【文章內(nèi)容簡介】 方案是沉降變形觀測的第一步，也是非常重要的一項(xiàng)工作，因?yàn)樗绊懙接^測的成本以及成果的精度和可靠性，因此，必須認(rèn)真仔細(xì)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 2） 利用 Microft Excel 電子表格處理軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工進(jìn)行沉降觀測數(shù)據(jù)的整理、計(jì)算和匯總的方法和步驟，以期使觀測人員從大量的、重復(fù)性的工作中解脫出來。 （ 3） 建筑物沉降在現(xiàn)實(shí)生活中是一個(gè)普遍現(xiàn)象，但不均勻沉降會(huì)對(duì)建筑物造成不良影響甚至危害，本文針對(duì)一些常見的不均勻沉降現(xiàn)象，從建筑、結(jié)構(gòu)、施工三方面研究了不均勻沉降對(duì)建筑物的影響及防治措施。 第二章 變形觀測的基本理論 8 第二章 變形觀測的基本理論 建筑物的變形有很多種，比如傾斜、位移、裂縫等等，但是為什么會(huì)產(chǎn)生這些變形呢？引起建筑物變形的原 因較多，但最主要的原因有以下三點(diǎn)： ，即建筑物地基的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等因素引起建筑物變形。如：由于基礎(chǔ)的地質(zhì)條件不同，引起建筑物各個(gè)部分不均勻沉降，而使其發(fā)生傾斜、位移、裂縫等變形；或由于地基本身的塑性變形也會(huì)引起建筑物不均勻沉降；同時(shí)由于溫度與地下水位的季節(jié)性和周期性變化引起建筑物的規(guī)律性變形。 ，即建筑物自身的荷載大小、結(jié)構(gòu)類型、高度及其動(dòng)荷載（如風(fēng)力大小、震動(dòng)強(qiáng)弱）等引起建筑物變形。要減弱這方面變形的影響，往往通過 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)。 ，或由于周圍環(huán)境影響而產(chǎn)生額外的變形。例如：在高大建筑物周圍進(jìn)行深基坑開挖，就會(huì)對(duì)其原有建筑物產(chǎn)生一個(gè)額外的變形。當(dāng)然這些引起變形的因素是相互聯(lián)系、相互作用的，對(duì)建筑物往往是共同作用的，只是不同時(shí)間段，不同因素的作用強(qiáng)弱不同而已。 在高層建筑物施工過程中和使用初期，由于荷載的不斷變化以及外力的影響，會(huì)引起建筑物下沉，當(dāng)建筑物各部分不均勻沉降時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生傾斜、位移、裂縫等變形，從而影響到建筑物的正常使用并伴隨著安全隱患，因此，在 施工和營運(yùn)期間加強(qiáng)變形觀測過程控制并采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┦直匾Ｗ冃伪O(jiān)測中一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是沉降觀測。 一、建筑物變形的類型劃分： 建筑物變形分靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形兩種。前者指其變形值是時(shí)間的函數(shù)；后者是在外力作用下產(chǎn)生的變形，其變形值是以外力的函數(shù)來表示的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對(duì)于某一時(shí)刻的變化，其觀測結(jié)果表示建筑物在某一時(shí)刻的瞬時(shí)變形。例如：我們?cè)诒颇骋唤ㄖ飼r(shí)，對(duì)周圍建筑物在爆破瞬間產(chǎn)生的變形即為動(dòng)態(tài)變形，而在爆破之后的某一段時(shí)間內(nèi)的變形則屬于靜態(tài)變形。兩種類型相互作用，共同影響。 二、建筑物變形觀測的方法： 第二章 變形觀測的基本理論 9 1. 常規(guī)測量方法 包括精密水準(zhǔn)測量、三角高程測量、三角 （ 邊 ） 測量、導(dǎo)線測量、交會(huì)法等。