變形監(jiān)測2-1

1、現(xiàn)代變形監(jiān)測技術,任課教師：高 飛,合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院,非測繪工程專業(yè),第一章 變形監(jiān)測概述第二章 垂直位移與水平位移觀測第三章 變形監(jiān)測新技術與工程實例第四章 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理基礎,本課程主要內容,現(xiàn)代變形監(jiān)測技術,第2章 垂直位移與水平位移觀測,§2. 1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志 §2. 2 垂直位移觀測 §2. 3 地面傾斜測量 &#

2、167;2.4 水平位移觀測網(wǎng)及觀測標志 §2. 5 水平位移測量技術概述 §2. 6 視準線法測量水平位移 §2. 7 激光準直測量 §2. 8 引張線法測量水平位移 §2. 9 建筑物主體傾斜和撓度測量 §2. 10 裂縫測量,現(xiàn)代變形監(jiān)測技術,第2章 垂直位移與水平位移觀測,地面和建（構）筑物的變形包括：垂直

3、位移：沉降和回彈水平位移：水平方向上的位移（與軸線垂直方向上）,一、垂直位移觀測的重要性,隨著工程建筑物的修建，建筑物的基礎和地基所承受荷載不斷增加。 當?shù)鼗休d力相同時，建筑物將發(fā)生均勻沉降。 若地基承載力不同，會發(fā)生不均勻沉降。 有的建筑物建成時是均勻沉降，后來由于地下水位以及周圍荷載的改變，引起了不均勻沉降。 建筑物這種沉降變形，其值在一定范圍內時可視為正常現(xiàn)象。如超過某一限度就會影響建筑物的正常使用，嚴重的還會

4、危及建筑物的安全。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,例如著名的意大利比薩斜塔，塔高54.5m，為8層圓柱形建筑，始建于1174年。最終于1370年（有報道為1350年建成）建成。 當時塔頂中心偏離垂直線2.1m，這卻反而成了斜塔的特色，從而成為世界聞名的建筑奇觀，令它成為名聞遐邇的旅游勝地。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要性,到1990年比薩斜塔的基礎南端的沉降為2.8m

5、（其基礎承壓為９kg/cm）；北端的沉降為1.2m（相應壓力為１kg/cm），塔頂最高處偏離垂直線達６米。傾斜量正以每年1mm速度在加速傾斜。于1990年1月關閉，并開始新一輪的加固工程。耗資2500萬美元，歷時11年，于2001年12月比薩斜塔重新對游客開放。,,,,,6米,,,54.5米,,,,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,在第32屆國際地質大會上介紹（2004年6月，意大利佛羅倫薩）糾偏扶“正”加固工程之后

6、，比薩斜塔的傾斜角從5.5º減小到5º，糾偏近50cm。 經(jīng)科學預測，比薩斜塔傾斜變形要再達到1990年以前的水平，將需要300年時間。,,,,,5.56米,,,54.5米,,,,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要性,又如我國蘇州市的虎丘塔，建于公元959年，塔高出地面47.5 m。呈八角形，是一座磚身木檐的閣樓式佛塔，計七層。 據(jù)變形資料分析，塔頂中心偏離底層中心2

7、.3m，底層地面南北高差0.48米。傾斜使塔的中心北移，塔身最大傾角為3º59′，被稱為“中國第一斜塔”。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要性,西安大雁塔,有1300余年歷史的大雁塔也沉降了1198 mm; 1985年向西北方向傾斜998mm， 至1996年傾斜達1010.5mm; 平均每年傾斜1mm.,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要

8、性,位于廣東開平市蜆(xian)岡鎮(zhèn)的一處碉樓，共7層; 其傾斜角為15º;大于意大利比薩斜塔的傾斜度。,廣東開平碉樓,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要性,建（構）筑物的沉降和傾斜，很多是由于其自身基礎和結構問題造成的；當基礎產(chǎn)生整體不均勻沉降時，建筑物勢必會出現(xiàn)傾斜。 而基礎的沉降或不均勻沉降，又與周圍環(huán)境的變化和諸多人為因素相關。 如大型煤礦的地下開采，造成地面大范圍沉降或

9、塌陷；地下水的大量抽取使地下水位急劇下降等。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,一、垂直位移觀測的重要性,建（構）筑物變形監(jiān)測網(wǎng)的點位及其使用的測量標志，如何確定、應具備什么樣的構造特點、如何布設等，是變形監(jiān)測工作中的一個重要的環(huán)節(jié)。,1.按工作性質分類 可分為平面標志和高程標志。（1）平面標志用來構成測量建筑物平面位移的平面控制網(wǎng)。（2）高程標志則構成觀測建筑物沉降或進行垂直位移觀測的高程控制網(wǎng)。,二、垂直

