高层建筑物变形监测方案设计.doc

目 录第1章 绪论11.1建筑物变形观测的概述11.1.1变形产生的原因和类型11.1.2变形观测的主要任务21.1.3变形观测的目的和意义31.2建筑物变形观测的概况31.2.1我国的变形监测工作发展过程41.2.2高层建（构）筑物的变形特点51.2.3其它建（构）筑物的主要变形特点61.2.4我国开展变形监测工作的主要内容61.3变形监测的精度和频率61.3.1制约变形监测质量的主要因素71.3.2变形监测的频率81.3.3变形监测频率确定的基本方法91.3.4沉降稳定期的确定9第2章 位移观测102.1倾斜观测的陈述102.2一般建筑物的倾斜观测102.3特殊建筑物的倾斜观测112.4建筑物主体倾斜观测122.4.1主体倾斜观测的方法122.4.2主体倾斜观测的周期142.4.3倾斜观测实例142.4.4建筑物水平位移观测152.5裂缝观测162.5.1裂缝观测的概述162.5.2裂缝观测的方法172.6挠度观测182.6.1建筑物基础挠度观测182.6.2弹性挠度观测182.6.3建筑物主体挠度观测192.7日照和风振变形监测192.8建筑场地滑坡观测202.8.1建筑物观测点布设，标石埋设要求202.8.2滑坡观测的周期规定202.8.3滑坡观测点的位移观测方法选用要求202.8.4滑坡观测应提交的图表21第3章沉降观测223.1沉降观测主要内容223.1.1沉降观测的陈述和目的223.1.2水准点的布设223.1.3观测点的布设223.1.4观测时间和观测方法223.1.5沉降观测的数据处理233.1.6 建筑物沉降观测实例分析24第4章结 语27参 考 文 献28致 谢29摘 要高层建筑物从基础施工到竣工验收及其运营使用过程中，由于建筑物的工程地质、水位地质、土壤的物理性质、大气温度以及建筑物本身的荷重、结构等因素的变化影响，往往产生不同形式的变形。因此，建筑物的稳定性和可靠性已经成为人们关注的焦点，只有定期对高层建筑进行变形观测，掌握其变形规律，才能合理预测未来的变形大小，及时采取预防和善后措施，确保建筑物的安全使用。高层建筑物的变形包括建筑物沉降变形、建筑物倾斜变形、建筑物产生裂缝和发生相对位移等变形。所以对于这些变形我们采取了沉降观测，水平位移观测，倾斜观测，裂缝观测等方法，以避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，提高高层施工中的沉降观测质量。在这些变形观测的工作实践中，应根据实际情况选用最适当、最有效的的观测方法，并科学分析、处理变形观测结果，对变形观测中常见的一些问题提出合理的解决方法，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为建筑物设计和防灾减灾提供科学的依据。关键词：高层建筑物 变形观测 精度分析 第1章 绪论1.1 建筑物变形观测的概述建筑物在施工过程中，随着建筑物的基础和地基所承受的荷载不断增加，引起基础及四周地层的变形，而建筑物本身在自重和各种外力的共同作用下，也要发生变形，这种变形在建筑物建成后的一段时间内继续存在着。如果变形在一定范围内，可视为正常现象，但如果超过某一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。为了建筑物的的安全使用，在建筑物施工和运行管理期间需要进行变形观测。通过对建筑物变形观测所取得的数，用来分析和监视建筑物变形情况，若发现有变形异常情况时，可以及时分析原因，采取必要的措施，确保工程质量和安全生产，同时也为今后建筑物结构和地基基础合理的设计积累资料。随着经济的快速发展，科技水平的不断提高，土建工程的建设也驶上了快车道。在各类工程层出不穷、高层建筑鳞次栉比、建筑结构起义日益复杂、工程规模愈来愈大的当今时代，对建筑物进行变形观测有着更现实的意义。同时，人类在认识、控制变形和预防灾害方面，有其成功的经验，也不乏有惨痛的教训，因此，工程建筑物的变形观测应受到各界的高度重视。工程建筑物变形观测主要包括：沉降观测，水平位移观测，倾斜观测，裂缝观测等。工程建筑物的变形观测与其他测量工作相比较其主要特点是：测量精度要求高，观测方法设计精密、严谨，数据处理严密。 1.1.1 变形产生的原因和类型一般来说，建筑物变形的原因较多，但主要的原因有三点：其主要原因如下：（1） 变形产生的原因自然条件及其变化建筑物地基的工程地质条件、水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等因素引起建筑物变形。例如，由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉降，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律性变形；新建的想邻大型建筑物改变原有建筑物周边的土壤平衡，使地面产生不均匀沉降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。与建筑物本身相联系的原因如建筑物本身的荷载大小、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。例如在高大建筑物周围进行深基坑开挖，就会对其原有建筑物产生一个额外的变形。当然这些引起变形的因素是相互联系、相互作用的，对建筑物往往是共同作用的，只是不同时间段，不同因素的作用强弱不同而已。这些变形的原因，是相互联系的。