建筑物的变形监测课件

项目九项目九 建筑物的变形监测建筑物的变形监测 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 变形观测：变形观测：变形观测：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。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，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变形。二、建筑物变形的分类三、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。三、变形观测的任务、内容变形观测的内容：其内容应根据建筑四、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、微水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。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、激光波带基准线方法（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（正锤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）。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行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。各种建筑物、建筑文物的变形监测等。四、变形观测的方法 任务任务1 建筑物沉降观测建筑物沉降观测一、一、一、一、水准点和观测点的布设水准点和观测点的布设水准点和观测点的布设水准点和观测点的布设(1)水准点的布设水准点的布设 考考虑虑水水准准点点的的稳稳定定性性、观观测测上上的的方方便便和和精精度度要要求求来来合合理理地地埋埋设设水水准准点点。最最少少要要布布设设三三个个水水准准点点，它它们们应应埋埋在在受受压压、受受震震范范围围以以外外，埋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 一一般般，沿沿房房屋屋四四周周每每隔隔151530m30m应应设设立立一一个个。另另外外，在在最最容容易易变变形形的的地地方方要要设设立立观观测测点点。观观测测点点分分两两种种形形式式：一一种种是是设设在在墙墙上上的的，用用角钢做成；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。任务1 建筑物沉降观测一、水准点和观测点的布设二、二、二、二、观测时间、观测方法和精度要求观测时间、观测方法和精度要求观测时间、观测方法和精度要求观测时间、观测方法和精度要求 一一般般在在增增加加较较大大荷荷重重(如如浇浇灌灌基基础础、安安装装柱柱子子和和屋屋架架、砌砌筑筑砖砖墙墙、铺铺设设屋屋面面、安安装装吊吊车车等等)之之后后要要进进行行沉沉降降观观测测。竣竣工工后后要要按按沉沉降降量量的的大大小小，定定期期进进行行观观测测。开开始始，可可每每隔隔1 12 2月月观观测测一一次次，以以每每次次沉沉降降量量在在5 510mm10mm以以内内为为限限度度，否否则则要要增增加加观观测测次次数数。以以后后，随随着着沉沉降降量量的的减减小小，可可逐逐渐渐延延长长观观测测周期，直至沉降稳定为止。周期，直至沉降稳定为止。二、观测时间、观测方法和精度要求三、三、三、三、沉降观测的成果整理沉降观测的成果整理沉降观测的成果整理沉降观测的成果整理 把把各各观观测测点点历历次次的的高高程程列列入入成成果果表表中中，计计算算两两次次观观测测之之间间的的沉沉降降量量和和累累计计沉沉降降量量，并并注注明明观观测测日日期期和和荷荷重重情情况况。为为了了更更清清楚楚地地表表示示沉沉降降、荷荷重重与与时时间间之之间间的的关关系系，还还要要画画出出各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。三、沉降观测的成果整理建筑物的变形监测课件实训任务实训任务1:建筑物的沉降观测建筑物的沉降观测 实训任务1:建筑物的沉降观测 倾倾斜斜观观测测主主要要针针对对高高耸耸建建构构筑筑物物主主体体进进行行，如如高高层层建建筑筑、水塔、烟囱等。水塔、烟囱等。通通过过测测定定顶顶部部观观测测点点相相对对底底部部观观测测点点的的偏偏移移量量及及相相对对高高度度，计计算出算出倾斜度倾斜度与与倾斜方向倾斜方向。倾倾斜斜度度是是指指最最大大水水平平偏偏移移值值与与相对高度的比值；相对高度的比值；倾倾斜斜方方向向是是指指最最大大水水平平偏偏移移方方向与建筑物轴线或正北方向的夹角。向与建筑物轴线或正北方向的夹角。任务任务2 建筑物倾斜观测建筑物倾斜观测 倾斜观测主要针对高耸建构筑物主体进行，如高层建筑、水一、测角仪器垂直投影法一、测角仪器垂直投影法一、测角仪器垂直投影法一、测角仪器垂直投影法 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)一、测角仪器垂直投影法 如右图所示：墙1、2正交，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）二、全站仪坐标测量二、全站仪坐标测量二、全站仪坐标测量二、全站仪坐标测量 测房角点坐标法测房角点坐标法测房角点坐标法测房角点坐标法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)配盘：参照前图，置全站仪于A点，瞄准C点后，配盘27 参照参照前图，前图，参照参照直接测角点三维坐标法置仪与配盘。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平面坐平面坐标，进而求出标，进而求出倾斜量倾斜量和和倾斜方向倾斜方向。三、全站仪坐标测量三、全站仪坐标测量三、全站仪坐标测量三、全站仪坐标测量 直线拟合交会法直线拟合交会法直线拟合交会法直线拟合交会法 参照前图，参照直接测角点三维坐标法置仪与配盘。三、全此法可用于此法可用于圆形构筑物监测圆形构筑物监测。基基于于监监测测网网和和全全站站仪仪免免棱棱镜镜功功能能，采采集集构构筑筑物物顶顶部部圆圆和和基基部部圆圆的的筒壁三维坐标，筒壁三维坐标，同高碎部点同高碎部点3 3个个。利利用用同同高高点点拟拟合合圆圆方方程程，解解得得筒筒心心平平面面坐坐标标，再再由由上上下下两两筒筒心心坐坐标差，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。四、全站仪坐标测量四、全站仪坐标测量四、全站仪坐标测量四、全站仪坐标测量 曲线拟合法曲线拟合法曲线拟合法曲线拟合法此法可用于圆形构筑物监测。