10、位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,測量標志的分類,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,2.按用途分類按不同的用途形觀測使用的測量標志可分為三類，即：變形點、工作基點和基準點。（1）變形點又稱變形觀測點 直接埋設在所要觀測研究的建（構）筑物上，它們和待測建筑物一起移動，以表明建筑物空間位置的變化。,測量標志的分類,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,測量標志的分類,2.按用途分

11、類(1)變形點又稱變形觀測點,(2)工作基點即測量控制點（包括測站點、聯(lián)系點、檢核點和定向點等工作點），儀器安置在工作基點上以測定變形點的平面位置和高程。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,(3)基準點 是變形監(jiān)測控制網(wǎng)的基礎，通常埋設在變形地區(qū)之外，便于長期保存和具有很好的穩(wěn)定性，是建（構）筑物是否產(chǎn)生變形的參照點。,測量標志的分類,2.按用途分類(1)變形點又稱變形觀測點

12、(2)工作基點即測量控制點,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,為了測定建筑物的沉降，就要在最能反映建筑物沉降的位置上埋設觀測點（變形點）； 為了測定觀測點的沉降，要在建筑物附近地基比較穩(wěn)定且便于觀測的地點埋設水準點（即高程工作基點）用來測定觀測點的沉降。 至于水準點本身有無變動，要由離建筑物較遠的水準基點來檢測。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)

13、（點）的布設,在擬定沉降觀測點的布置方案時，通常是由設計部門提出要求有施工組織計劃者提出布置方案，在施工期間進行埋設。 觀測點應有足夠的數(shù)量，觀測點應牢固地與待測物體連接在一起，便于觀測，并使其在整個觀測期間不被破壞。,1. 沉降觀測點布置的基本要求,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,對于民用建筑物，通常在建筑物四角、中點、轉角處、沉降縫及伸縮縫的兩側等關鍵部位布置觀測點。 當建筑

14、物較大時，沿著建筑物的周邊每隔10～15m布置一個觀測點； 對于混合結構，觀測點布置在承重墻上； 對于框架結構，可隔一、二個柱子設觀測點。 對于寬度大于15m且內部有支柱的建筑物，或位于膨脹土地區(qū)的建筑物，其內部也應布置觀測點。,2.沉降觀測點布置的具體方法 觀測點的布置視地基、建筑結構及觀測要求而定。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,對于一般工業(yè)建筑來說，除了柱子基礎上布設

15、觀測點之外，在主要設備基礎的四周以及動荷載四周和地質條件不良之處也要布置觀測點。 對于電視塔、水塔、煙囪、油罐、高爐等高聳建（構）筑物，應沿周邊在與基礎軸線相交的對稱位置上布點，且點位不少于4個。,2.沉降觀測點布置的具體方法,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,當建筑物比較重要而地基情況復雜時，為了研究各土層壓實情況，應布置分層沉降觀測點。布點時，以布設在基礎中心線上為宜，條件不允許時

16、，也可布設在基礎邊緣。 分層沉降觀測點埋設得最大深度應達到理論計算的受壓層的底部，其余各層觀測點的深度和數(shù)量應根據(jù)土層和應力的大小而定。,2.沉降觀測點布置的具體方法,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,二、垂直位移監(jiān)測網(wǎng)（點）的布設,沉降觀測點布置及沉降曲線圖,注：圖中括號前數(shù)字是觀測點編號；括號內數(shù)字是沉降量（單位：mm）,沉降觀測點布置及沉降曲線圖,1. 基準點的結構要求（1）標志能長期保存 這種標志通常采

17、用鋼筋混凝土或金屬材料制成。（2）標志應穩(wěn)定不動 標志的埋設位置應仔細選擇，遠離變形區(qū)域，并將其基礎埋設到可靠的深度上，同時采用專門的穩(wěn)定結構。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,三、水準基點標志的結構和埋設,水準基點應成組布設，便于檢核。,（一）水準點標志的結構,1. 基準點的結構要求（1）標志能長期保存（2）標志應穩(wěn)定不動,（3）標志的上部結構應便于測量儀器和設備以要求的精度進行安置和對中。標志露出地面的

18、高度要適當，標志之間通視良好，便于觀測。（4）標志頭上應有可微動的裝置，以便將標志中心移到設計的位置。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,（一）水準點標志的結構,1.基準點的結構要求,2.工作基點的結構要求 對工作基點的結構要求與基準點基本相似，只是前兩項要求可略放寬。 因需安置測量儀器進行觀測，故點位應設在靠近觀測目標且便于聯(lián)測變形點的穩(wěn)定或相對穩(wěn)定的位置。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及

19、觀測標志,（一）水準點標志的結構,1. 基準點的結構要求,3. 變形點的結構要求（1）變形點（觀測點）應與研究的建筑物牢固地連接在一起，隨建筑物的變形而移動。（2）標志能長期保存，不受破壞。（3）變形點與工作基點能互相通視，目標鮮明，便于觀測。（4）可安置相應的儀器設備等。,2. 工作基點的結構要求,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,（一）水準點標志的結構,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,1