随着工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，对于建筑物的地基施加了一定的外力，这就必然引起地基及其周围地层的变形。而建筑物本身及基础，由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生变形。通常，这些大型建 （构）筑物变形的原因都是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管理阶段。（2） 变形的类型 按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形 按变形状态则可分为静态变形和动态变形静态变形通常是指变形观测的结果仅表示某一期间内的变形值，也就是说，它是时间的函数；动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。1.1.2 变形观测的主要任务变形观测的任务是周期性的对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期的变化量，而为了求得瞬时变化，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。建筑物在施工和营运过程中，由于地质条件和土壤性质的不同，地下水位和大气温度的变化，建筑物荷载和外力作用等影响，导致建筑物随时间发生的垂直升降、水平位移、挠曲、倾斜、裂缝等，统称变形。用测量仪器定期测定建筑物的变形及其发展情况，称为变形观测。各种工程建筑物在其施工和使用过程中，都会产生一定的变形，当这种变形在一定限度内时可认为属正常现象，但超过了一定的范围就会影响其正常使用并危及建筑物自身及人身的安全，因此需要对施工中的重要建筑物和已发现变形的建筑物进行变形观测，掌握其变化量、变形发展趋势和规律，以便一旦发现不利的变形可以及时采取措施，以确保施工安全和建筑物的安全，同时也为今后更合理的设计提供资料。由于建筑物破坏性变形危害巨大，变形观测的作用逐步为人们了解和重视，因此在建筑立法方面也赋予其一定的地位，建筑部已制定颁布了中华人民共和同行业标准建筑变形测量规范（JDJ/T8-97），并自1988年6月1日起施行。目前国内许多大中城市已经提出要求和做出决定：新建的高层、超高层，重要的建筑物必须进行变形观测，否则不予验收。同时要求，把变形观测资料作为工程验收依据和技术档案之一，呈报和归档。通过变形观测，取得第一手的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因，采取措施，防止事故的发生，改善运营方式，以保证安全。其次，通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观测，分析研究，可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法，对不同的地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形的数值，为工程建筑的设计施工、管理和科学研究工作提供资料。变形观测的主要任务是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测 周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。变形观测的具体方法，则要根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来拟定。1.1.3 变形观测的目的和意义（1） 变形观测的意义根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变形的因素是多方面的，而且多数变形由客观自然条件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变形是不可避免的。当建筑物在施工和运营理过程中，产生不利于建筑物稳定的变化因素时，变形就必然要发生。当变形值超过允许的限值，建筑物就可能出现危险甚至破坏，给人民的生命财产造成极大的损失。例如：我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失事，造成灾害。在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其旁边（仅相隔1m多）新建高层建筑物的影响，造成地面开裂，该6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠向新建高层建筑成为危房而拆除。由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世纪初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。（2） 变形观测的目的，变形观测的目的有两个：监测-以保证建（构）筑物的安全为目的通过变形观测取得的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况；在发生不正常现象时，可以及时分析原因，采取措施，防止事故发生，以保证建（构）筑物的安全。科研-以积累资料、优化设计为目的通过施工和运营期间对建筑物的观测，分析研究其资料，可以验证设计理论，所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计与施工方法提供依据。