測量儀器主要有（光學(xué)、電子 ） 經(jīng)緯儀、 （ 光學(xué)、電子 ） 水準(zhǔn)儀、電磁波測距儀以及全站儀等。這類方法的測量精度高，應(yīng)用靈活，適用于不同變形體和不同的工作環(huán)境。 2. 攝影測量方法 該法不需接觸被監(jiān)測的工程建筑物，攝影影像的信息量大，利用率高。外業(yè)工作量小，觀測時(shí)間短，可獲取快速變形過程，可同時(shí)確定工程建筑物上任意點(diǎn)的變形。數(shù)字?jǐn)z影測量和實(shí)時(shí)攝影測量為該技術(shù)在變形觀測中的應(yīng)用開拓了更好的前景。 3. 特 殊測量方法 包括各種準(zhǔn)直測量法 （ 如激光準(zhǔn)直儀 ） 、撓度曲線測量法 （ 測斜儀觀測 ） 、液體靜力水準(zhǔn)測量法和微距離精密測量法 （ 如錮瓦線尺測距儀 ） 等。這些方法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測和遙測，且相對(duì)精度高，但測量范圍不大，提供局部變形信息。 包括甚長基線干涉測量 （ VLB1） 、衛(wèi)星測高、全球定位系統(tǒng) （ GPS） 等?？臻g測量技術(shù)先進(jìn)，可以提供大范圍的變形信息，是研究地球板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變等全球性變形的主要手段。全球定位系統(tǒng) （ GPS） 已成功應(yīng)用于山體滑坡監(jiān)測，高精度 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大壩、大橋等全天候、高 頻率、高精度和自動(dòng)化的變形監(jiān)測。 三、建筑物變形觀測的特點(diǎn)： 1. 觀測精度高 由于變形觀測的結(jié)果直接關(guān)系到建筑物的安全，影響對(duì)變形原因和變形規(guī)律的正確分析，觀測必須具有較高的精度。變形觀測的精度要求，取決于該工程建筑物預(yù)計(jì)允許變形值的大小和進(jìn)行觀測的目的。一般來講，如果變形觀測是為了確保建筑物的安全，則測量精度應(yīng)小于允許變形值的 1/101/20； 如果是為了研究變形的過程，則觀測精度還應(yīng)更高。 2. 重復(fù)觀測量大 建筑物由于各種原因產(chǎn)生的變形都具有時(shí)間效應(yīng)，計(jì)算變形量最基本的方法是計(jì)算建筑物上同一點(diǎn)在不同 時(shí)間的坐標(biāo)差和高程差。這就要求變形觀測必須依一定的時(shí)間周期進(jìn)行重復(fù)觀測。重復(fù)觀測的頻率取決于觀測的目的、預(yù)計(jì)的變形量大小和變形速率。通常要求觀測的次數(shù)，既能反映出變化的過程，又不遺漏變化的時(shí)刻。 第二章 變形觀測的基本理論 10 3. 數(shù)據(jù)處理嚴(yán)密 建筑物的變形一般都較小，甚至與觀測精度處在同一個(gè)數(shù)量級(jí) ； 同時(shí)重復(fù)觀測的數(shù)據(jù)量較大。要從大量數(shù)據(jù)中精確提取變形信息，必須采用嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方法。數(shù)據(jù)處理的過程也是進(jìn)行變形分析和預(yù)報(bào)的過程。 物體的變形是通過監(jiān)測點(diǎn)的位置移動(dòng)來反映的。這種移動(dòng)分為絕對(duì)位移和相對(duì)位移， 在大多數(shù)情況下我們研究的都是相對(duì)位移，既然是相對(duì)位移，就要涉及參考基準(zhǔn)的選取和統(tǒng)一的問題。 監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)網(wǎng)的實(shí)際情況靈活選取。一般地，如果變形監(jiān)測網(wǎng)中存在若干個(gè)固定點(diǎn)（有多余起算數(shù)據(jù)），最好采用固定基準(zhǔn)并做間接平差，以此基準(zhǔn)求得的位移量屬絕對(duì)位移。這也是變形監(jiān)測者最希望看到的情況。