20、．地表巖石標 高程基準點應盡可能埋設在基巖上。在山區(qū)建設中以及平坦地區(qū)覆蓋層很淺時，可采用巖石類標志。,2．深埋金屬管標志 在復蓋層較厚的平坦地區(qū)，宜采用鉆孔穿過土層和風化巖層達到基巖而埋設的鋼管標志；,3．雙金屬標志 為了避免由于溫度變化對標志高程的影響，可設計并埋設雙金屬標志。,4．普通混凝土標志,（二）水準基點標志的類型,雙金屬高程基準點,雙金屬標志—— 利用鋼管和鋁管具有不同的溫度膨脹系數(shù)，在變

21、形監(jiān)測的同時，測定兩管長度的變化差值并加以改正，即可達到消除由于溫度變化對標志高程影響的目的。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,雙金屬高程基準點,雙金屬標志的設計和埋置 （1）在保護鋼管的內部平行埋設（或同軸埋設）兩根鋼管和鋁管，埋設深度一般要求小于15米。 （2）其頂部高出地面并具有測定兩管因溫度變化引起的長度差值的讀數(shù)裝置。 （3）如果要求埋設深度超過15米，可將雙金屬管改成雙金屬絲，下端鉚固，上端拉緊，原

22、理與雙金屬管標志相同。,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,平行埋設雙金屬管,同軸埋設雙金屬管,雙金屬高程基準點的原理,假設鋼管和鋁管原長為L0，其膨脹系數(shù)為：,因為溫度t未知，且難以測定；故實際測量時，測定鋼、鋁兩管的伸縮差值，即,實測時由于溫度變化的影響，鋼管和鋁管的實際長度變化為：,雙金屬高程基準點的原理,由前面的假設和推導，得,根據(jù)上面兩式，可得：,雙金屬高程基準點的原理,將上式移項后，得,代入鋼、鋁的膨脹系數(shù)：

23、,故得到鋼、鋁兩管伸縮量：,1．遠離待測物體 應埋設在地基土壤受到待測建（構）筑物荷載之后，壓力擴散范圍以外的地區(qū)。,2．深埋 （1）基準點標志的底部應埋至地下水位變化范圍的下限以下。（2）在凍土地區(qū)，基準點標志的底部應埋至凍土深度以下0.5米。,（三）水準基點埋設的基本要求,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,三、水準基點標志的結構和埋設,用作觀測建筑物高程變形的標志形式很多，常用的有以下五種形式：,1．彎

24、鉤式墻上變形點 焊接、澆鑄在建筑物或構件的設計部位,2．鉚釘式地面變形點 固定在地板或基礎平面上,4．鋼結構上的變形點,3．隱蔽式墻上變形點 內凹在墻體的螺旋結構裝置，平時用螺蓋保護,5．隱蔽式地面變形點,§2.1 垂直位移監(jiān)測網(wǎng)布設及觀測標志,四、沉陷觀測點標志的結構和埋設,長江三峽水利水電樞紐,長江三峽水利大壩,長江三峽水利水電樞紐測量標志,港口彎水庫大壩全景,港口灣大壩全自動變形監(jiān)測系統(tǒng),港口灣大壩

25、基準點控制網(wǎng),港口灣大壩水準基點控制網(wǎng),港口彎水庫大壩工作基點,港口彎水庫大壩工作基點,港口彎水庫大壩觀測點標志,垂直位移觀測主要包括： 基坑回彈觀測、地基土分層沉降觀測、建（構）筑物基礎及結構本身的沉降觀測、地表沉降觀測等。 常用方法主要有： 水準測量、液體靜力水準測量和三角高程測量等。,1．基坑回彈 大型或高層建（構）筑物在基礎施工時，需要開挖基坑。當基坑地基土自重被卸除后，引起基坑內外影響范圍內巖石層相對于開

26、挖前的回彈。,§2.2 垂直位移觀測,一、基坑回彈觀測,1．基坑回彈,§2.2 垂直位移觀測,一、基坑回彈觀測,2．基坑回彈測量點位布設 回彈測量點位包括：工作基點、定向點和觀測點。 點位布設基本要求：（1）坑內觀測點布設；（2）坑外觀測點，應在所選坑內方向線的延長線上距離基坑深度1.5 ~ 2倍距離的范圍內布設；（3）工作基點（含定向點）應布設在基坑外相對穩(wěn)定、便于保存、不受施工影響的地方；（4