由此可见，通过变形观测，可以检查各种工程建筑物及其地质构造的稳定性，及时发现问题，确保工程质量和使用安全；更好的了解建（构）筑物变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，建立正确的变形预报理论和方法；以及对某种工程的新结构、新材料和新工艺的性能作出科学的客观评价。为了达到此目的，应在工程建筑物设计阶段，在调查建筑物地基承载性能、研究自然因素对建筑变形影响的同时，就着手拟定变形观测的设计方案，并将其作为工程建筑物的一项设计内容，以便在施工时，就将观测标志和设备埋置在设计位置上，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止为止。1.2 建筑物变形观测的概况随着我国经济建设的蓬勃发展，带动了许多关系到国计民生的大型基础设施的建设。例如：(1)兴建了众所周知的葛洲坝和长江三峡大坝等许多大型水电枢纽工程；(2)已建成或在建设中的数十座长江大桥和跨海大桥；(3)许多大型工业厂房分布祖国各地，高层民用建筑和超高层建筑已如雨后春笋般地耸立在大江南北、各大城市。上述大型基础设施的建设，不仅推动了我国经济建设和现代化建设的进一步发展，使农村脱贫致富、工业逐步强大、城市更加繁荣，也促进了我国在土木、水利、交通设计和建筑新材料方面的研究、施工技术和工艺方面的创新等等。同时，因建（构）筑物越来越高、规模越来越大，为保证这些建（构）筑物的安全使用以及设备正常运转，对变形监测工作也就提出了更高的要求。1.2.1 我国的变形监测工作发展过程（1） 利用常规的水准仪、经纬仪等测量仪器进行的传统变形观测方法；（2) 激光准直；（3) 近景摄影测量；（4) 各类位移传感器；（5) 数字水准仪；（6) 全自动电子全站仪（测量机器人）；（7) 三维立体激光扫描仪；（8) 全球卫星导航定位系统（GNSS） 利用上述测量新技术,可进行全天候自动变形监测，测量仪器和测量手段的不断更新，新技术和相关学科的不断融合，使得人们对变形观测和变形分析的研究也越来越深入。在我国最早系统地开展变形监测工作的应是位于东北地区的丰满水电大坝，在分析变形数据的基础上，确定加固方案，延长了大坝的使用寿命。位于我国南北交通命脉上的武汉长江大桥、南京长江大桥等其它特大型桥梁的变形监测，在建设之初就引起了国家主管部门的高度重视，建立了比较完善的变形监测系统。在我国变形监测领域，最受人们关注的是葛洲坝和三峡水利枢纽工程，由于大坝的性质和可能造成的危害程度决定了变形监测工作在这样一个举世瞩目的特大工程中的地位。在葛洲坝和三峡大坝建设和运营管理过程中，庞大完善的变形监测系统（包括：各种测量仪器设备、测量标志点位以及雄厚的测量科研技术力量等）几乎涵盖了当今国内外各种变形监测的手段和方法，提供了大量丰富可靠的变形监测数据，为确保大坝的安全建设和运营起到了极其重要的作用。 随着近年来大型工业厂房建筑和城市高层、超高层民用建（构）筑物的日益增多，这些位于人口密集、城市中心地带的巨型建筑物，其可能存在的安全隐患，越来越受到各个国家有关部门的高度重视我国为保证这些高层建筑物的安全施工和使用，制定了相应的法律和法规，确保变形监测工作纳入有序轨道，并贯穿于高层、超高层等大型建（构）筑物的勘测、设计、施工和运营管理的各个阶段。国家建设部于1998年颁布实施了建筑变形测量规程（中华人民共和国行业标准JGJT 897），进一步规范了变形观测工作，使大型建（构）筑物的变形监测工作有了技术保障。表 1.1 世界十大高层建筑物序号建筑名称建筑地址建成年代高度(m)层数结构1台北101大厦中国台北2005508101S+C2佩特纳斯大厦吉隆坡199845295S+C3西尔斯大厦芝加哥1974443110S+C4金茂大厦上海1998420.588S+C5国际金融中心香港2003413.890S+C6中信广场广州1997391.180C7地王大厦深圳199638481S+C8帝国大厦纽约1931381102S9中环广场香港199237478S10中国银行大厦香港198936972S+C11世贸大厦1号楼纽约1972417110S12世贸大厦2号楼纽约1973415110S1.2.2 高层建（构）筑物的变形特点关于高层建筑和超高层建筑的划分，就我国而言，大体上可以这样划分：4层以下为一般建筑；58层为多层建筑；920层为高层建筑；20层以上为超高层建筑。 （1)基础较深，需进行基坑回弹测量从结构设计的角度出发，高层建筑为减少本身对地基产生的附加荷载，从而减小总沉降量及沉降差。当土质较好时，可加大埋深，利用天然地基。当地基深挖后，土的自重失去平衡，会产生基坑地面隆起变形，需进行基坑回弹测量。 （2)沉降量较大，需进行沉降观测高层建筑由于层数多，荷重大。因此，沉降量也较大。例如上海有的建筑物下沉量达180厘米。高层建筑对差异沉降极为敏感，不仅本身下沉，而且对邻近建筑物也有影响。所以，在施工期间和竣工之后都要定期进行沉降观测。（3)楼体高力矩大，需进行倾斜观测高层建筑除在设计时注意控制水平荷载产生的位移，施工时要分层计算逐层调整外，建成之后仍要进行倾斜监测。其倾斜与地基和整体刚度有关。例如意大利的古建筑比萨斜塔，8层高54m。从1918年开始倾斜观测，建成至今630多年共倾斜4.40m。（4)风荷载大，需进行风振测量高层建筑在风荷载作用下，受振动而变形，特别在台风地区更为明显。