但如果變形監(jiān)測網(wǎng)中不存在多余起算數(shù)據(jù) ， 即自由監(jiān)測網(wǎng) ， 選取基準(zhǔn)前首先要對(duì)網(wǎng)中監(jiān)測點(diǎn)的穩(wěn)定情況進(jìn)行綜合分析 ， 然后才能確定基準(zhǔn) ， 其一般原則為： 1. 如果自由網(wǎng)中存在不動(dòng)點(diǎn)，最好采用固定基準(zhǔn)，它有堅(jiān)實(shí)的穩(wěn)定基礎(chǔ)。這種情況實(shí)際上也是 存在的。例如，滑坡觀測，測站點(diǎn)相對(duì)變形點(diǎn)在許多場合可以認(rèn)為是完全不動(dòng)的。這種網(wǎng)相應(yīng)的可采用經(jīng)典平差。 2. 如果自由網(wǎng)中存在著一部分點(diǎn)相對(duì)另一部分是穩(wěn)定點(diǎn)，但實(shí)際上它們不是固定不變的，則采用擬穩(wěn)基準(zhǔn)，相應(yīng)的采用擬穩(wěn)平差。這樣對(duì)變形點(diǎn)而言，也有了較穩(wěn)定的基礎(chǔ)，這種情況在實(shí)際中遇到的較多，當(dāng)然要確定網(wǎng)中哪些點(diǎn)較穩(wěn)定也并不是一件容易的事，要進(jìn)行穩(wěn)定點(diǎn)分析的研究。 3. 如果自由網(wǎng)中各點(diǎn)都是變形點(diǎn)，即它們都是非固定不變的穩(wěn)定點(diǎn)，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)和形變點(diǎn)情況分析，認(rèn)為它們是等概率形變的 ， 在這種情況下 ， 采用重心基準(zhǔn) ， 相應(yīng)的 采用偽逆平差最為合適。但這種方法缺乏穩(wěn)定基礎(chǔ) ， 而且重心基準(zhǔn)與網(wǎng)形大小有關(guān)。 在上述自由網(wǎng)三種基準(zhǔn)的選取中 ， 難點(diǎn)就在于如何對(duì)網(wǎng)中點(diǎn)的穩(wěn)定性作出合理判斷 ， 現(xiàn)在比較常用的是平均間隙法 （ 1971 年德國測量學(xué)者 Pelzer 提出 ） ，其基本思想是 ： 先對(duì)監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行整體檢驗(yàn) ， 如果通過檢驗(yàn) ， 則認(rèn)為所有的參考點(diǎn)是穩(wěn)定的。否則就利用“嘗試法”依次去掉不穩(wěn)定點(diǎn)。直到整體檢驗(yàn)通過為止。當(dāng)然還有一些其他的方法 ， 例如 ： t 檢驗(yàn)法、變形橢圓法、分塊間隙法等。一般在判斷點(diǎn)的穩(wěn)定性時(shí)都采用兩種以上方法進(jìn)行對(duì)照分析 ， 以提高結(jié)果的可靠性。 不同的參 考基準(zhǔn)將給出不同的位移值 ： 采用固定基準(zhǔn)所得到的位移值是相對(duì)固定點(diǎn)的變化量 ； 采用擬穩(wěn)基準(zhǔn)所得到的位移值是相對(duì)擬穩(wěn)點(diǎn)的重心的變化量 ；第二章 變形觀測的基本理論 11 采用重心基準(zhǔn)所得到的位移值是相對(duì)網(wǎng)的重心的變化量。 例如 ： 設(shè)有水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)如圖 231 所示 ， 兩期的高差觀測值見表 231。 圖 231 水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)圖示 表 231 兩期觀測高差（ m） h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 第一期 第二期 現(xiàn)分別以固定基準(zhǔn)、擬穩(wěn)基準(zhǔn)和重心基準(zhǔn)對(duì)該網(wǎng)相應(yīng)的進(jìn)行經(jīng)典平差、擬穩(wěn)平差和偽逆平差。經(jīng)典平差以點(diǎn) 1 為不動(dòng)點(diǎn) ， 擬穩(wěn)平差以點(diǎn) 1， 2 和 4 為穩(wěn)定點(diǎn) ，但要注意所取的兩期平差的高程近似值必須相同。