建筑物的变形监测课件.ppt

1、 建筑物位移观测建筑物位移观测3建筑物沉降观测建筑物沉降观测 1建筑物倾斜观测建筑物倾斜观测2对建筑物在施工和运营期间产生的变形进行的监视对建筑物在施工和运营期间产生的变形进行的监视观测，即变形观测。观测，即变形观测。一、建筑物变形的原因一、建筑物变形的原因建筑物变形主要是由两方面原因引起的。即：建筑物变形主要是由两方面原因引起的。即：1.1.自然自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等。质、土壤的物理性质、大气温度等。2.2.建筑物建筑物本身，即建筑物本身的荷重，建筑物的结构、型本身，即建筑物本身的荷重，建筑物

2、的结构、型式及动荷载（如风力、震动、日照等）的作用。式及动荷载（如风力、震动、日照等）的作用。二、建筑物变形的分类二、建筑物变形的分类按类型区分：按类型区分：静态变形和动态变形静态变形和动态变形静态变形：静态变形：变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，亦即，它只是时间的函数。亦即，它只是时间的函数。动态变形：动态变形：在外力影响下而产生的变形，亦即，它是以外在外力影响下而产生的变形，亦即，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果表示力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果表示建筑在某个时刻的瞬时变形。建筑在某个时刻的瞬时

3、变形。三、变形观测的任务、内容三、变形观测的任务、内容变形观测的任务：变形观测的任务：其最主要的任务就是要对变形观测点进其最主要的任务就是要对变形观测点进行周期性的观测，求得其在两个观测周期间的变化量；并对变行周期性的观测，求得其在两个观测周期间的变化量；并对变化量进行统计分析，评定观测量、变形量质量；对工程建筑物化量进行统计分析，评定观测量、变形量质量；对工程建筑物进行变形分析与预报，分析变形成因等。进行变形分析与预报，分析变形成因等。变形观测的内容：变形观测的内容：其内容应根据建筑物的性质与地基情况其内容应根据建筑物的性质与地基情况来确定定，既要重点突出，又要通盘考虑，以能正确反映出建来确

4、定定，既要重点突出，又要通盘考虑，以能正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物安全运营、了解其变形规律筑物的变化情况，达到监视建筑物安全运营、了解其变形规律为目的。为目的。四、变形观测的方法四、变形观测的方法变形观测的方法，要根据建筑物的性质、使用情况、观测、周围变形观测的方法，要根据建筑物的性质、使用情况、观测、周围的环境以及对观测的要求选定。的环境以及对观测的要求选定。垂直位移：垂直位移：多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法观测。水准测量的方法观测。水平位移：水平位移：基准线方法（视准线法、激光准直法、激光波基准线方法（视准线法、

5、激光准直法、激光波带法）、前方交会方法、静态和动态带法）、前方交会方法、静态和动态GPSGPS方法等。方法等。挠度：挠度：对于混凝土坝的挠度观测多采用悬挂重锤线法（正对于混凝土坝的挠度观测多采用悬挂重锤线法（正锤线法和倒锤线法）。锤线法和倒锤线法）。其他：其他：如使用测缝计进行裂缝观测，运用近景摄影测量进如使用测缝计进行裂缝观测，运用近景摄影测量进行各种建筑物、建筑文物的变形监测等。行各种建筑物、建筑文物的变形监测等。 (1) 水准点的布设水准点的布设 考虑水准点的稳定性、观测上的方便和精度要求来合理地埋设水考虑水准点的稳定性、观测上的方便和精度要求来合理地埋设水准点。最少要布设三个水准点，它

6、们应埋在受压、受震范围以外，埋准点。最少要布设三个水准点，它们应埋在受压、受震范围以外，埋设深度至少要在冰冻线下设深度至少要在冰冻线下0.5m0.5m。 (2) 观测点的布设观测点的布设 一般，沿房屋四周每隔一般，沿房屋四周每隔151530m30m应设立一个。另外，在最容易变应设立一个。另外，在最容易变形的地方要设立观测点。观测点分两种形式：一种是设在墙上的，用形的地方要设立观测点。观测点分两种形式：一种是设在墙上的，用角钢做成；另一种是设在基础上的，可用铆钉做成。角钢做成；另一种是设在基础上的，可用铆钉做成。 一般在一般在增加较大荷重增加较大荷重( (如如浇灌基础、安装柱子和屋架、浇灌基础、