27、）施工前后一般均采用閉合或附合水準測量方法觀測地面觀測點的高程。,1．基坑回彈2．基坑回彈測量點位布設,§2.2 垂直位移觀測,一、基坑回彈觀測,3．坑底回彈測量方法 當基坑深度在8~10米以上時，基礎施工前后必須進行基礎回彈測量。回彈觀測點應埋至基礎坑底0.5米以下。,觀測時先將地面點已知高程傳遞到坑底，再測量回彈觀測點的高程變化量。,§2.2 垂直位移觀測,一、基坑回彈觀測,二、沉陷觀測,即定期測量

28、觀測點（高程變形點）相對于水準點（高程工作基點）的高差，以求得觀測點的高程，并將不同時期所測得的高程加以比較得出建（構）筑物（或地表）的沉降情況資料，包括沉陷量和沉陷速度。,為測定建筑物沉陷量所進行的水準測量工作稱為沉降水準測量。,§2.2 垂直位移觀測,一、基坑回彈觀測,二、沉陷觀測,沉陷觀測的具體工作包括： 1．沉陷觀測方案設計（測量目的、執(zhí)行技術標準、精度要求（精度估算）、采用測量方法、使用的儀器、工作進度及

29、提交的成果等）； 2．沉陷測量點位的布設（觀測點、工作基點、基準點等）； 3．沉降水準測量的實施（包括基準點檢核）； 4．測量成果（觀測數(shù)據(jù)、沉陷量計算、繪制沉降曲線圖、精度分析與安全預報等）。,精密水準測量精度等級的確定和分析,沉降水準測量精度等級的選取，取決于觀測對象預計沉降量的大小和觀測目的。,第一章曾指出： 如果觀測目的是為了使變形值不超過某一允許的數(shù)值而確保建筑物的安全，則其觀測中誤差

30、應小于變形值的1／10～1／20； 如果觀測目的是為了研究其變形的過程，則中誤差應比這個數(shù)值更?。?1／20～1／100） 。,一、精密水準測量精度等級的確定,精密水準測量精度等級的確定和分析,據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》，工業(yè)和民用建筑相鄰柱基允許沉降差δ（單位毫米）如下表。,精密水準測量精度等級的確定和分析,以上表中有代表性的允許沉降為例，為保證沉降觀測的精度，取觀測中誤差為δ／20確定沉降水準測量的精度等級，劃分成為五個等

31、級。,需要說明的是，以上表的選用值作為沉降水準測量等級劃分的依據(jù)，僅是應用實例之一。過去在一些城市建設和地礦、水利等行業(yè)的沉降水準測量中常采用這種分等級的方法。,精密水準測量精度等級的確定和分析,現(xiàn)行的《建筑變形測量規(guī)范》對沉降水準測量精度等級劃分，作了如下規(guī)定： 為適應變形監(jiān)測這種小范圍測量工作的具體情況，應以水準測量每測站高差中誤差作為沉降水準測量等級的精度指標。根據(jù)這一原則，規(guī)范將沉降水準測量的精度等級分為四級，即特級和一、

32、二、三級。 其中一、二、三級的精度指標以國家水準測量規(guī)范規(guī)定的每公里往返測高差中數(shù)的偶然中誤差M△為依據(jù)，由下列換算公式計算出單程觀測測站高差中誤差。,式中：d 為各相應等級水準測量路線長度（單位：m）,,由下列換算公式計算出單程觀測測站高差中誤差μ，則可得沉降水準測量等級精度指標m0。,精密水準測量精度等級的確定和分析,因特級沉降水準測量主要用于特種精密工程和重要科研工程項目的變形監(jiān)測，現(xiàn)行國家水準測量規(guī)范中還沒有該等級的M△值

33、。 參考國外有關變形監(jiān)測規(guī)范，并根據(jù)我國多年來對高精度變形監(jiān)測精度指標的研究成果，《建筑變形測量規(guī)范》中提出用不同類型水準儀的單程觀測每測站高差中誤差估值md（mm），可按下列經(jīng)驗公式計算：,DS05型 DS1型DS3型,精密水準測量精度等級的確定和分析,二、沉降水準測量精度分析 為能合理的進行沉降水準測量并提高其觀測精度，現(xiàn)結合沉降水準測量的特點進行精度分析，以便得出某些可遵循的結論。,（一）沉降水準測量

34、的誤差 由于沉降水準測量中視線短，站數(shù)多，因而在精度分析中，一般不用每公里的中誤差來衡量水準測量的精度，而用每一測站的高差中誤差來衡量，每測站的高差中誤差包含有下列幾種誤差：,1.觀測誤差；2.儀器誤差；3.外界條件的影響,精密水準測量精度等級的確定和分析,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,１．觀測誤差 水準儀每瞄準水準尺讀數(shù)一次，該讀數(shù)中的主要誤差來源是: (1)照準誤差 (2)符合水準器