例如美国纽约的“帝国大厦”102层，高381m，在最大风力117.3m/s时，其最高点要偏离16.5cm，在偏离处还要引起振幅为18.3cm的振动，因此最大偏离可达25.65cm。（5)墙体温差大，需进行日照变形观测高层建筑物墙体平面尺寸较大，受日照变形的影响是不可忽视的。 例如前苏联在16层陶粒混凝土板块民用住宅楼进行了测试。当墙面温度在16时，第七层观测点位移1.7mm，第12层观测点位移3.5 mm。故需随温度的变化进行位移和挠度测量。 1.2.3 其它建（构）筑物的主要变形特点其它大型工程建（构）筑物除与上述高层和超高层建筑具有部分共性外，还具有一些各自的变形特点。例如：大型桥梁的桥墩因长期受到水流的冲击，易产生水平位移甚至滑动，而桥梁与桥面则在交通工具通过时必然会在垂直方向上产生垂曲和振动；水利大坝因长期受到上下游水位落差的压力，坝体必然要产生挠曲或水平位移。这些变形通常随着一年四季大气、水温的变化，以及上下游水位落差的变化，呈现出周期性变形规律。1.2.4 我国开展变形监测工作的主要内容（1)基坑回弹测量（2)地基分层沉降观测（3)建筑场地沉降观测（4)建筑物的沉降观测（5)建筑物水平位移观测（6)建筑物倾斜观测（7)建筑物裂缝观测（8)日照变形观测和风振测量1.3 变形监测的精度和频率 精度要求是建(构)筑物变形监测中的一个重要问题。因为变形监测的结果直接关系到建（构）筑物的安全，影响对变形原因和变形规律的正确分析，和其它测量工作相比，变形监测必须具有更高的精度。对于从事变形监测工作的测量人员来说，精度要求直接关系到使用哪一等级的测量仪器，采用什么观测方法以及如何处理所获得的数据。对于变形分析人员来说，它关系到变形监测成果能否达到预期的目的，能否正确分析变形产生的原因、预测变形发展的趋势以及对可能发生的安全隐患进行评估和预报等。 1.3.1 制约变形监测质量的主要因素 工程建筑物的变形监测应能确切反映建筑物、构筑物及其场地的实际变形程度或变形趋势，并以此作为确定作业方法和检验测量成果质量的基本要求。 变形监测的结果能否达到预定的目的，受很多因素的影响，涉及到变形监测工作的各个环节。如施测方案的确定、变形监测控制网的设计、测量标志的稳定以及观测方法和测量仪器工具的选择等。其中，最基本的因素是：（1)观测点的布置；（2)观测的精度与频率；（3)观测所进行的时间。 变形监测的精度，取决于建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，因其与观测条件和待测建（构）筑物的类型以及观测的目的相关，情况比较复杂，国内外还存在着各种不同的看法。国际测量工作者联合会（FIG）第16届大会上（1981年，瑞士）提出的方法，即：为了使用的目的，观测值中误差应不超过变形允许值的120110，或者是12；了研究的目的，应为1/1001/20，或者0.2。表 1.2 建(构)筑物变形监测的等级及其精度要求变形监测等级沉降观测位移观测适用范围观测点测站高差中误差（）观测点坐标中误差（）特级0.050.30特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目的变形监测一级0.151.00高精度要求的大型建筑物和科研项目的变形监测二级0.503.00中等精度要求的建筑物和科研项目变形监测；重要建筑物主体倾斜和场地滑坡监测三级1.5010.00低等精度要求的建筑物变形监测；一般建筑物主体倾斜和场地滑坡监测例如：1.某建筑物高30米，设计人员提出的允许倾斜度i=tg=4;建筑物顶点的允许偏移值为：观测中误差的允许值为: 目的一的观测中误差为:目的二的观测中误差为:又例如：一般来讲，从使用的目的出发，对于连续生产的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物），通常要求观测工作能反映出1mm的沉降值；对于一般的厂房，没有很大的传动设备，连续性不大的车间，要求能反映出2mm的沉降量（观测中误差应在1mm以内）。而为了科学研究的目的，往往要求观测精度达0.1mm。1.3.2 变形监测的频率 （1） 因素: 观测的频率取决于变形值的大小和变形速度，同时与观测目的也有关系。（2） 原则:变形监测的频率应以既能系统地反映所测变形的变化过程，又不遗漏其变化的时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素的影响来确定。当实际观测中发现异常情况时，则应及时相应地增加观测次数。 下面以建筑物及其基础沉降的观测过程为例，说明确定观测频率的方法。对于沙类土层上基础的沉降过程可分为四个阶段：第一阶段是在施工期间,随着基础上压力的增加，沉降速度很大，年沉降量达2070mm。第二阶段沉降量显著变慢，年沉降量约为20mm。第三阶段为平稳下沉阶段。其速度为每年12mm。第四阶段沉降曲线几乎是水平的,沉降趋于停止。（3）施工过程中的观测频率在施工过程中的观测，应随施工进度及时进行，通常观测频率应大些。一般建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测;大型和高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。观测次数与间隔时间应视地基状况与荷载增加的进度来确定。根据施工进度，编制观测日历，按计划进行。一般有三天、七天、半月三种观测周期；对于民用建筑也可每加高15层观测一次，工业建筑亦可按不同的施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。