【正文】 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 。 直到整體檢驗(yàn)通過為止 。 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(guó)測(cè)量學(xué)者 Pelzer 提出 ） ，其基本思想是 ： 先對(duì)監(jiān)測(cè)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 。 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(cè)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 。 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 。 例如 ， 滑坡觀測(cè) ， 測(cè)站點(diǎn)相對(duì)變形點(diǎn)在許多場(chǎng)合可以認(rèn)為是完全不動(dòng)的 。 但如果變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)中不存在多余起算數(shù)據(jù) ， 即自由監(jiān)測(cè)網(wǎng) ， 選取基準(zhǔn)前首先要對(duì)網(wǎng)中監(jiān)測(cè)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) 。 一般地 ， 如果變形監(jiān)測(cè)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 。 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 。 第二章 變形觀測(cè)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(cè)精度處在同一個(gè)數(shù)量級(jí) ； 同時(shí)重復(fù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)量較大 。 重復(fù)觀測(cè)的頻率取決于觀測(cè)的目的、預(yù)計(jì)的變形量大小和變形速率 。 2. 重復(fù)觀測(cè)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 。 變形觀測(cè)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(cè)的目的 。 全球定位系統(tǒng) （ GPS） 已成功應(yīng)用于山體滑坡監(jiān)測(cè)，高精度 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè) 。 量 技術(shù) 包括甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量 （ VLB1） 、衛(wèi)星測(cè)高、全球定位系統(tǒng) （ GPS） 等 。 3. 特殊測(cè)量方法 包括各種準(zhǔn)直測(cè)量法 （ 如激光準(zhǔn)直儀 ） 、撓度曲線測(cè)量法 （ 測(cè)斜儀觀測(cè) ） 、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法和微距離精密測(cè)量法 （ 如錮瓦線尺測(cè)距儀 ） 等 。 外業(yè)工作量小，觀測(cè)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 。 這類方法的測(cè)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 。 二、建筑物變形觀測(cè)的方法： 第二章 變形觀測(cè)的基本理論 9 1. 常規(guī)測(cè)量方法 包括精密水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量、三角 （ 邊 ） 測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、交會(huì)法等 。 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 。 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 。 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(yíng)運(yùn)期間加強(qiáng)變形觀測(cè)過程控制并采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┦直匾?。 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 。 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) 。 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 。 （ 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 。 制定合理的變形觀測(cè)方案是沉降變形觀測(cè)的第一步，也是非常重要的一項(xiàng)工作，因?yàn)樗绊懙接^測(cè)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) 。 目標(biāo)是通過設(shè)計(jì)一套沉降觀測(cè)方案，對(duì)我校的圖書館的沉降情 況進(jìn)行周期性的精密水準(zhǔn)觀測(cè)，得到 各 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程變化，從而掌握整個(gè)圖書館因地基荷載或外界環(huán)境等原因而發(fā)生的沉降變化，并根據(jù)各周期的變化，進(jìn)行分析，得出其在未來的一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì) 。同時(shí)，由于變形觀測(cè)屬于精密測(cè)量，在技術(shù)方法、精度要求等方面與地形測(cè)量、施工測(cè)量等有諸多不同之處，而且具有相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)體系，已發(fā)展成為一門專業(yè)性很強(qiáng)的邊緣學(xué)科，涉及的理論、內(nèi)容和方法很多 。 在此 基礎(chǔ)上，研究了預(yù)防建筑物變形的措施 。在光電測(cè)量?jī)x器蓬勃發(fā)展的今天 ， 除了大量出現(xiàn)的種類繁多的測(cè)距儀 ， 全站儀等以外 ， 還出現(xiàn)了諸如激光經(jīng)緯儀、激光準(zhǔn)直儀、激光水準(zhǔn)儀等光電測(cè)量?jī)x器 。 