35、氣泡居中的誤差 (3)讀數(shù)誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,１．觀測誤差,（1）照準誤差人眼的極限分辨能力為60″，通過望遠鏡去照準水準尺，照準誤差為：,式中：v —望遠鏡放大倍數(shù)，d —最大視距，ρ=206265”,精密水準測量精度等級的確定和分析,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,１．觀測誤差,（2）符合水準氣泡居中誤差,式中：τ為水準儀水準管分劃值

36、（格值）,（1）照準誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,（2）符合水準氣泡居中誤差,根據(jù)所用的儀器不同， 可分為下列三類：用DS05(或DS1) 和因瓦尺讀數(shù)時，,（1）照準誤差,（3）讀數(shù)誤差,用DS1型水準儀和木質雙面尺時，,用DS3型水準儀和木質雙面尺時，,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,１．觀測誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,綜上所述，每測站高差的觀測誤差為：,（2）符合水準氣泡居中誤差,（

37、1）照準誤差,（3）讀數(shù)誤差,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,１．觀測誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,精密水準測量精度等級與技術指標,精密水準測量的觀測誤差,1．觀測誤差,儀器誤差主要包括:(1)調焦誤差(2)水準尺分劃誤差(3)尺底不平的誤差(4)水準儀的i角誤差,2．儀器誤差,此時,水準儀的i角（視準軸不平行于水準管軸所引起的夾角）不可能完全消除，它由于前后視距離不等（即視距差△d）而產(chǎn)生的影響為

38、：,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,(1)調焦誤差(2)水準尺分劃誤差(3)尺底不平的誤差(4)水準儀的i角誤差,2．儀器誤差,由于在求取每測站的高差時， 和 的影響只有一次, 而 和 的影響為兩次，故每測站的高差中，儀器誤差為：,（一）沉降水準測量的誤差,2．儀器誤差,1．觀測誤差,外界條件影響的誤差主要包括水準尺立尺不直的誤差和其他外界條件的影響。因此

39、，每測站的高差中，外界影響的誤差為：,2．儀器誤差,3．外界條件的影響誤差,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,(1)特級和一級沉降水準，每測站可取,影響水準測量精度的外界因素很多，很難確切估算。,3．外界條件的影響誤差,(2)二級沉降水準，每測站可取,(3)三級沉降水準，每測站可取,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,(1)單轉點法每測

40、站的高差中誤差,將上述三方面的分析進行綜合，可以得到沉降觀測水準測量單轉點法和雙轉點法每測站的高差中誤差,4．沉降觀測每測站的高差中誤差和環(huán)線閉合差限差,(2)雙轉點法每測站的高差中誤差,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,(1)單轉點法,式中：n 為水準線路環(huán)線的測站數(shù),4．沉降觀測每測站的高差中誤差和環(huán)線閉合限差,(2)雙轉點法,(3)每測站的高差允許值,(4)沉降水準測量環(huán)線閉合差

41、的限差,（取2倍測站高差的中誤差為每測站的高差允許值）,沉降水準測量精度估算結果,沉降水準環(huán)線，共有ｎ站，i為環(huán)線上任一觀測點，n1、n2分別為高程工作基點至i點的測站數(shù)，即n1+n2=n。設為每測站的高差中誤差，Hi1、Hi2分別為從兩條水準路線（起于同一工作基點）推算到i點的高程。,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,A n1

42、 Hi1 n2 Hi2 i,,,,,二、沉降水準測量精度分析（一）沉降水準測量的誤差,精密水準測量精度等級的確定和分析,若不考慮起始誤差的影響，則Hi1、Hi2的中誤差分別為：,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,A

43、 n1 Hi1 n2 Hi2 i,,,,,i點的高程 Hi 是 Hi1 和 Hi2 的加權平均值，即,i點的高程Hi的中誤差按加權平均值中誤差計算,,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,2．沉降水準

44、環(huán)線最弱點的高程中誤差,根據(jù)誤差理論，水準環(huán)線最弱點就是環(huán)線中點（最弱點即整個水準路線中精度最低點），現(xiàn)證明如下：,假設,令,得：,,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,2．沉降水準環(huán)線最弱點的高程中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,i點的高程Hi的中誤差值為最大。由此得沉降水準環(huán)線最弱點的高程中誤差為：,即當,由,得：,時，,,2．沉降水準環(huán)線最弱點的高程中誤差,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析

45、,由于觀測點的沉降量△i是由前后兩次所測高程求出的，即,而前后沉降觀測時皆采取同樣的水準測量路線、同樣的觀測方法和儀器可認為是等精度觀測。 故 i 點的沉降量中誤差為：,3．觀測點沉降量的中誤差,2．沉降水準環(huán)線最弱點的高程中誤差,1．觀測點高程的中誤差,（二）觀測點沉降量的精度分析,觀測點的最弱點，即沉降水準測量環(huán)線的最弱點，其沉降量的精度最低。,3．觀測點沉降量的中誤差,4．觀測點最弱點沉降量的中誤差,,（二）觀測點沉降量的