如建筑物均匀增高，可根据荷载增加的进度进行从观测点埋设稳定后进行第一次观测，当荷载增加到25%时观测一次，以后每增加15%观测一次。施工过程中如暂时停工，要求在停工和重新开工时各观测一次。停工期间，可每隔23个月观测一次。（4）建筑物使用期间的观测频率建筑物竣工投产、进入使用期以后，变形监测的频率应视地基土类型和沉降速度大小而定，通常频率可小一些。一般有一个月、两个月、三个月、半年及一年等不同的周期。除有特殊要求外，一般第一年观测34次，第二年23次，以后每年观测1次，直到稳定为止。观测期限一般不少于：砂土地基2年;膨胀土地基3年; 粘土地基5年;软土地基10年。1.3.3 变形监测频率确定的基本方法 （1）系统观测 （2）附加观测因突发事件和自然条件发生急剧变化，而临时增加的变形观测，称为附加观测。例如: 基础上的负荷或附近地面荷载急剧增加或减少时； 外界温度急剧变化；基础四周地面大量积水、长时间连续降水及地下水位发生急剧变化等。1.3.4 沉降稳定期的确定 沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。若最后三个周期观测中，每周期沉降量不大于2倍测量中误差可认为已进入稳定阶段。对于一般建筑物的变形观测若沉降速度小于0.010.04mm/，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。表 1.3 国内几个主要城市采用的稳定指标城市接近稳定时的周期容许沉降量稳定控制指标北京1/1000.01/上海2/半年0.01/天津3/半年，1/1000.0170.01/济南1/1000.01/西安12/500.020.04/第2章 位移观测建筑物（或构筑物）的不均匀下降，会使建筑物产生倾斜，严重的不均匀下沉会使建筑物发生裂缝，甚至破坏，影响建筑物的正常使用。对于高层建筑和圆形建筑更应及时进行观测，发现问题立即采取补救措施，以确保建筑物的安全与稳定。2.1 倾斜观测的陈述用测量仪器来测定建筑物的基础和主体结构倾斜变化的工作，称为倾斜观测。倾斜观测分类按照其普遍性可分为一般和特殊建筑物的倾斜观测，按照其性质可分为主体倾斜观测，裂缝观测，挠度观测，日照观测和风振观测等。2.2 一般建筑物的倾斜观测对于一般建筑物的倾斜观测，主要是测定建筑物的上部与下部的相对位移。建筑物主体的倾斜观测，应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度：式中 i建筑物主体的倾斜度； D建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值（m）；H建筑物的高度（m）；倾斜角（）。由式（2-1）可知，倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值D。偏移值D的测定一般采用经纬仪投影法。具体观测方法如下：BAQNBAHYXQPNM图 2.1 一般建筑物的倾斜观测1）如图2.1所示，将经纬仪安置在固定测站上，该测站到建筑物的距离，为建筑物高度的1.5倍以上。瞄准建筑物X墙面上部的观测点M，用盘左、盘右分中投点法，定出下部的观测点N。用同样的方法，在与X墙面垂直的Y墙面上定出上观测点P和下观测点Q。M、N和P、Q即为所设观测标志。2）相隔一段时间后，在原固定测站上，安置经纬仪，分别瞄准上观测点M和P，用盘左、盘右分中投点法，得到N和Q。如果，N与N、Q与Q不重合，如图2.1所示，说明建筑物发生了倾斜。3）用尺子，量出在X、Y墙面的偏移值A、B，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值D，即： (2-2) 根据总偏移值D和建筑物的高度H用式（2-1）即可计算出其倾斜度i。2.3 特殊建筑物的倾斜观测对于特殊建筑物和构筑物（如烟囱、水塔等）的倾斜观测，是在相互垂直的两个方向上测定其顶部中心对底部中心的偏心距，该偏心距即为建（构）筑物的倾斜量。具体观测方法如下： 图2.2 塔式建筑倾斜观测（1）如图2.2在烟囱底部横放一根标尺，在标尺中垂线方向上，安置经纬仪，经纬仪到烟囱的距离为烟囱高度的1.5倍。（2）用望远镜将烟囱顶部边缘两点A、A及底部边缘两点B、B分别投到标尺上，得读数为y1、y1及y2、y2，如图2.2烟囱顶部中心O对底部中心O在y方向上的偏移值y为： (2-2)（3）用同样的方法，可测得在x方向上，顶部中心O的偏移值x为： （2-3） （4）用矢量相加的方法，计算出顶部中心O对底部中心O的总偏移值D，即 (2-4) 根据总偏移值D和圆形建（构）筑物的高度H用式（2-4）即可计算出其倾斜度i。另外，亦可采用激光铅垂仪或悬吊锤球的方法，直接测定建（构）筑物的倾斜量。3建筑物基础倾斜观测DhLHhL 图 2.3 基础倾斜观测 测定建筑物的偏移值2.4 建筑物主体倾斜观测2.4.1 主体倾斜观测的方法测定建筑物倾斜的方法有两类：一、直接测定法；二、间接推定（通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜）。（1）直接测定法 投点法。观测时，应在底部观测点位置安置量测设施（如水平读数尺等）。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法以所测每对上下观测点标志间的水平位移分量，按矢量相加法求得水平位移值（倾斜量）和位移方向（倾斜方向）。