經(jīng)計(jì)算求得的兩期在不同基準(zhǔn)下的變化量見表 232。 表 232 兩期在不同基準(zhǔn)下的變化量（ m） 基準(zhǔn) 1 2 3 4 5 6 固定基準(zhǔn) 0 重心 基準(zhǔn) 擬穩(wěn)基準(zhǔn) 從此例可以看出 ， 在不同基準(zhǔn)下求得的結(jié)果相差很大。所以說 ， 如果在各期觀測數(shù)據(jù)中采用不同的基準(zhǔn)的話 ， 得到的結(jié)果是相對(duì)于不同基準(zhǔn)而言的 ， 它們不第二章 變形觀測的基本理論 12 具有可比性 ， 因此求得的位移值也是不符合實(shí)際情況的。這就要求我們?cè)谧髯冃畏治鰰r(shí) ， 一定要設(shè)定統(tǒng)一的參考基準(zhǔn)。 一般的 ， 變形監(jiān)測網(wǎng)的網(wǎng)形在變形觀測過程中是保持不變的 ， 這時(shí)只要根據(jù)實(shí)際情況采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)計(jì)算分析就可以了 ， 但有時(shí)監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)會(huì)因?yàn)榄h(huán)境或人為的原因產(chǎn)生移動(dòng)或丟失 ， 或因需要又增設(shè)若干個(gè)點(diǎn) ， 致使兩期的網(wǎng)形不同 ， 當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí) ， 我們要特別注意兩期的平差基準(zhǔn)是否統(tǒng)一。如果不統(tǒng)一 ， 就需要作一些特殊的處理使其統(tǒng)一。 依據(jù)建筑物變形的主要原因及其類型的劃分進(jìn)而對(duì)變形觀測的過程進(jìn)行詳細(xì)的策劃。變形觀測策劃輸入包括： （ 1）業(yè)主要求變形觀測所能提供的信息； （ 2）國家規(guī)范； （ 3）以前類似建筑物的變形觀測方案； （ 4）觀測對(duì)象所在地的地質(zhì)條件及周圍環(huán)境； （ 5）施工進(jìn)度計(jì)劃。 1. 變形觀測具體方案內(nèi)容 （策劃的輸出） （ 1）建筑物變形觀測的類型：沉降觀測、傾斜觀測（垂直度觀測）、位移觀測、裂縫觀測。 （ 2）不同變形觀測的精度與方法 變形觀測的精度取決于該工程設(shè)計(jì)的允許變形值大小和進(jìn)行觀測的目的。在工業(yè)與民用建筑的變形觀測中，由于其主要觀測內(nèi)容為基礎(chǔ)的沉降和主體傾斜，其觀測精度應(yīng)根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的允許沉降值、允許傾斜度和允許相對(duì)彎矩來決定。同時(shí)還應(yīng)考慮沉降速度的影響。在國際測量工作者聯(lián)合會(huì)（ FIG）第十三屆會(huì)議中規(guī)定： “當(dāng)觀測目的是為了使其變形觀測精度中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/10～ 1/20”。在我國 ，對(duì)于不同內(nèi)容的變形觀測，其精度要求在測量規(guī)范中均有明確規(guī)定。不同等級(jí)，不同精度的變形觀測，所采用的觀測方法也不相同。這樣，觀測精度決定采用何種觀測方法，而觀測方法的選用必須確保觀測精度的實(shí)現(xiàn)，并盡可能簡單。 （ 3）變形觀測的頻率 變形觀測的頻率或次數(shù)取決于變形值的大小，變形速度快慢和觀測目的。通常要求觀測的次數(shù)既能反映出變化過程，又不遺漏變化的時(shí)刻，在施工過程中，待埋設(shè)的觀測點(diǎn)穩(wěn)定后進(jìn)行第一次全面觀測，以后對(duì)于高層建筑物每增加一層應(yīng)第二章 變形觀測的基本理論 13 觀測一 次，直至穩(wěn)定。其他建筑物觀測的總次數(shù)不少于五次?？⒐ず蟮挠^測頻率一般為第一年每季度觀測一次；第二年，每半年觀測一次，以后每年觀測一次。當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)緊急觀測。