測(cè)方案的制定必須建立在對(duì)工程場(chǎng)地的地質(zhì)條件、施工方案、施工周圍環(huán)境詳盡的調(diào)查了解基礎(chǔ)之上，同時(shí)還需與工程建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位以及有關(guān)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)。由于變形監(jiān)測(cè)方案的制定將影響到觀測(cè)的成本、成果的精度和可靠性，因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真、全面地考慮。一般地，變形監(jiān)測(cè)方案制定的主要內(nèi)容有：①監(jiān)測(cè)內(nèi)容的確定；②監(jiān)測(cè)方法、儀器和監(jiān)測(cè)精度的確定；③施測(cè)部位和測(cè)點(diǎn)布置的確定；④監(jiān)測(cè)周期(頻率)的確定。2.1變形觀測(cè)內(nèi)容、精度與周期1.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目其確定主要根據(jù)監(jiān)測(cè)工程的性質(zhì)和要求，在收集和閱讀工程地質(zhì)勘察報(bào)告、施工組織計(jì)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工周圍的環(huán)境確定變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。例如：對(duì)建筑物的變形監(jiān)測(cè)就可能包含建筑物的沉降監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、傾斜監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)以及撓度監(jiān)測(cè)等；對(duì)于危巖滑坡的成災(zāi)條件，變形監(jiān)測(cè)主要包括：危巖、滑坡地表及地下變形的二維(X、Y兩方向)或三維(X、Y、Z三方向)位移、傾斜變化的監(jiān)測(cè)；有關(guān)物理參數(shù)——應(yīng)力應(yīng)變、地聲變化的監(jiān)測(cè)；環(huán)境因素——地震、降雨量、氣溫、地表(下)水等的監(jiān)測(cè)。2.1變形觀測(cè)內(nèi)容、精度與周期2.監(jiān)測(cè)方法與儀器其選擇主要取決于工程地質(zhì)條件以及工程周圍的環(huán)境條件，根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同可以選擇不同的方法和儀器。例如：對(duì)于局部性的外觀變形監(jiān)測(cè)，高精度水準(zhǔn)測(cè)量，高精度三角、三邊、邊角以及測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是工程建筑物外部變形監(jiān)測(cè)的良好手段和方法。而鉆孔傾斜儀、多點(diǎn)位移儀則非常適合于工程建筑物的內(nèi)部的變形觀測(cè)。在礦山地表移動(dòng)觀測(cè)方面，常用水準(zhǔn)儀測(cè)高差，全站儀測(cè)坐標(biāo)，現(xiàn)已采用GPS監(jiān)測(cè)技術(shù)，并滿足了大變形研究的精度要求。GPS應(yīng)用于地球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)及局部地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)研究表明：監(jiān)測(cè)精度在水平速度上可達(dá)2mm／年，水平方向上形變量可達(dá)1～2mm，垂直方向形變量可達(dá)2～4mm，基線相對(duì)精度可達(dá)10-9；將GPS技術(shù)應(yīng)用到建筑物、大型基礎(chǔ)設(shè)施、局部區(qū)域、大型精密設(shè)備等工程變形監(jiān)測(cè)，精度亦達(dá)到了毫米級(jí)。因此，GPS技術(shù)滿足了礦山地表移動(dòng)監(jiān)測(cè)的精度要求。