7、安装柱子和屋架、砌筑砖墙、铺设屋面、安装吊车砌筑砖墙、铺设屋面、安装吊车等等) )之后要进行沉降观测。之后要进行沉降观测。竣工后要按竣工后要按沉降量的大小沉降量的大小，定期进行观测。开始，可每隔，定期进行观测。开始，可每隔1 12 2月月观测一次，以观测一次，以每次沉降量在每次沉降量在5 510mm10mm以内以内为限度，否为限度，否则要增加观测次数。以后，随着沉降量的减小，可逐渐延长则要增加观测次数。以后，随着沉降量的减小，可逐渐延长观测周期，直至沉降稳定为止。观测周期，直至沉降稳定为止。 把各观测点历次的高程列入成果表中，计算把各观测点历次的高程列入成果表中，计算两次观测之两次观测之间的沉

8、降量和累计沉降量间的沉降量和累计沉降量，并注明，并注明观测日期和荷重情况观测日期和荷重情况。为。为了更清楚地表示沉降、荷重与时间之间的关系，还要画出各了更清楚地表示沉降、荷重与时间之间的关系，还要画出各观测点的观测点的沉降时间关系曲线图沉降时间关系曲线图。任务内容：建筑物的沉降观测任务内容：建筑物的沉降观测 小组号小组号场地号场地号任务要求：任务要求： 1每组完每组完成一栋建筑物成一栋建筑物的沉降观测。的沉降观测。 工具：工具： 水准仪水准仪1台；水准台；水准尺尺2把、钢尺把、钢尺1把；记把；记录板录板 1 个。个。 组织：组织： 全班按每小组全班按每小组46人分组进行，每小组人分组进行，每小

9、组推选一名组长和一名副组长；推选一名组长和一名副组长； 组长总体负责本组人员的任务分工，要组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；求组内各成员能相互配合，协调工作； 副组长负责仪器的借、还和仪器的安全副组长负责仪器的借、还和仪器的安全管理等事务。管理等事务。技术要求：技术要求： 沉降观测点相对于后视点高差测定的允许偏差为沉降观测点相对于后视点高差测定的允许偏差为2mm。 倾斜观测倾斜观测主要针对高耸建构主要针对高耸建构筑物主体进行，如高层建筑、筑物主体进行，如高层建筑、水塔、烟囱等。水塔、烟囱等。 通过测定通过测定顶部观测点顶部观测点相对相对底底部观测点部观测点的偏

10、移量及相对高度，的偏移量及相对高度，计算出计算出倾斜度倾斜度与与倾斜方向倾斜方向。 倾斜度倾斜度是指最大水平偏移值与是指最大水平偏移值与相对高度的比值；相对高度的比值； 倾斜方向倾斜方向是指最大水平偏移方是指最大水平偏移方向与建筑物轴线或正北方向的夹向与建筑物轴线或正北方向的夹角。角。 ABCCC投12xy 如右图所示：墙如右图所示：墙11、22正交，正交， C C、CC为为墙角点，墙角点，C C投为投为C C点的垂直投影。点的垂直投影。 在墙在墙22地脚线的延长线上置地脚线的延长线上置测角仪器测角仪器，如，如A A点，精确照准顶部点，精确照准顶部C C点后，将其投影至紧贴在点后，将其投影至紧

11、贴在墙墙11上的水平直尺上，读取水平偏移分量上的水平直尺上，读取水平偏移分量xx； 同理得分量同理得分量y y 。 另外由卷尺或三角高程测得另外由卷尺或三角高程测得CCCC高差高差HH。则有如下三式：则有如下三式： 最大倾斜量最大倾斜量= 倾斜度倾斜度i i = =/H/H 在墙在墙11地脚线为主轴的局部坐标系中，地脚线为主轴的局部坐标系中， 最大倾斜方向的主值最大倾斜方向的主值=arctan(=arctan(yyxx) )22yx 配盘：配盘：参照前图，置全站仪于参照前图，置全站仪于A A点点，瞄准，瞄准C C点点后，配盘后，配盘270270。置。置仪于仪于B B点点则配则配180180，如