对需要观测的建筑物，通常对建筑物的四个阳角进行倾斜观测，综合分析整栋建筑物的倾斜情况。经纬仪的位置如图3-1所示，其中要求经纬仪应设置在离建筑物较远的地方（距离最好大于1.5倍建筑物的高度），以减少仪器纵轴不垂直的影响。观测时瞄准墙顶一点M，向下投影得一点N，投影时经纬仪在固定测站很好地对中严格整平，用盘左、盘右两个度盘位置往下投影，分别量取水平距离，取其平均值即为NN1间的水平距离a。如图3-2所示，另外，以M点为基准，采用经纬仪测出角度。H和H1也可用钢尺直接量取，或用手持式激光测距仪测定。不便埋设标志的塔形、圆形建筑物以及竖直构件，可以照准视线所切同高边缘认定的位置或用高度角控制的位置作为观测点位。位于地面的测站点和定向点，可根据不同的观测要求，采用带有强制对中设备的观测墩或混凝土标石。对于一次性倾斜观测项目，观测点标志可采用标记形式或直接利用符合位置与照准要求的建筑物特征部位；测站点可采用小标石或临时性标志。根据垂直角可按下式算出高度 H=loga (2-5)则建筑物的倾斜度 I=a/h （2-6）建筑物该阳角的倾斜量 =i（H+H1） （2-7）最后，综合分析四个阳角的倾斜度，即可描述整幢建筑物的倾斜情况。 测水平角法。对塔形、圆形建筑物或构件，每测站的观测，应以定向点作为零方向，以所测各观测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对底部中心的水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量和位移方向。 前方交会法。所选基线应与观测点组成最佳构形，交会角宜在60120之间。水平位移计算，可采用直接由两周期观测方向值之差解算坐标变化量的方向差交会法，亦可采用按每周期计算观测点坐标值，再以坐标差计算水平位移的方法。 吊垂球法。应在顶部或需要的高度处观测点位置上，直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备（如毫米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对底部观测点的水平位移量和位移方向； 激光铅直仪观测法。应在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。作业中仪器应严格置平、对中，应旋转180观测两次取其中数。对超高层建筑，当仪器设在楼体内部时，应考虑大气湍流影响； 激光位移计自动记录法。位移计宜安置在建筑物底层或地下室地板上，接收装置可设在顶层或需要观测的楼层，激光通道可利用未使用的电梯井或楼梯间隔，测试室宜选在靠近顶部的楼层内。当位移计发射激光时，从测试室的光线示波器上可直接获取位移图像及有关参数，并自动记录成果； 正锤线法。锤线宜选用直径0.61.2mm的不锈钢丝，上端可锚固在通道顶部或需要高度处所设的支点上。稳定重锤的油箱中应装有粘性小、不冰冻的液体。观测时，由底部观测墩上安置的量测设备（如坐标仪、光学垂线仪、电感式垂线仪），按一定周期测出各测点的水平位移量。 摄影测量法。当建筑物立面上观测点数量较多或倾斜变形比较明显时，也可采用近景摄影测量方法。（2）间接推定法按相对沉降间接确定建筑物整体倾斜时，所测建筑物应具有足够的整体结构刚度。可选用下列方法： 倾斜仪测记法。采用的倾斜仪（如水管式倾斜仪、水平摆倾斜仪、气泡倾斜仪或电子倾斜仪）应具有连续读数、自动记录和数字传输的功能。监测建筑物上部层面倾斜时，仪器可安置在建筑物基础面上，以所测楼层或基础面的水平角变化值反映和分析建筑物倾斜的变化程度； 测定基础沉降差法。可在基础上选设观测点，采用水准测量方法，以所测各周期的基础沉降差换算求得建筑物整体倾斜度及倾斜方向。 2.4.2 主体倾斜观测的周期（1）主体倾斜观测的周期，可视倾斜速度每个月观测一次。如遇基础附近因大量堆载或卸载、场地降雨长期积水等而导致倾斜速度加快时，应及时增加观测次数。（2）施工期间的观测周期，应随施工进度并结合实际情况进行。一般建筑，可在基础完工后或地下室砌完后开始观测，大型、高层建筑，可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高15层观测一次；工业建筑可按不同施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。如建筑物均匀增高，应至少在增加荷载的25、50、75和100时各测一次。施工过程中如暂时停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。停工期间，可每隔23个月观测一次。（3）结果判定建筑物主体倾斜观测结果须小于倾斜容许值。建筑物主体倾斜的容许值见表3-1表2.1 建筑物主体倾斜的容许值多层和高层建筑物的整体倾斜高耸结构基础的倾斜建筑物高度倾斜允许值建筑物高度倾斜允许值Hg240.004Hg200.00824Hg600.00320Hg500.00660Hg1000.002550Hg1000.005Hg1000.002100Hg1500.004- -150Hg2000.003-200Hg2500.0022.4.3 倾斜观测实例（1）概况某16层住宅楼，对该住宅楼的东、南、西、北四个楼角位置进行了倾斜测量。（2）检测仪器采用拓普康GPT-6002LP全站仪（3）测量结果（4）倾斜测量成果说明、所有点位的偏移量均为该楼最上面点相对于最下面点（勒脚处）沿南北向或东西向的偏移量。