46、精度分析,一條沉降水準測量線路中最弱點沉降量的精度，如果滿足規(guī)范和實際工作的要求，說明整條線路中各觀測點的測量精度均符合要求。 由此我們可根據(jù)觀測點最弱點沉降量的中誤差計算公式，推得一條沉降水準線路最大測站數(shù)的估算公式，即,5．沉降水準線路最大測站數(shù),,（二）觀測點沉降量的精度分析,《建筑變形測量規(guī)程》中對同一個沉降觀測周期中，選用的沉降水準測量線路條數(shù) r 作了如下規(guī)定：,6．沉降水準測量線路條數(shù) r 的確定,式中： m0

47、 為所選沉降水準測量等級的測站高差中誤差； md 為使用不同類型水準儀的單程觀測每測站高差中誤差的估值。,沉降水準測量的實施,一、沉降水準觀測等級的選用和施測要求,采用 “后前前后” 方法進行水準測量,沉降水準測量的實施,一、沉降水準觀測等級的選用和施測要求,二、沉降水準環(huán)線的布設,在沉降觀測等級已經(jīng)確定，高程工作基點(水準點)和觀測點均已埋好的基礎上，再根據(jù)現(xiàn)場情況布置施測環(huán)線。具體要求如下：,1．水準線路應力求站數(shù)最小，不得

48、超過限制的測站數(shù)。,2．當觀測點較多時可組成幾個環(huán)線，或布設成環(huán)內附合線路，但不得附合兩次，附合點應選精度較高的點，避開環(huán)線上的最弱點。,3．如果個別點難以編入環(huán)線時，可用中視法觀測兩次，并在環(huán)線上注明。,沉降水準測量的實施,根據(jù)沉降觀測的特點，實測時應注意以下幾個問題。,1．工程開測前，應對水準儀和標尺進行檢驗和校正。,2．觀測前應檢查各觀測點和水準點是否符合要求，有無松動情況，以便作業(yè)順利進行。,三、外業(yè)觀測注意事項,3．觀測時采取

49、措施減少溫度和大氣折光的影響。,4．施工階段進行沉降觀測時，應紀錄觀測時的施工進度，以便繪制沉降量與荷載關系曲線圖。,5．沉降觀測中應采取“三固定”的辦法來提高觀測點沉降量的精度，即在沉降觀測中固定觀測人員，固定所用儀器和在施測中固定施測路線。,沉降水準測量的實施,觀測周期的確定，應能得出比較完整的時間下沉曲線為準。觀測周期一般可按下列兩種方法確定：,1．按荷載階段確定周期,四、觀測周期的確定,從施工開始到滿荷載為第一階段，其觀測周期約

50、為10天～１月左右（視施工進度而定）?！臐M荷載起至沉降速度變化趨向穩(wěn)定時為第二階段，此階段的周期可適當放長，但不應超過三個月?！∽猿两邓俣确€(wěn)定后至基本停止沉降為第三階段，其觀測周期開始時為半年或一年一次，往后可增加到２至３年觀測一次。,沉降水準測量的實施,1．按荷載階段確定周期,2．按沉降速度確定,四、觀測周期的確定,沉降水準測量的實施,沉降水準測量的計算和成果整理,一、沉降水準觀測記錄和計算,三、沉降水準測量成果整理,二、觀測點

51、沉降量的計算,1. 基礎平面示意圖2. 觀測點的沉降曲線圖3. 沉降量計算表,注：圖中括號前數(shù)字是觀測點編號；括號內數(shù)字是沉降量（單位：mm）,1.基礎平面示意圖,2．觀測點沉降曲線圖的繪制,3．觀測點沉降量計算表(單位:厘米),,沉降水準點穩(wěn)定性檢驗與分析,沉降觀測使用的測量標志（點位）： （1）變形點（沉降觀測點）—與待測物體固連 （2）工作基點（水準點）—布設在待測物體附近 （3）基準點（水準基點）—遠離待

52、測物體。,測區(qū)工作基點應與基準點進行連測，以檢查工作基點是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定，則加以改正。,沉降水準點穩(wěn)定性檢驗與分析,二、有固定起始點時水準點穩(wěn)定性檢驗,當基準點距離較遠連測有困難，或者測區(qū)內的水準點都難以保持穩(wěn)定不動時，應根據(jù)重復觀測的結果進行分析，選出一個相對來說較為穩(wěn)定的水準點作為起算點。,一、無固定起始點時水準點穩(wěn)定性檢驗,其它沉降觀測方法簡介,測定建（構）筑物沉降量的方法有多種。 除常用的幾何水準測量方法以外， 當不便