2.3基坑回彈觀測(cè)工業(yè)與民用建筑物的沉陷觀測(cè)是最常遇到的變形觀測(cè)工作，從建筑物基礎(chǔ)施工開始到工程交付使用甚至更長(zhǎng)一段時(shí)間都需進(jìn)行變形觀測(cè)。而其中的基坑回彈觀測(cè)是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。1.定義深埋大型基礎(chǔ)在基坑開挖后，由于基坑上面的荷重卸除，基坑底面(地基)隆起，稱為基坑回彈。2.回彈量回彈量因土層不同而異，一般土層、軟土層回彈量稍大，礫砂巖層回彈量稍小，弱風(fēng)化巖層一般情況下回彈量較小，而基巖層基本不回彈。3.基坑回彈觀測(cè)的任務(wù)是測(cè)定基坑開挖后的回彈量。4.目的是為改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，確定室內(nèi)地坪的適宜標(biāo)高提供重要資料。2.3基坑回彈觀測(cè)5.回彈觀測(cè)要點(diǎn)（即觀測(cè)步驟及方法）（1）首先基坑開挖之前測(cè)出設(shè)計(jì)的坑底土層的準(zhǔn)確高程，如圖(a)中的Q點(diǎn)的高程為HQ；（2）當(dāng)基坑土被取出后再?gòu)?fù)測(cè)坑底土層中Q點(diǎn)上升Q′（圖b），Q′高程為HQ′，它與初始高程之差為ΔHQ就是基坑回彈量；說(shuō)明：圖(a)中，H坪為室內(nèi)地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高，CD為設(shè)計(jì)的基坑底面，其標(biāo)高為HQ，當(dāng)土塊ABCD被取走后，CD面上升到C′D′（圖b)。（3）為保持設(shè)計(jì)坑內(nèi)標(biāo)高仍是HQ，將C′D′挖去，使原EF升至E′F′即CD高度。當(dāng)基礎(chǔ)筑完之后，E′F′即CD高度。當(dāng)基礎(chǔ)筑完之后，E′F′又被壓回到EF(圖c)。若按基礎(chǔ)設(shè)計(jì)深度h施工室內(nèi)地坪，則±0降低了ΔHQ。若按±0設(shè)計(jì)標(biāo)高施工室內(nèi)地坪，則h增加了ΔHQ尺寸。如果ΔHQ是在基礎(chǔ)施工后一段時(shí)間完成，可能導(dǎo)致整個(gè)建筑物降低了ΔHQ尺寸。由于坑底C、D、Q三點(diǎn)回彈量與下沉量也不均，可導(dǎo)致防水失敗，對(duì)工程危害極大。因此，回彈觀測(cè)，特別是軟土層深基礎(chǔ)的回彈觀測(cè)有重要意義。2.3基坑回彈觀測(cè)6.精度要求回彈觀測(cè)應(yīng)達(dá)到一定精度，一般取預(yù)計(jì)回彈量的1/10為回彈觀測(cè)高程中誤差。觀測(cè)中，常將各項(xiàng)較差取至1mm。所用儀器能讀出0.1mm的微小量。7.實(shí)例（1）準(zhǔn)備如圖所示為回彈觀測(cè)示意圖。準(zhǔn)備精密水準(zhǔn)儀和銦瓦水準(zhǔn)尺，準(zhǔn)備經(jīng)檢定的30m或50m鋼尺，以及與鋼尺標(biāo)準(zhǔn)拉力相應(yīng)的重錘兩個(gè)和投放鋼尺的支架。其觀測(cè)工作應(yīng)在開挖前后各進(jìn)行1次。開挖前觀測(cè)時(shí)，將平底重錘放入孔底，讓錘與回彈標(biāo)志頂接觸，另一端用檢定拉力將鋼尺引張。當(dāng)孔底重錘碰到標(biāo)志后，用水準(zhǔn)儀測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)與回彈標(biāo)志的高差(要注意鋼尺的零點(diǎn)值)。觀測(cè)時(shí)鋼尺估讀到0.1mm，水準(zhǔn)尺讀到0.1mm，以下湊整。（2）測(cè)回觀測(cè)順序如下：①后視水準(zhǔn)尺，調(diào)平氣泡，讀基本分劃a′1。②不動(dòng)測(cè)微器，前視鋼尺，調(diào)平氣泡讀鋼尺讀數(shù)b′1。仍不動(dòng)測(cè)微器，再重新調(diào)平氣泡，再讀鋼尺讀數(shù)三次，當(dāng)較差小于1mm時(shí)，取三次平均值得b′1。③后視水準(zhǔn)尺輔助分劃，讀法同①得a″1。④重新引張鋼尺，水準(zhǔn)儀前視鋼尺，讀法同②得b″1。2.3基坑回彈觀測(cè)⑤測(cè)量孔底與地面上的溫度，取其中數(shù)對(duì)鋼尺施加溫度改正。⑥計(jì)算高差：

式中，、分別為上、下半測(cè)回高差。①～⑤步觀測(cè)為一測(cè)回，一測(cè)回兩次高差之差為：