、该楼楼角编号及楼角高度见下图所示：（H=50.5） （H=50.5）1# 2# 北 4#3# 图2.4（H=50.5） （H=50.5）住宅楼楼角编号及高度（2）倾斜测量成果表表2.2点号倾斜方向偏移方向偏移量（mm）倾斜率1#南北向南9.40.5东西向东6.40.42#南北向南11.20.6东西向西3.20.23#南北向南6.40.3东西向西15.60.84#南北向北7.60.4东西向西17.91.02.4.4 建筑物水平位移观测（1）水平位移观测的陈述水平位移观测：测定建筑物在水平方向位置移动的工作称为水平位移观测。（2）水平位移的测定方法水平位移的测定方法有两种：基准线法测定水平位移 基准线法的原理是以通过建筑物轴线（例如大坝轴线、直线桥轴线等）或平行于建筑物轴线固定不变的铅垂面为基准面，由此来测定建筑物的水平位移。图2.5位某混凝土大坝坝顶基准线示意图。A、B、C、D分别为位于大坝两端所选定的基准线端点，1、2、3、4、5为水平位移的观测点：图2.5 坝顶基准线布设经纬仪安置于一端基准点A上，照准安置于另一端基准点B上的觇牌，则通过仪器中心的铅垂线与觇牌中心的铅垂面即形成基准线法中的基准面。通过观测，量取各观测点相对于该点基准面的水平距离，并与本次观测面结果比较，即可求得各观测点所在坝段的位移量。基准线法根据使用的工具和观测方法可分为测小角法和活动觇牌法。测小角法是用精密经纬仪精确地测出基准线方向与置镜点到观测点视线方向之间所夹的小角，然后计算出观测点相对于基准线的偏离值。活动觇牌法则是利用活动觇牌上的标尺，直接测定其偏离值。随着科学技术的发展，以激光来替代经纬仪视线的“激光经纬仪准直”和利用光干涉原理的“波光板激光准直”已在实践中应用。导线法测定建筑物的水平位移对于直线型建筑物的位移观测，应用基准线法具有观测速度快、精度高等优点，但对于非直线型建筑物，如重力拱坝，曲线桥梁以及一些高层建筑物的位移观测，采用导线法则更为适宜，此法可以同时测定建筑物上某观测点在同一水平面内两个方向上的位移。对于变形观测的导线，是两端不观测定向角的导线，可在建筑物的适当位置与高度上布设导线点。其边长应根据现场的实际情况确定，但尽量选用长边。导线的角度测量可以利用激光准直系统，配合特制的转角棱镜进行间接测量。导线的边长可采用侧微铟瓦钢尺丈量。导线点的坐标计算后，以第一次观测计算的各点坐标为基准值，以后各次的测算结果与之比较，即可求得各观测点在两个方向上的位移量。2.5 裂缝观测2.5.1 裂缝观测的概述工程建筑物发生裂缝时，为了了解其现状和掌握其发展情况，应该进行观测，以便根据这些资料分析其产生裂缝的原因和它对建筑物安全的影响；及时地采取有效措施加以处理。裂缝观测应测定建筑物上的裂缝分布位置，裂缝的走向、长度、宽度及其变化程度。观测的裂缝数量视需要而定，主要的或变化大的裂缝应进行观测。对需要观测的裂缝应统一进行编号。每条裂缝至少应布设两组观测标志，一组在裂缝最宽处，另一组在裂缝末端。每组标志由裂缝两侧各一个标志组成。裂缝观测标志，应具有可供量测的明晰端面或中心。观测期较长时，可采用镶嵌或埋入墙面的金属标志、金属杆标志或形板标志；观测期较短或要求不高时可采用油漆平行线标志或用建筑胶粘贴的金属片标志。要求较高、需要测出裂缝纵横向变化值时，可采用坐标方格网板标志。使用专用仪器设备观测的标志，可按具体要求另行设计。对于数量不多，易于量测的裂缝，可视标志型式不同，用比例尺、小钢尺或游标卡尺等工具定期量出标志间距离求得裂缝变位值，或用方格网板定期读取“坐标差”计算裂缝变化值；对于较大面积且不便于人工量测的众多裂缝宜采用近景摄影测量方法；当需连续监测裂缝变化时，还可采用测缝针或传感器自动侧记方法观测。裂缝观测的周期应视其裂缝变化速度而定。通常开始可半月测一次，以后一月左右测一次。当发现裂缝加大时，应增加观测次数，直至几天或逐日一次的连续观测。2.5.2 裂缝观测的方法当建筑物出现裂缝之后，应及时进行裂缝观测。常用的裂缝观测方法有以下几种：（1）金属杆标志根据裂缝分布情况，可以对重要的裂缝，选择在有代表性的位置上埋设标点（如图2.6）。标点系直径为20mm，长约60mm的金属棒，埋入混凝土内40mm，外露部分为标点，在其上面各有一个保护盖，两标点的距离不得少于150mm。裂缝观测标点在裂缝两侧的混凝土表面上各埋一个，用游标卡尺定期地测定两个标点之间距离的变化值，以此来掌握缝宽的发展情况。单位：mm1 钻孔后回填的混凝土，2观测标点，3裂缝，4游标卡尺卡着点图2.6 裂缝观测金属杆标志埋设示意图土坝裂缝观测，可根据情况，对全部裂缝或选择重要裂缝；或选择有代表性的典型裂缝进行观测。对于缝宽大于5mm，或缝宽虽小于5mm但长度较长或穿过坝轴线的裂缝，弧形裂缝，明显的垂直错缝以及与混凝土建筑物连接处的裂缝，必须进行观测。观测的次数，应视裂缝的发展情况而定，一般在发生裂缝的初期应每天一次，在裂缝在显著发展和库水位变动较大时应增加观测次数，暴雨过后必须加测一次；只有当裂缝发展缓慢后，才适当减少观测次数。对于需长期观测的裂缝，应考虑与土坝位移观测的次数相一致。对于混凝土大坝进行裂缝观测时，一般应同时观测混凝土的温度、气温、水温、上游水准等因素。观测次数与土坝基本上一样。但在出现最高、最低气温和上游最高水位时，或气温及上游水位变化较大时，或裂缝有显著发展时，均应增加观测次数。经过长期观测判明裂缝已不再发展方可以停止观测。（2）石膏板标志用厚10mm，宽约5080mm的石膏板（长度视裂缝大小而定），固定在裂缝的两侧。当裂缝继续发展时，石膏板也随之开裂，从而观察裂缝继续发展的情况。