53、使用幾何水準測量時或需要進行自動觀測時，可采用液體靜力水準測量方法； 當測量觀測點間的高差較大，且要求精度較低時，亦可采用三角高程測量方法。,其它沉降觀測方法簡介,建（構）筑物變形點的沉降可用三角高程測量方法來測定，其精度略低于水準測量方法，對高差較大的各個變形點的沉降觀測，三角高程測量方法比其他方法更加方便。,三角高程測量,A、B兩點間的高差：,,式中：cD2 —— 球氣差改正數(shù)c —— 球氣差系數(shù),其它沉降觀測方法簡介,三角

54、高程測量,球氣差改正包括：球差改正f1和氣差改正f2,,式中： K－大氣垂直折光系數(shù)；Ｒ－地球曲率半徑，?。?6371km。,,其它沉降觀測方法簡介,三角高程測量,球氣差改正數(shù)為：,,,,,,其它沉降觀測方法簡介,三角高程測量,A、B兩點間的高差：,,根據(jù)誤差傳播定律，得到利用三角高程測量單向觀測方法，所求高差的中誤差：,其它沉降觀測方法簡介,三角高程測量,§2.3 地面傾斜測量,傾斜測量應包括兩類：（1）相對于水平面

55、的傾斜測量；（2）相對于垂直面的傾斜測量。,本節(jié)研究的目標是地面傾斜測量，因此主要介紹相對于水平面的傾斜測量。,相對于水平面傾斜測量的主要方法有三種：（1）精密水準測量方法（2）傾斜儀測量方法（3）液體靜力水準測量方法,第2章 垂直位移與水平位移觀測,一、水準測量方法,基本原理： 利用水準測量的方法，測出地面兩個觀測點A、B的沉陷值WA、WB，根據(jù)兩點沉陷值的差值（即相對沉陷值）和兩點間的距離LAB，計算出兩點間的平均傾斜

56、值iAB。,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,傾斜儀按用途分為兩類： （1）測量水平度的傾斜儀； （2）測量垂直度的傾斜儀。,傾斜儀按構造分為三類： （1）水準管式傾斜儀（氣泡式）； （2）電子傾斜儀； （3）垂直鐘擺式傾斜儀。,一、水準測量方法二、傾斜儀測量方法,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,（一）水準管式傾斜儀（氣泡式）,二、傾斜儀測量方

57、法,靈敏度2"，傾斜觀測范圍1º,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,（二）電子傾斜儀,二、傾斜儀測量方法,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,（二）電子傾斜儀,二、傾斜儀測量方法,電子傾斜儀應與待測物體連接在一起，并與計算機相連，自動記錄觀測數(shù)據(jù)，計算傾斜量。傾斜測量范圍：200"傾斜角精度：±0.2",§

58、;2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,（三）垂直鐘擺式傾斜儀,二、傾斜儀測量方法,該傾斜儀一般與待測物體固連在一起，起算數(shù)據(jù)應將鐘擺調整在線圈中心使得電壓平衡；當發(fā)生傾斜時，電壓隨之變化即可解算出傾斜量?？捎捎嬎銠C進行遙測記錄并計算傾斜量。,,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,利用測斜儀借助鉆孔可測量基礎或巖層深部的傾斜位移量。,§2.3 地面傾斜測量,測斜儀,測斜

59、管,測斜導管,地面、地基或建（構）筑物各變形點間的沉降較小,但測定其沉降量的精度要求較高,在不便于進行幾何水準測量的情況下,可采用液體靜力水準測量的方法。,三、液體靜力水準測量,液體靜力水準測量方法的基本原理就是物理學中的連通管原理。,一、水準測量方法二、傾斜儀測量方法,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,假設兩容器中：液體的密度分別為ρ1、ρ2液面所受壓強分別為p1、p2液面至假定高程基準面的

60、高程為H1、H2重力加速度為g,根據(jù)貝努利方程:,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,（一）基本原理,如圖所示，A、B兩點的高差：,容器頂部為讀數(shù)零點，制造過程中可能存在誤差，可以采用互換容器兩次測量的方法，求出儀器常數(shù)加以改正。 由于該方法容器均固定安置，重復觀測求其差值，一般不需要改正。,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,（一）基本原理,三、液體靜力水準測量,（一）基本原理（二

61、）儀器的結構與讀數(shù),各種液體靜力水準儀在原理上無本質區(qū)別，區(qū)別僅僅在于測取液面高度的方法不同。 各種不同的方法又對液體靜力水準的使用范圍、觀測精度以及工作效率起著非常重要的作用。,§2.3 地面傾斜測量,第2章 垂直位移與水平位移觀測,（二）儀器的結構與讀數(shù),1．目視法 采用容器壁上分劃線的讀數(shù)，直接目視讀取液面的位置。 該法由于刻劃誤差以及人眼分辨率的限制，很難達到較高的精度，一般為±1mm。

