建筑物變形與裂縫觀測

建筑物變形與裂縫觀察傾斜觀察在進行觀察之前，首先要在進行傾斜觀察的建筑物上設立上、下兩點或上、中、下三點標志，作為觀察點，各點應位于同一垂直視準面內。如圖4-205所示，M、N為觀察點。如果建筑物發(fā)生傾斜，MN將由垂直線變?yōu)閮A斜線。觀察時，經緯儀的位置距離建筑物應不不大于建筑物的高度，瞄準上部觀察點M，用正倒鏡法向下投點得N'，如N'與N點不重疊，則闡明建筑物發(fā)生傾斜，以a表達N'、N之間的水平距離，a即為建筑物的傾斜值。若以H表達其高度，則傾斜度為：圖4-205傾斜觀察i=arcsin（a/H）（4-83）高層建筑物的傾斜觀察，必須分別在互成垂直的兩個方向上進行。當測定圓形構筑物（如煙囪、水塔、煉油塔）的傾斜度時（圖4-206），首先規(guī)定得頂部中心對底部中心的偏距。為此，可在構筑物底部放一塊木板，木板要放平放穩(wěn)。用經緯儀將頂部邊沿兩點A、A'投影至木板上而取其中心A0，再將底部邊沿上的兩點B與B'也投影至木板上而取其中心B0，A0B0之間的距離a就是頂部中心偏離底部中心的距離。同法可測出與其垂直的另一方向上頂部中心偏離底部中心的距離b。再用矢量相加的辦法，即可求得建筑物總的偏心距即傾斜值。即：（4-84）圖4-206偏心距觀察構筑物的傾斜度為：i＝c/H（4-85）裂縫觀察建筑物發(fā)現裂縫，除了要增加沉降觀察的次數外，應立刻進行裂縫變化的觀察。為了觀察裂縫的發(fā)展狀況，要在裂縫處設立觀察標志。設立標志的基本規(guī)定是，當裂縫開展時標志就能對應的開裂或變化，對的的反映建筑物裂縫發(fā)展狀況。其形式有下列三種：1．石膏板標志用厚10mm，寬約50~80mm的石膏板（長度視裂縫大小而定），在裂縫兩邊固定牢固。當裂縫繼續(xù)發(fā)展時，石膏板也隨之開裂，從而觀察裂縫繼續(xù)發(fā)展的狀況。2．白鐵片標志如圖4-207所示，用兩塊白鐵片，一片取150mm×150mm的正方形，固定在裂縫的一側，并使其一邊和裂縫的邊沿對齊。另一片為50mm×200mm，固定在裂縫的另一側，并使其中一部分緊貼相鄰的正方形白鐵片。當兩塊白鐵片固定好后來，在其表面均涂上紅色油漆。如果裂縫繼續(xù)發(fā)展，兩白鐵片將逐步拉開，露出正方形白鐵上原被覆蓋沒有涂油漆的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度，可用尺子量出。圖4-207白鐵片標志3．金屬棒標志（圖4-208）在裂縫兩邊鑿孔，將長約10cm直徑10mm以上的鋼筋頭插入，并使其露出墻外約2cm左右，用水泥砂漿填灌牢固。在兩鋼筋頭埋設前，應先把鋼筋一端銼平，在上面刻畫十字線或中心點，作為量取其間距的根據。待水泥砂漿凝固后，量出兩金屬棒之間的距離，并統(tǒng)計下來。后來如裂縫繼續(xù)發(fā)展，則金屬棒的間距也就不停加大。定時測量兩棒之間距并進行比較，即可掌握裂縫開展狀況。圖4-208金屬棒標志位移觀察當建筑物在平面上產生位移時，為了進行位移測量，應在其縱橫方向上設立觀察點及控制點。如已知其位移的方向，則只在此方向上進行觀察即可。觀察點與控制點應位于同始終線上，控制點最少須埋設三個，控制點之間的距離及觀察點與相鄰的控制點間的距離要不不大于30m，以確保測量的精度。如圖4-209所示，A、B、C為控制點，M為觀察點?？刂泣c必須埋設牢固穩(wěn)定的標樁，每次觀察前，對所使用的控制點應進行檢查，以避免其變化。建筑物上的觀察點標志要牢固、明顯。圖4-209位移觀察位移觀察可采用正倒鏡投點的辦法求出位移值。亦可采用測角的辦法。如圖4-209所示，設第一次在A點所測之角度為β1，第二次測得之角度為β2，兩次觀察角度的差數△β＝β2－β1，則建筑物之位移值（4-86）式中ρ＝206265"。位移測量的允許偏差為±3mm，進行重復觀察評定。用三角高程測量法測定建筑物的沉降變形在興建和運行管理期間對大型工程建筑物的沉降觀察，普通采用靜力水準測量或高精度水準測量，這就規(guī)定要設立精巧的標志，使用精密的水準尺及其它高精度設備。