12、此配盘是顾及，如此配盘是顾及“外偏为正外偏为正”。 测量方式：测量方式：免棱镜模式或反射片模式免棱镜模式或反射片模式 测量三维坐标：测量三维坐标：测出测出（X XC C Y YC C Z ZC C）和和（X X CC Y Y CC Z Z CC）22）（）（CCCCYYXX最大倾斜量最大倾斜量= =倾斜度倾斜度i i = =/H=/H=/（Z ZC C-Z-ZCC）局部坐标系中：局部坐标系中：最大倾斜方向最大倾斜方向的主值的主值=arctan(=arctan(Y YC C - - Y Y CC) )( (X XC C - - X X CC) ) ) 参照参照前图，前图，参照参照直接测角点三维坐

13、标法置仪与配盘。直接测角点三维坐标法置仪与配盘。 首先在首先在A A测站测站，测出墙，测出墙1 1上且与上且与C C点临近的多个同高点，点临近的多个同高点，拟合出墙拟合出墙1 1顶部外墙直线顶部外墙直线l l1 1；然后测量和拟合出墙；然后测量和拟合出墙1 1下部下部外墙直线外墙直线l l1 1； 接着支站至接着支站至B B点点，A A点定向后，测量和拟合出墙点定向后，测量和拟合出墙2 2上部、上部、下部外墙直线下部外墙直线l l2 2和和l l2 2； l l1 1与与 l l2 2、l l1 1与与l l2 2两两求交，两两求交，得墙角点得墙角点C C、CC平面平面坐标，进而求出坐标，进而

14、求出倾斜量倾斜量和和倾斜方向倾斜方向。此法可用于此法可用于圆形构筑物监测圆形构筑物监测。基于监测网和全站仪免棱镜功能，采集构筑物顶部圆和基部圆的基于监测网和全站仪免棱镜功能，采集构筑物顶部圆和基部圆的筒壁三维坐标，筒壁三维坐标，同高碎部点同高碎部点3 3个个。利用利用同高点拟合圆方程同高点拟合圆方程，解得筒心平面坐标，再由上下两筒心坐，解得筒心平面坐标，再由上下两筒心坐标差，求得标差，求得最大倾斜量最大倾斜量、倾斜方向倾斜方向和和倾斜率倾斜率。此法成果可靠，精度较高。此法成果可靠，精度较高。 如右图，基于监测网和全站如右图，基于监测网和全站仪仪圆柱偏心测量圆柱偏心测量功能，直接功能，直接测得上

15、、下筒心三维坐标，测得上、下筒心三维坐标，据之推出据之推出最大倾斜量最大倾斜量、倾斜倾斜方向方向和和倾斜率倾斜率。NMOP1RP2P3d 如右图所示，如右图所示，置测角仪器于置测角仪器于A A， 按按B-B-下下左左- -下下右右- -上上右右- -上上左左-B-B顺序，全圆顺序，全圆方向观测得各方向值，顾及方向观测得各方向值，顾及AOAO上上、AOAO下下为对为对应应角平分线角平分线， 推得水平角推得水平角BAOBAO上上和和BAOBAO下下。 同理得水平角同理得水平角ABOABO上上和和ABOABO下下。 注意下注意下左左与下与下右右，上，上右右与上与上左左需同高。需同高。 根据根据角度前

16、方交会原理角度前方交会原理，内业解得上、下，内业解得上、下筒心平面筒心平面坐标坐标，据之推出，据之推出最大倾斜量最大倾斜量、倾斜方向倾斜方向。顾及顾及高度可高度可得得倾斜率。倾斜率。AB左右右左上下下上下上OO 早年，工匠常采用早年，工匠常采用锤球锤球检查墙体是否检查墙体是否铅垂铅垂。 目前，测量员常基于建筑物竖向通道，用目前，测量员常基于建筑物竖向通道，用垂准仪垂准仪建立建立垂垂直基准线直基准线，丈量上、下同名特征点相对于基准线的纵、横坐，丈量上、下同名特征点相对于基准线的纵、横坐标，再由标，再由坐标差坐标差推出推出最大倾斜量最大倾斜量和和倾斜方向倾斜方向。 基础差异沉降法也是建筑物倾斜观测

