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(共29张PPT)
项目九 建筑物的变形监测
建筑物位移观测
3
建筑物沉降观测
1
建筑物倾斜观测
2
变形观测：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。
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：
　　1.自然条件及其变化，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。
　　2.建筑物本身，即建筑物本身的荷重，建筑物的结构、型式及动荷载（如风力、震动、日照等）的作用。
二、建筑物变形的分类
　　按类型区分：静态变形和动态变形
　　静态变形：变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，亦即，它只是时间的函数。
　　动态变形：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，其观测结果表示建筑在某个时刻的瞬时变形。
三、变形观测的任务、内容
　　变形观测的任务：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。
　　变形观测的内容：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。
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、周围的环境以及对观测的要求选定。
　　垂直位移：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。
　　水平位移：基准线方法（视准线法、激光准直法、激光波带法）、前方交会方法、静态和动态GPS方法等。
　　挠度：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）。
　　其他：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。
任务1 建筑物沉降观测
一、 水准点和观测点的布设
(1) 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0.5m。
(2) 观测点的布设
一般，沿房屋四周每隔15～30m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，用角钢做成；另一种是设在基础上的，可用铆钉做成。
二、 观测时间、观测方法和精度要求
一般在增加较大荷重(如浇灌基础、安装柱子和屋架、砌筑砖墙、铺设屋面、安装吊车等)之后要进行沉降观测。竣工后要按沉降量的大小，定期进行观测。开始，可每隔1～2月观测一次，以每次沉降量在5～10mm以内为限度，否则要增加观测次数。以后，随着沉降量的减小，可逐渐延长观测周期，直至沉降稳定为止。
三、 沉降观测的成果整理
把各观测点历次的高程列入成果表中，计算两次观测之间的沉降量和累计沉降量，并注明观测日期和荷重情况。为了更清楚地表示沉降、荷重与时间之间的关系，还要画出各观测点的沉降时间关系曲线图。
实训任务1:建筑物的沉降观测
任务内容：建筑物的沉降观测
小组号 场地号
任务要求：
1．每组完成一栋建筑物的沉降观测。 工具：
水准仪1台；水准尺2把、钢尺1把；记录板 1 个。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小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，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、还和仪器的安全管理等事务。
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±2mm。
倾斜观测主要针对高耸建构筑物主体进行，如高层建筑、水塔、烟囱等。
通过测定顶部观测点相对底部观测点的偏移量及相对高度，计算出倾斜度与倾斜方向。
倾斜度是指最大水平偏移值与相对高度的比值；
倾斜方向是指最大水平偏移方向与建筑物轴线或正北方向的夹角。
任务2 建筑物倾斜观测
一、测角仪器垂直投影法
如右图所示：墙Π1、Π2正交， C、C′为墙角点，C投为C点的垂直投影。
在墙Π2地脚线的延长线上置测角仪器，如A点，精确照准顶部C点后，将其投影至紧贴在墙Π1上的水平直尺上，读取水平偏移分量δx； 同理得分量δy 。
另外由卷尺或三角高程测得CC′高差ΔH。
则有如下三式：
最大倾斜量δ=
倾斜度i =δ/ΔH
在墙Π1地脚线为主轴的局部坐标系中，
最大倾斜方向的主值β=arctan(δy÷δx)
配盘：参照前图，置全站仪于A点，瞄准C点后，配盘270°。置仪于B点则配180°，如此配盘是顾及“外偏为正”。
测量方式：免棱镜模式或反射片模式
测量三维坐标：测出（XC YC ZC）和（X C′ Y C′ Z C′）
二、全站仪坐标测量 ——测房角点坐标法
最大倾斜量δ=
倾斜度i =δ/ΔH=δ/（ZC-ZC’）
局部坐标系中：
最大倾斜方向的主值β=arctan((YC - Y C′)÷(XC - X C′) )
参照前图，参照直接测角点三维坐标法置仪与配盘。
首先在A测站，测出墙Π1上且与C点临近的多个同高点，拟合出墙Π1顶部外墙直线l1；然后测量和拟合出墙Π1下部外墙直线l1′；
接着支站至B点，A点定向后，测量和拟合出墙Π2上部、下部外墙直线l2和l2′；
l1与 l2、l1′与l2′两两求交，得墙角点C、C′平面坐标，进而求出倾斜量和倾斜方向。
三、全站仪坐标测量 ——直线拟合交会法
此法可用于圆形构筑物监测。