四、全站仪坐标测量 曲线拟合法 如如右右图图，基基于于监监测测网网和和全全站站仪仪圆圆柱柱偏偏心心测测量量功功能能，直直接接测测得得上上、下下筒筒心心三三维维坐坐标标，据据之之推推出出最最大大倾倾斜斜量量、倾倾斜斜方向方向和和倾斜率倾斜率。五、全站仪坐标测量五、全站仪坐标测量五、全站仪坐标测量五、全站仪坐标测量 圆柱偏心测量法圆柱偏心测量法圆柱偏心测量法圆柱偏心测量法 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、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。六、角度前方交会法六、角度前方交会法六、角度前方交会法六、角度前方交会法 根据根据角度前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。如右图所示，置测角仪器于A，六、角度前方交会法 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直垂直基准线基准线，丈量上、下同名特征点相对于基准线的纵、横坐标，丈量上、下同名特征点相对于基准线的纵、横坐标，再由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。七、垂直基准线法七、垂直基准线法七、垂直基准线法七、垂直基准线法 早年，工匠常采用锤球检查墙体是否铅垂。七、基础差异沉降法也是建筑物倾斜观测一种重要方法。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。八、基础差异沉降法八、基础差异沉降法八、基础差异沉降法八、基础差异沉降法 正交时正交时:最大倾斜角最大倾斜角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 基础差异沉降法也是建筑物倾斜观测一种重要方法。八、基实训任务实训任务2:建筑物倾斜观测建筑物倾斜观测实训任务2:建筑物倾斜观测 变变形形观观测测中中的的位位移移观观测测是是指指建建构构筑筑物物的的整整体体水水平平位位移移，或或上部相对于下部的位移上部相对于下部的位移。产产生生原原因因主主要要有有地地质质滑滑坡坡、深深基基坑坑施施工工，横横向向外外力力、气气温变化、水压变化温变化、水压变化等。等。任务任务3 建筑物位移观测建筑物位移观测 变形观测中的位移观测是指建构筑物的整体水 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。一、基准线一、基准线一、基准线一、基准线 测小角法测小角法测小角法测小角法 如下图所示，在监测点如下图所示，在监测点PiPi所在直线延长线上，建所在直线延长线上，建工作基准A和B。didi为监测点至基准线的垂距。为监测点至基准线的垂距。置测角仪器于置测角仪器于A A，以，以B B为置零方向，精确测出水平角为置零方向，精确测出水平角BAPBAPi i（i i），并规范至小），并规范至小角，同时测出角，同时测出APAPi i间概略距离间概略距离S SAPiAPi。水平位移值：水平位移值：d di i =S SAPiAPitan(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 基准线法可细分为视准线法、激光准直法和引张线法。一、基 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。二、基准线二、基准线二、基准线二、基准线 活动觇牌法活动觇牌法活动觇牌法活动觇牌法 在Pi点上安置活动觇牌，并对活动觇牌进行零位差测定。二如图所示：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：三、基准线三、基准线三、基准线三、基准线 测交角法测交角法测交角法测交角法 （S SAPiAPi+S SBpiBpi）*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。如图所示：A、B为工作基准，Pi为监测点。三、基准线 测 随随着着高高精精度度（测测角角精精度度0.50.51 1 测测距距精精度度1+1ppm1+1ppm）、伺伺服服型型全全站站仪仪的的出出现现，极极坐坐标标测测量量成成为为水水平平位位移移监监测测一一种种快捷方法快捷方法。四、四、四、四、全站仪极坐标测量法全站仪极坐标测量法全站仪极坐标测量法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，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。随着高精度（测角精度0.51 测距精度1+1p 用用交交会会法法进进行行水水平平位位移移观观测测，宜宜采采用用三三点点交交会会法法提提高高可靠性。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；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。五、交会法五、交会法五、交会法五、交会法 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 地地壳壳运运动动，大大区区域域地地表表变变形形、高高大大建建筑筑、大大型型桥桥梁梁变变形形等等，可可基基于于卫卫星星（GPSGPS）定定位位技技术术建建立立变变形形监监测测网网，实实现现远远程程、全天候、实时、自动化监测。全天候、实时、自动化监测。六、卫星定位法六、卫星定位法六、卫星定位法六、卫星定位法 杭州湾大桥杭州湾大桥GPSGPS监测工程监测工程 地壳运动，大区域地表变形、高大建筑、大型桥梁变形等建筑物的变形监测课件 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。七、测斜仪法七、测斜仪法七、测斜仪法七、测斜仪法 测斜仪工作原理测斜仪工作原理 测测斜斜仪仪工工作作原原理理是是基基于于伺伺服服加加速速度度等等，测测得得导导向向轮轮及及其其正正交交平平面面两两个个方方向向的的倾倾斜斜度度，顾顾及及深深度度变变化化，求求得得各各测测点点相相对对于于管管底底的的水水平平位位移移值值，进进而而可可画画出出位移曲线图。位移曲线图。观观测测时时将将测测头头导导入入至至管管底底（水水平平位位移移基基准准点点），缓缓慢慢提提升升，沿沿导导槽槽全全长长每每隔隔500mm(轮轮距距)测测读读1次次，出出地地面面后后将将测测头头旋旋转转180重重测测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测回。测回。测斜仪常用于监测基坑壁或滑坡的深层土体水平位实训任务实训任务3:建筑物位移观测建筑物位移观测实训任务3:建筑物位移观测Thank You!