62、結構簡單，使用方便。,,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,2．目視接觸法 利用轉動測微器（測微圓環(huán)），帶動觸針（水位指針）上下移動。根據(jù)光學折射原理，在液體表面上下方，可同時觀測到觸針的實象和虛象。 移動觸針并觀測液體表面，當觸針尖端的兩象正好接觸時，說明此時觸針尖端正好與液體表面接觸，由目視測定，而液面位置讀數(shù)則由測微器讀出。 該法具有較高的精度，其最小讀數(shù)可達0.01mm。,（二）儀器的結構

63、與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,2．目視接觸法,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,1．目視法2．目視接觸法 以上兩種方法有著共同的缺點： 存在人的讀數(shù)誤差，不能進行遠距離測量，逐點觀測工作量繁重且效率低。 最大的缺點是不能實現(xiàn)觀測自動化，不能進行連續(xù)觀測。這就失去了液體靜力水準測量的一大特點，也限制了儀器的使用范圍。,（二）儀

64、器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,3．傳感器法 利用液面上的浮體與位移傳感器相連，當液面高度變化時，使得浮體升降，引起傳感器電量發(fā)生變化，從而完成非電量（液體升降值）向電量轉換的過程。,輸出的電訊號可以直接數(shù)字顯示或模擬記錄，也可以輸入計算機處理，繪出連續(xù)的位移曲線圖。觀測液面變化的精度可達±0.01~±0.1mm,,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,

65、7;2.3 地面傾斜測量,4．光電接觸法 采用控制電路裝置帶動觸針上下移動，當針尖與液面（此時液體必須是導電液）接觸的瞬間，電路自動記錄信號，經(jīng)處理后可計算出液面的位置，精度可達±0.02mm。,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,4．光電接觸法 如果把觸針制成圓柱形帶有光源的光導體，當光導體接觸液面時，光線從全反射變?yōu)椴糠滞干?，與液面下方的光電接收器配合使用就形成了

66、光電測定法，能夠實現(xiàn)觀測、記錄自動化。 但導電液容易腐蝕觸針，影響測量精度。,,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,上述四種方法均有其優(yōu)缺點，應用條件不同可選擇不同的靜力水準測量系統(tǒng)。 目前，國外自動遙控靜力水準系統(tǒng)，測量液面的中誤差達±0.02mm；一點的測量時間為30s；若對12個點連測一次，一個觀測員僅需20~25分鐘。 國產(chǎn)儀器的資料表明，在總共20個測

67、點中，任意兩點間高差觀測中誤差小于0.07mm。 從使用情況可以看出，高精度、多功能、自動化的連續(xù)觀測系統(tǒng)必將成為液體靜力水準測量的發(fā)展趨勢。,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,（二）儀器的結構與讀數(shù),三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,（三）誤差來源,液體靜力水準測量系統(tǒng)的誤差來自多個方面。必須在一定的條件下，采取一定的措施予以消除或減弱。 1．觀

68、測誤差 — 有讀數(shù)、目視、接觸判斷誤差等 2．儀器誤差 ①儀器的零點誤差 ②儀器安置誤差 ③觀測頭傾斜誤差 ④量測設備的誤差 ⑤觀測系統(tǒng)聯(lián)結部件溫度變形誤差 ⑥液體流失造成的誤差,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,3．外界條件的影響 在整個液體靜力水準系統(tǒng)中，測量有效值必須在液面靜止或變化均勻的情況下

69、取得。但在實際工作中，外界的振動及氣象等因素的變化，往往使得這一條件難以滿足，給測量結果帶來誤差。 ①外界振動的影響 ②溫度的影響 ③氣壓的影響 ④液體蒸發(fā)的影響 ⑤液體污染的影響,（三）誤差來源,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,（四）具體應用,1．液體的選用 在液體靜力水準系統(tǒng)中，可使用的液體包括： 水、汞（水銀）

70、、酒精和油等，各有優(yōu)缺點。 2．應用場合 ①大型水電樞紐的沉降位移觀測（廊道內）； ②現(xiàn)代大型實驗設備的安裝、調試和監(jiān)測； ③高速軌道和大型平面的抄平； ④地震預報及地質構造和固體潮的測定； ⑤輻射、污染地區(qū)和場所的自動遙測等。,三、液體靜力水準測量,§2.3 地面傾斜測量,1．測量標志按其性質和用途

71、分別分為哪幾種？ 2．什么叫變形點？有哪些結構要求？ 3．什么叫工作基點？平高點？ 4．什么叫基準點？基準點的結構和埋置分別有哪些要求？ 5．高程基準點為何采用雙金屬標志？試用公式推導說明雙金 屬標志的原理。 6．垂直位移觀測的主要內容和測量方法有哪些？ 7．簡述沉降觀測點布置的基本要求與具體方法。 8．什么是沉降水準測量？沉降觀測有哪幾種方法？ 9．沉降水準測量的精度等級是如何確定的？10．沉降水準測量的主