白铁板（3）白铁皮标志 图 2.7 建筑物的裂缝观测如图2.7用两块白铁皮，一片取150mm150mm的正方形，固定在裂缝的一侧。另一片为50mm200mm的矩形，固定在裂缝的另一侧，使两块白铁皮的边缘相互平行，并使其中的一部分重叠。在两块白铁皮的表面，涂上红色油漆。如果裂缝继续发展，两块白铁皮将逐渐拉开，露出正方形上，原被覆盖没有油漆的部分，其宽度即为裂缝加大的宽度，可用尺子量出。2.6 挠度观测挠度是指建(构)筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。例如桥的梁部在中间会产生向下弯曲，高耸建筑物会产生侧向弯曲。建筑物的挠度观测包括建筑物基础、建筑物主体及独立构筑物（如独立土墙、柱）的挠度观测。对于高层建筑物，当较小的面积上有很大的集中荷载时，可能导致基础和建筑物的沉陷，其中不均匀的沉陷将导致建筑物的倾斜，使局部构件产生弯曲并导致裂缝的产生。建筑物的挠度可由观测不同高度处的倾斜换算求得，也可以采用激光准直仪观测的方法求得。 2.6.1 建筑物基础挠度观测建筑物基础挠度观测可与建筑物沉降观测同时进行。观测点应沿基础的轴线或边线布设，每一基础不得少于3点。标志设置、观测方法与沉降相同。2.6.2 弹性挠度观测桥梁在动荷载(如列车行驶在桥上)作用下会产生弹性挠度，即列车通过后，立即恢复原状，这就要求在挠度最大时测定其变形值。为能测得其瞬时值，可在地面架设测距仪，用三角高程法观测，也可利用近景摄影测量法测定。2.6.3 建筑物主体挠度观测对高耸建(构)筑物竖直方向的挠度观测，是测定在不同高度上的几何中心或棱边等特殊点相对于底部几何中心或相应点的水平位移，并将这些点在其扭曲方向的铅垂面上的投影绘成曲线，就是挠度曲线。水平位移的观测方法，可采用测角前方交会法、极坐标法或垂线法。图2.8建筑物主体挠度观测示意图对于直立高大型建筑物，其挠度的观测方法是测定建筑物在铅垂面内各不同高程点相对于底部的水平位移值。高层建筑物通常采用前方交会法测定。对内部有竖直通道的建筑物，挠度观测多采用垂线观测，即从建筑物顶部附近悬挂一根不锈钢丝，下挂重锤，直到建筑物底部。在建筑物不同高程上设置观测点，以坐标仪定期测出各点相对于垂线最低点的位移。比较不同周期的观测成果，即可求得建筑物的挠度值。如果采用电子传感设备，可将观测点相对于垂线的微小位移变换成电感输出，经放大后由电桥测定并显示各点的挠度值。图2.92.7 日照和风振变形监测建筑物的日照变形因建筑的类型、结构、材料以及阳光照射方位、高度不同而不同。如湖北一座183m高的电视塔，24h的偏移达130mm。日照变形测量在高耸建筑物或单柱受强阳光照射或辐射的过程中进行，应测定建筑物上部由于向阳面与背阴面温差引起的偏移及其变形规律。塔式建筑物在温度荷载和风荷载作用下会产生来回摆动，因而需要对建筑物进行动态观测。如美国纽约“帝国大厦”高102层，观测结果表明：在风荷载作用下，最大摆动达7.6cm。风振观测应在高层、超高层建筑物受强风作用的时间阶段同步测定建筑物的顶部风速、风向和墙面风压以及顶部的水平位移，宜获得风压分布、梯形系数及风振系数。 2.8 建筑场地滑坡观测2.8.1 建筑物观测点布设，标石埋设要求（1）建筑场地滑坡观测应测定滑坡的周界、面积、滑动量、滑移方向、主滑线以及滑动速度，并视需要进行滑坡预报。滑坡观测点位的布设要求： 滑坡面上的观测点应均匀布设。滑动量较大和滑动速度较快的部位，应适当增加布点； 滑坡周界外稳定的部位和周界内稳定的部位，均应布设观测点； 主滑方向和滑动范围已明确时，可根据滑坡规模选取十字形或格网形平面布点方式；主滑方向和滑动范围不明确时，可根据现场条件，采用放射形平面布点方式； 需要测定滑坡体深部位移时，应将观测点钻孔位置布设在主滑轴线上，并可对滑坡体上局部滑动和可能具有的多层滑动面进行观测；对已加固的滑坡，应在其支挡锚固结构的主要受力构件上布设应力计和观测点。（2）滑坡观测点位的标石、标志及其埋设的要求： 土体上的观测点可埋设预制混凝土标石。根据观测精度要求，顶部的标志可采用具有强制对中装置的活动标志可嵌入加工成半球状的钢筋标志。标石埋深不宜小于1m，在冻土地区应埋至当地冻土线以下0.5m。标石顶部应露出地面2030cm； 岩体上的观测点可采用砂浆现场浇固的钢筋标志。凿孔深度不宜沾小于10cm。标志埋好后，其顶部应露出岩体面5cm； 必要的临时性或过渡性观测点以及观测周期短、次数少的小型滑坡观测点，可埋设硬质大木桩，但顶部应安置照准标志，底部应埋至当地冻土线以下； 滑动体深部位移观测钻孔应穿过潜在滑动面进入稳定的基岩面以下不小于1m。观测钻孔应铅直，孔径应不小于110mm。2.8.2 滑坡观测的周期规定（1） 在雨季，宜每半月或一月测一次；干旱季节，可每季度测一次；（2） 当发现滑速增快，或遇暴雨、地震、解冻等情况时，应增加观测次数；（3） 当发现有大的滑动可能或有其他异常时，应在做好观测本身安全的同时，及时增加观测次数，并立即将观测结果报告委托方。2.8.3 滑坡观测点的位移观测方法选用要求（1） 当建筑数量多、地形复杂时，宜采用以三方向交会为主的测角前言交会法，交会角宜在 之间，长短边不宜悬殊。也可采用测距交会法、测距导线法以及极坐标法；（2） 对于视野开阔的场地，当面积小时，可采用放射线观测网法，从两个测站点上按放射状布设交会角在 之间的若干条观测线，两条观测线的交点即为观测点。每次观测时，应以解析法或图解法测出观测点偏离两测线交点的位移量。当场地面积大时，可采用任意方格网法，其布设与观测方法应与放射线观测网相同，但应需增加测站点与定向点；（3） 对于带状滑坡，当通