為了減少成本和滿足沉降觀察的急需，可采用短邊三角高程測量法進行建筑物的沉降觀察，其辦法以下：如圖4-210所示，在建筑物上分別固定標志1和2，在建筑物之間安置精密光學經緯儀，測定傾斜角α1及α2。當α1及α2很小的狀況下，標志的高程H，可按下式計算：圖4-210（4-87）式中l(wèi)——儀器到標志的斜距；ρ＝206265"。則兩個標志之間的高差h12即可求得。當l1≈l2≈l，和α1≈α2≈α時，且測角和量距誤差對高差為等影響時，則對量距和測角的精度規(guī)定為：（4-88）（4-89）由式（4-88）可知測角和量距誤差的大小，都與mk有關，其影響大小，分別如表4-49及表4-50所示。表4-49α當mk為下列五種誤差時，m1的誤差值（mm）0.050.10.20.30.41'861723435156842'43861722583433'29571141722294'2143861291725'17346910313710'8.61734526920'4.38.617263430'2.95.71117231°1.42.95.78.6112°0.71.42.94.35.73°0.51.01.92.93.84°0.40.71.42.12.95°0.30.61.11.72.3表4-50l（m）當mk為下列五種誤差時，mα的誤差值（mm）0.050.10.20.30.415.210.320.630.941.222.65.210.315.520.631.73.46.910.313.841.32.65.27.710.351.02.14.16.28.360.81.73.45.26.970.71.52.94.45.980.61.32.63.95.290.61.12.33.44.6100.51.02.03.14.1由表中數字能夠看出，當傾斜角α愈大、距離l愈長則對測角、量距的精度規(guī)定愈高。例如當規(guī)定建筑物沉降觀察中誤差為m沉＝±0.5mm時，則在1測站上測定高差的中誤差為：（4-90）式中m沉——沉降觀察中誤差；μ——從已知水準點到最遠標志測定高差平均差值的權導數。通過實驗，當儀器距離標志l＝5m時，則有mk站≤|0.05|mm（4-91）根據使用010光學經緯儀觀察成果表明，當l＝2~15m，α＝0°~5°時，一測回測角中誤差為±1"。采用三角高程測量法測定建筑物的沉降，在我國剛剛開始，而國外已經廣泛應用于混凝土地基、高層樓房等建筑物的沉降觀察。用基準線法測定建筑物的水平位移水平位移觀察的任務是測定建筑物在平面位置上隨時間變化的移動量。當要測定某大型建筑物的水平位移時，能夠根據建筑物的形狀和大小，布設多個形式的控制網進行水平位移觀察，當要測定建筑物在某一特定方向上的位移量時，這時能夠在垂直于待測定的方向上建立一條基準線，定時地測量觀察標志偏離基準線的距離，就能夠理解建筑物的水平位移狀況。建立基準線的辦法有“視準線法”、“引張線法”和“激光準直法”。1．視準線法由經緯儀的視準面形成基準面的基準線法，稱為視準線法。視準線法又分為角度變化法（即小角法）和移位法（即活動覘牌法）兩種。小角法是運用精密光學經緯儀，精確測出基準線與置鏡端點到觀察點視線之間所夾的角度。由于這些角度很小，觀察時只用旋轉水平微動螺旋即可。設α為觀察的角度，di為測站點到照準點之間的距離，則觀察標志偏離基準線的橫向偏差qi為：（4-92）在小角法測量中，普通采用T2型經緯儀，角度觀察四個測回。距離di的丈量精度規(guī)定不高，以1/的精度來回丈量一次即可。活動覘牌法是直接運用安置在觀察點上的活動覘牌來測定偏離值。其專用儀器設備為精密視準儀、固定覘牌和活動覘牌。施測環(huán)節(jié)以下：（1）將視準儀安置在基準線的端點上，將固定覘牌安置在另一端點上。（2）將活動覘牌認真地安置在觀察點上，視準儀瞄準固定覘牌后，將方向固定下來，然后由觀察員指揮觀察點上的工作人員移動活動覘牌，待覘牌的照準標志剛好位于視線方向上時，讀取活動覘牌上的讀數。