值得注意的是，在整個(gè)變形觀測期間要按時(shí)、按規(guī)定、按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，以便取得完整可靠的第一手原始資料，確保觀測精度，并對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行正確的變形分析。 （ 4）對(duì)測量人員及測量儀器的要求 測量人員必須精通測量專業(yè)知識(shí)，以便有效實(shí)施所策劃的變形觀測方案。測量儀器必須滿足相應(yīng)的精度要求，且在使用前須使各項(xiàng)計(jì)量特性得到確認(rèn)。 （ 5）變形觀測點(diǎn)的 布設(shè) 變形觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性以及其數(shù)據(jù)能否正確反映出建筑物的實(shí)際變形，與其變形觀測點(diǎn)布設(shè)是否合理、全面有直接關(guān)系。下面以沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)為例： 每個(gè)工程應(yīng)當(dāng)在施工作業(yè)范圍外至少埋設(shè)三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并確保不受施工影響。每次在進(jìn)行沉降觀測前，須檢驗(yàn)水準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，只有穩(wěn)定的水準(zhǔn)點(diǎn)方可作為沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)。沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則： ① 通常在建筑物的四角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)間距一般為 10～ 20m。 ② 對(duì)于設(shè)有后澆帶及施工縫的建筑物，還應(yīng)在其兩側(cè)布設(shè)沉降觀測 點(diǎn)； ③ 對(duì)于新建建筑物與原有建筑物的連接處，應(yīng)在其兩側(cè)的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)； ④ 對(duì)于一些大型工業(yè)廠房，除按上述原則布設(shè)沉降觀測點(diǎn)外，還應(yīng)在大型設(shè)備四周的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。 （ 6） 觀測結(jié)果的記錄 對(duì)觀測值按照事先設(shè)定了的記錄表格進(jìn)行記錄，確保記錄完整、準(zhǔn)確、可靠。 變形觀測成果的整理與分析 欲使變形觀測真正成為工程施工和營運(yùn)管理的耳目 ，確保安全施工和充分發(fā)揮工程效益的作用，除了取得現(xiàn)場觀測的第一手資料外，還必須對(duì)觀測資料進(jìn)行整理與分析，并編制變形分析報(bào)告。 一 方面是觀測資料的整理 ，繪制各種數(shù)據(jù)表格和變形曲線，編制說明，使其成為便于使用的成果，具體內(nèi)容有： 1. 校核各項(xiàng)原始記錄，檢查每次變形觀測值計(jì)算是否有誤； 2. 對(duì)各種變形值按時(shí)間逐點(diǎn)編寫觀測數(shù)值表； 第二章 變形觀測的基本理論 14 3. 計(jì)算絕對(duì)沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、傾斜度、垂直位移、水平位移等。 4. 繪制觀測點(diǎn)變形過程曲線和建筑物變形分布圖。 另一方面，利用變形分布圖，結(jié)合觀測過程中的各種因素對(duì)觀測成果進(jìn)行分析?？偨Y(jié)出建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度、變形原因，并找出變形值與引起變形的內(nèi)在原因和規(guī)律。 對(duì)變 形觀測成果的整理與分析，可借助計(jì)算機(jī)技術(shù)采用 Excel 來實(shí)現(xiàn)。 反饋