17、一种重要方法。基础差异沉降法也是建筑物倾斜观测一种重要方法。 根据一对沉降观测点的沉降差和间距，可得基础在该方向上的倾斜根据一对沉降观测点的沉降差和间距，可得基础在该方向上的倾斜角（相对初期状态），同理得到正交方向倾斜角。角（相对初期状态），同理得到正交方向倾斜角。 由此可推出基础最大倾斜角及倾斜方向，顾及由此可推出基础最大倾斜角及倾斜方向，顾及刚体特性刚体特性，可知监测体，可知监测体顶部倾斜情况。顶部倾斜情况。 22maxBAiii基正交时正交时: :最大倾斜角最大倾斜角ABii1maxtan基局部坐标系中局部坐标系中最大倾斜方向主值最大倾斜方向主值任务内容：建筑物倾斜观测任务内容：建筑物倾

18、斜观测小组号小组号场地号场地号任务要求：任务要求： 1会根据建筑会根据建筑物实情，合理选用物实情，合理选用仪器与方法，实施仪器与方法，实施倾斜观测；倾斜观测； 2通常要求每通常要求每人独立测一组。人独立测一组。工具：工具： 经纬仪或全站经纬仪或全站仪仪 1 套；直尺套；直尺1把；把；记录板记录板1个。个。组织：组织： 全班按每小组全班按每小组46人分组进行，每小人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；组推选一名组长和一名副组长； 组长总体负责本组人员的任务分工，组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；要求组内各成员能相互配合，协调工作； 副组长负责仪器的借、还和

19、仪器的副组长负责仪器的借、还和仪器的安全管理等事务。安全管理等事务。技术要求：技术要求： 监测点点位中误差监测点点位中误差3mm。 变形观测中的变形观测中的位移观测位移观测是指建构筑物的是指建构筑物的整体水平位移整体水平位移，或或上部相对于下部的位移上部相对于下部的位移。 产生原因产生原因主要有主要有地质滑坡、深基坑施工，横向外力、气地质滑坡、深基坑施工，横向外力、气温变化、水压变化温变化、水压变化等。等。 基准线法可基准线法可细细分为分为视准线法视准线法、激光准直法激光准直法和和引张线法引张线法。 工作基准A和B。 ABPiDdSAPiii水平位移值：水平位移值：d di i = = S S

20、APiAPitan(tan(i i)=)= S SAPiAPisin(sin(i i) =) = S SAPiAPii i/位移方向：位移方向： i i为为正正时时右偏右偏 i i为为负负时（规范前近时（规范前近360360）左偏左偏 在在PiPi点上安置点上安置活动觇牌活动觇牌，并对活动，并对活动觇牌进行零位差测定。觇牌进行零位差测定。 参照参照测小角法测小角法，置测角仪器于，置测角仪器于A A，精确照准精确照准B B点并水平制动，松垂直制点并水平制动，松垂直制动，调焦使活动觇牌像清晰，指挥组动，调焦使活动觇牌像清晰，指挥组员缓慢转动测微器，使觇牌中心精确员缓慢转动测微器，使觇牌中心精确落在

21、望远镜纵丝上，再由测微器落在望远镜纵丝上，再由测微器直接直接读出偏移量读出偏移量。 如图所示：如图所示：A A、B B为工作基准，为工作基准，P Pi i为监测点。为监测点。置测角仪器于置测角仪器于P Pi i，A A为置零方向，精确测出为置零方向，精确测出APAPi iB B组成的交角组成的交角i i，同时测出同时测出P Pi i至至A A、B B的的概略距离概略距离S SAPiAPi和和S SBpiBpi。顾及顾及三角形三角形APAPi iB B面积公式面积公式及及直伸特性直伸特性，可得如下等式：，可得如下等式： ABPiDdSAPSBPiiii （S SAPiAPi+ +S SBpiBp