然后再移動活動覘牌從相反方向對準視準線進行第二次讀數，每定向一次要觀察四次，即完畢一種測回的觀察。（3）在第二測回開始時，儀器必須重新定向，其環(huán)節(jié)相似，普通對每個觀察點需進行往測、返測各2~6個測回。2．引張線法引張線法是在兩固定端點之間用拉緊的金屬絲作為基準線，用于測定建筑物水平位移。引張線的裝置由端點、觀察點、測線（不銹鋼絲）與測線保護管四部分構成。在引張線法中假定鋼絲兩端固定不動，則引張線是固定的基準線。由于各觀察點上之標尺是與建筑物體固定連接的，因此對于不同的觀察周期，鋼絲在標尺上的讀數變化值，就是該觀察點的水平位移值。引張線法慣用在大壩變形觀察中，引張線安置在壩體廊道內，不受旁折光和外界影響，因此觀察精度較高，根據生產單位的統(tǒng)計，三測回觀察平均值的中誤差可達0.03mm。3．激光準直法激光準直法可分為兩類：第一類是激光束準直法。它是通過望遠鏡發(fā)射激光束，在需要準直的觀察點上用光電探測器接受。由于這種辦法是以可見光束替代望遠鏡視線，用光電探測器探測激光光斑能量中心，因此慣用于施工機械導向的自動化和變形觀察。第二類是波帶板激光準直系統(tǒng)，波帶板是一種特殊設計的屏，它能把一束單色相干光會聚成一種亮點。波帶板激光準直系統(tǒng)由激光器點光源、波帶板裝置和光電探測器或自動數碼顯示屏三部分構成。第二類辦法的準直精度高于第一類，可達10-6~10-7以上。用前方交會法測定建筑物的水平位移在測定大型工程建筑物（例如塔形建筑物、水工建筑物等）的水平位移時，可運用變形影響范疇以外的控制點用前方交會法進行。如圖4-211所示，1，2點為互不通視的控制點，T1為建筑物上的位移觀察點。由于γl及γ2不能直接測量，為此必須測量連接角γ'1及γ'2，則γl及γ2通過計算能夠求得：圖4-211式中α——對應方向的坐標方位角。為了計算T1點的坐標，現以點1為獨立坐標系的原點，1-2點的連線為y軸，則T1點的初始坐標按下式計算：或通過整頓得：同理，根據式（4-95）能夠寫出第i個測回建筑物位移觀察點Ti的坐標公式：用后方交會法測定建筑物的水平位移建筑物的平面位移觀察，在我國用于水利工程上較多，例如大壩、護坡、護岸等工程。位移觀察的辦法諸多，有方向線法、三角測量法、綜合測量法，尚有視準線法、引張線法，正、倒垂線法等等。在上一節(jié)我們介紹了用角度前方交會法測定建筑物的水平位移，本節(jié)我們將介紹用后方交會法測定建筑物的水平位移。為了測定單體建筑物的水平位移，可在被測建筑物本體上設立測站，規(guī)定測站標志必須和建筑物連成一種整體。在建筑物周邊，固然應在變形范疇之外，尋找4~5個固定方向，規(guī)定測站點和觀察點都有強制歸心設備，以克服偏心誤差的影響。常見的對中裝置有下列三種：1．三叉式對中盤：如圖4-212所示，盤上銑出三條輻射形凹槽，三條凹槽夾角為120°，對中時必須先把基座的底板卸掉，將三只腳螺旋尖端安放在三條凹槽中后，經緯儀就在對中盤上定位了。圖4-212三叉式對中盤2．點、線、面式對中盤：如圖4-213所示，盤上有三個小金屬塊，分別是點、線、面?！包c”是金屬塊上有一種圓錐形凹穴，腳螺旋尖端對準放上去后即不可移動；“線”是金屬塊上，有一條線形凹槽，腳螺旋尖端在凹槽內能夠沿槽線移動。第三塊是一種平面，腳螺旋尖端在上面有二維自由度，當腳螺旋間距與這三個金屬塊間距大致相等時，儀器能夠在對中盤上精確就位。圖4-213點、線、面式對中盤3．球、孔式對中裝置：如圖4-214所示，固定在標志體上的對中盤上有一種圓柱形的對中孔，另有一種對中球（或圓柱）通過螺紋能夠旋在基底的底板下，對中球外徑與對中孔的內徑匹配，旋上對中球的測量儀器通過球、孔接口，能夠精確地就位于對中盤上。圖4-214球、孔式對中裝置儀器和觀察標志都設立強制歸心設備之后，即可在測站上進行多次后方交會觀察，這樣定時地觀察若干組觀察值，在假定原有固定方向的位置沒有變化的狀況下，根據幾組觀察成果，能夠推算出本測站的平面位移量。用后方交會法測定建筑物平面位移的基本原理以下：如圖4-215所示，A為動點，即待測