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筒壁三维坐标，同高碎部点≥3个。
利用同高点拟合圆方程，解得筒心平面坐标，再由上下两筒心坐标差，求得最大倾斜量、倾斜方向和倾斜率。
此法成果可靠，精度较高。
四、全站仪坐标测量 ——曲线拟合法
如右图，基于监测网和全站仪圆柱偏心测量功能，直接测得上、下筒心三维坐标，据之推出最大倾斜量、倾斜方向和倾斜率。
五、全站仪坐标测量 ——圆柱偏心测量法
如右图所示，置测角仪器于A，
按B-下左-下右-上右-上左-B顺序，全圆方向观测得各方向值，顾及AO上、AO下为对应角平分线，
推得水平角BAO上和BAO下。
同理得水平角ABO上和ABO下。
注意下左与下右，上右与上左需同高。
六、角度前方交会法
根据角度前方交会原理，内业解得上、下筒心平面坐标，据之推出最大倾斜量、倾斜方向。顾及高度可得倾斜率。
早年，工匠常采用锤球检查墙体是否铅垂。
目前，测量员常基于建筑物竖向通道，用垂准仪建立垂直基准线，丈量上、下同名特征点相对于基准线的纵、横坐标，再由坐标差推出最大倾斜量和倾斜方向。
七、垂直基准线法
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，顾及刚体特性，可知监测体顶部倾斜情况。
八、基础差异沉降法
正交时:
最大倾斜角
局部坐标系中
最大倾斜方向主值
实训任务2:建筑物倾斜观测
任务内容：建筑物倾斜观测
小组号 场地号
任务要求：
1．会根据建筑物实情，合理选用仪器与方法，实施倾斜观测；
2．通常要求每人独立测一组。 工具：
经纬仪或全站仪 1 套；直尺1把；记录板1个。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小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，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、还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
监测点点位中误差≤±3mm。
变形观测中的位移观测是指建构筑物的整体水平位移，或上部相对于下部的位移。
产生原因主要有地质滑坡、深基坑施工，横向外力、气温变化、水压变化等。
任务3 建筑物位移观测
基准线法可细分为视准线法、激光准直法和引张线法。
一、基准线 —— 测小角法
如下图所示，在监测点Pi所在直线延长线上，建工作基准A和B。
di为监测点至基准线的垂距。
置测角仪器于A，以B为置零方向，精确测出水平角BAPi（βi），并规范至小角，同时测出APi间概略距离SAPi。
水平位移值：di = SAPiⅹtan(βi)= SAPiⅹsin(βi) = SAPiⅹβi/ρ″
位移方向： βi为正时右偏
βi为负时（规范前近360°）左偏
在Pi点上安置活动觇牌，并对活动觇牌进行零位差测定。
参照测小角法，置测角仪器于A，精确照准B点并水平制动，松垂直制动，调焦使活动觇牌像清晰，指挥组员缓慢转动测微器，使觇牌中心精确落在望远镜纵丝上，再由测微器直接读出偏移量。
二、基准线 —— 活动觇牌法
如图所示：A、B为工作基准，Pi为监测点。
置测角仪器于Pi，A为置零方向，精确测出APiB组成的交角γi，
同时测出Pi至A、B的概略距离SAPi和SBpi。
顾及三角形APiB面积公式及直伸特性，可得如下等式：
三、基准线 ——测交角法
（SAPi+SBpi）*di /2= SAPi*SBpi* sin(γi) /2
由此可推出水平位移值：
di = SAPi*SBpi* sin(γi) /（SAPi+SBpi）
位移方向：交角γi＜180°时右偏，γi＞180°时左偏。
本法基准线端点可设在墙面上。
随着高精度（测角精度0.5″～1″ 测距精度1+1ppm）、伺服型全站仪的出现，极坐标测量成为水平位移监测一种快捷方法。
四、全站仪极坐标测量法
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，但宜采用双测站观测法提高可靠性。
垂直角较大时宜采用导线形式观测计算。
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。
角度前方交会的交会角宜在60°～120°之间；
距离前方交会的交会角宜在30°～150°之间；
自由设站法（后方交会）亦被广泛使用。
五、交会法
地壳运动，大区域地表变形、高大建筑、大型桥梁变形等，可基于卫星（GPS）定位技术建立变形监测网，实现远程、全天候、实时、自动化监测。
六、卫星定位法
杭州湾大桥GPS监测工程
测斜仪常用于监测基坑壁或滑坡的深层土体水平位移。
七、测斜仪法
测斜仪工作原理
测斜仪工作原理是基于伺服加速度等，测得导向轮及其正交平面两个方向的倾斜度，顾及深度变化，求得各测点相对于管底的水平位移值，进而可画出位移曲线图。
观测时将测头导入至管底（水平位移基准点），缓慢提升，沿导槽全长每隔500mm(轮距)测读1次，出地面后将测头旋转180°重测1次，依此作为一测回。
初始值应测4测回，而后2测回。
实训任务3:建筑物位移观测
任务内容：建筑物位移观测
小组号 场地号
任务要求：
1．会根据监测对象实情，合理选用仪器与方法，实施水平位移观测；
2．要求每人独立测1个变形监测点。
工具：
经纬仪或全站仪 1 套；钢尺1把；记录板1个。 组织：
全班按每小组4~6人分组进行，每小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，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、还和仪器的安全管理等事务。
技术要求：
监测点点位中误差≤±3mm。

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