22、i）* *d di i /2=/2= S SAPiAPi* *S SBpiBpi* * sin( sin(i i) /2) /2由此可推出由此可推出水平位移值水平位移值： d di i = = S SAPiAPi* *S SBpiBpi* * sin( sin(i i) /) /（S SAPiAPi+ +S SBpiBpi）位移方向位移方向：交角：交角i i180180时右偏，时右偏，i i180180时左偏。时左偏。本法基准线端点可设在墙面上。本法基准线端点可设在墙面上。 随着高精度（测角精度随着高精度（测角精度0.50.51 1 测距精度测距精度1+1ppm1+1ppm）、伺服型全站仪的出

23、）、伺服型全站仪的出现，现，极坐标测量极坐标测量成为水平位移监测一种成为水平位移监测一种快捷方法快捷方法。 大坝、危岩等建议用伺服型全站仪自动观测，大坝、危岩等建议用伺服型全站仪自动观测，一般建筑工地可选用非伺服型，如桩位检测，但宜一般建筑工地可选用非伺服型，如桩位检测，但宜采用采用双测站观测法双测站观测法提高可靠性。提高可靠性。 垂直角较大时宜采用垂直角较大时宜采用导线形式观测导线形式观测计算。计算。 用交会法进行水平位移观测，宜采用三点交会法提高用交会法进行水平位移观测，宜采用三点交会法提高可靠性。可靠性。 角度前方交会角度前方交会的交会角宜在的交会角宜在6060120120之间；之间；

24、距离前方交会距离前方交会的交会角宜在的交会角宜在3030150150之间；之间； 自由设站法（自由设站法（后方交会后方交会）亦被广泛使用。）亦被广泛使用。 地壳运动，大区域地表变形、高大建筑、大型桥梁变形地壳运动，大区域地表变形、高大建筑、大型桥梁变形等，可基于等，可基于卫星（卫星（GPSGPS）定位技术）定位技术建立变形监测网，实现远程、建立变形监测网，实现远程、全天候、实时、自动化监测。全天候、实时、自动化监测。 杭州湾大桥杭州湾大桥GPSGPS监测工程监测工程 测斜仪常用于监测基坑壁或滑坡的测斜仪常用于监测基坑壁或滑坡的深层土体水平位移深层土体水平位移。 测斜仪工作原理测斜仪工作原理 测

25、斜仪测斜仪工作原理工作原理是是基于基于伺服加速度伺服加速度等，测得导向轮及其正交平面两个方向等，测得导向轮及其正交平面两个方向的的倾斜度倾斜度，顾及深度变化，求得各测点相对于管底的水平位移值，进而可画出，顾及深度变化，求得各测点相对于管底的水平位移值，进而可画出位移曲线图。位移曲线图。 观测时将测头导入至管底（水观测时将测头导入至管底（水平位移基准点），缓慢提升，沿导平位移基准点），缓慢提升，沿导槽全长每隔槽全长每隔500mm(轮距轮距)测读测读1次，次，出地面后将测头旋转出地面后将测头旋转180重测重测1次，次，依此作为一测回。依此作为一测回。 初始值应测初始值应测4测回，而后测回，而后2测

26、回。测回。任务内容：建筑物位移观测任务内容：建筑物位移观测小组号小组号场地号场地号任务要求：任务要求： 1会根据监测对会根据监测对象实情，合理选用仪器象实情，合理选用仪器与方法，实施水平位移与方法，实施水平位移观测；观测； 2要求每人独立要求每人独立测测1个变形监测点。个变形监测点。工具：工具：经纬仪或全站经纬仪或全站仪仪 1 套；钢尺套；钢尺1把；记录板把；记录板1个。个。组织：组织： 全班按每小组全班按每小组46人分组进行，每小人分组进行，每小组推选一名组长和一名副组长；组推选一名组长和一名副组长； 组长总体负责本组人员的任务分工，组长总体负责本组人员的任务分工，要求组内各成员能相互配合，协调工作；要求组内各成员能相互配合，协调工作； 副组长负责仪器的借、还和仪器的副组长负责仪器的借、还和仪器的安全管理等事务。安全管理等事务。技术要求：技术要求： 监测点点位中误差监测点点位中误差3mm。