電子水準(zhǔn)儀自動(dòng)記錄 ， 重量輕 ， 大大降低了觀測(cè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 節(jié)省了人力 ， 提高了觀測(cè)速度 。 信號(hào)的分析和處理采用了相關(guān)方法 ， 將存貯在儀器內(nèi)的基準(zhǔn)碼與傳感器陣列的圖象信號(hào)進(jìn)行比較 ， 儀器與標(biāo)尺之間的高差即是標(biāo)尺條碼象的位移量和因儀器一標(biāo)尺間距離而產(chǎn)生的條碼象的大小的相關(guān)函數(shù) 。 標(biāo)尺采用條碼分劃 ， 代替人們眼睛的是光電二極管陣列 。 自 1990 年徠卡公司第一臺(tái)數(shù)字電子水準(zhǔn)儀問世 ， 徠卡公司和蔡司公司相繼成功地將數(shù)字電子水準(zhǔn)儀推向市場(chǎng) ， 實(shí)現(xiàn)了水準(zhǔn)標(biāo)尺的精密照準(zhǔn) ， 標(biāo)尺分劃讀數(shù)和視距的讀取、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和處理等數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化 ， 從而減輕了水準(zhǔn)測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度 ， 提高了測(cè)量和成果質(zhì)量 。 近年來，隨著科研水平的不 斷提高，及相關(guān)測(cè)繪技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑物沉降觀測(cè)所使用的儀器、方法及測(cè)量規(guī)范和程序都有的很大程度的發(fā)展、提高和改善 。 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(yíng)運(yùn)期間加強(qiáng)變形觀測(cè)過程控制并采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┦直匾?。 在區(qū)域性研究方面， GPS 已成為主要的技術(shù)手段 。 二、測(cè)量技術(shù)儀器的發(fā)展?fàn)顩r 變 形信息獲取方法的選擇取決于變形體的特征、變形監(jiān)測(cè)的目的、變形大小第一章 引言 6 和變形速度等因素 。 與此相應(yīng)，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力通常、溫度滲壓、土壓力、孔隙壓力以及伸縮縫開合等項(xiàng)目的觀測(cè)，通常稱為內(nèi)部觀測(cè) 。 因此，對(duì)施工場(chǎng)地、相鄰建筑物及設(shè)施變形也要進(jìn)行觀測(cè) 。 日照變形觀測(cè)，就是測(cè)出布設(shè)在高聳建 （ 構(gòu) ） 筑物受熱面不同高度上觀測(cè)點(diǎn)的水平位移量 ； 8） 基坑回彈觀測(cè) — 基坑開挖后，由于土體移出，減少了這部分自重荷載，從而使原區(qū)域土層結(jié)構(gòu)失去了平衡，內(nèi)應(yīng)力重新分布，出現(xiàn)基底隆起，這種現(xiàn)象稱為基坑回彈 。 經(jīng)過廣泛的調(diào)查，獲悉目前己開展的變形觀測(cè)項(xiàng)目，有以下幾個(gè)方面 ： 1） 建筑物基礎(chǔ)沉降觀測(cè) —對(duì)建筑物基礎(chǔ)的升降情況進(jìn)行觀測(cè) ； 2） 建筑物水平位移觀測(cè) — 對(duì)建筑物水平位移情況進(jìn)行觀測(cè) ； 3） 建筑物傾斜觀測(cè) — 對(duì)建筑物的傾斜情況進(jìn)行觀 ； 4） 建筑物裂縫觀測(cè) — 對(duì)建筑物的裂縫情況進(jìn)行 觀測(cè) ； 5） 建筑物撓度觀測(cè) — 建筑物 （ 或構(gòu)件 ） 橫向或縱向由于受自身的荷載或外力作用等產(chǎn)生撓曲，對(duì)其觀測(cè)即為撓度觀測(cè) ； 6） 建筑物風(fēng)振變形觀測(cè) — 高聳建筑物在強(qiáng)風(fēng)作用下會(huì)產(chǎn)生水平位移，嚴(yán)重時(shí)將造成頂部搖晃、樓體彎曲、墻體裂縫、引起共振 。 其研究成果對(duì)預(yù)防自然災(zāi)害及了解第一章 引言 5 變形機(jī)理是極為重要的 。 由于變形監(jiān)測(cè)涉及到測(cè)量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)學(xué)等諸多學(xué)科的知識(shí)，因此，它是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究，并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展，也已成為測(cè)量工作者與其他學(xué)科組與其他學(xué)科專家合作研究的領(lǐng)域 。 （ 3）隔河巖大壩外觀變形 GPS 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在 1998 年長(zhǎng)江流域抗洪錯(cuò)風(fēng)中所發(fā)揮的巨大作用，確保了安全渡汛，避免了荊江大堤災(zāi)難性的分洪 。 它不僅使滑坡區(qū)內(nèi) 457 戶 1371 人在滑坡前夕全部安全撤離，無一人傷亡，而且使正在險(xiǎn)區(qū)長(zhǎng)江上、下游航行的 11 艘客貨輪及時(shí)避險(xiǎn)，免遭災(zāi)難 。 以我國(guó)為例： （ 1）利用地球物理大地測(cè)量反演理論，于 1993 年準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了 1996 年發(fā)生的麗江大地震 。 目前，災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與防治已越來越受到全社會(huì)的普遍關(guān)注，各級(jí)政府及主管部門對(duì)此問題十分重視，諸多國(guó)際學(xué)術(shù)組織，如國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)（ IAG）、國(guó)際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)（ FIG）、國(guó)際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)（ ISRM）、國(guó)際大壩委員會(huì)（ ICOLD）、國(guó)際礦山測(cè)量協(xié)會(huì)（ ISM）等，經(jīng) 常定期的召開專業(yè)會(huì)議進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和研究對(duì)策 。 同時(shí)要求，把變形觀測(cè)資料作為工程驗(yàn)收依據(jù)和技術(shù)檔案之一，呈報(bào)和歸檔 。 由于建筑物破壞性變形危害巨大，變形觀測(cè)的作用逐步為人們了解和重視，因此在建筑立法方面也賦予其一定的地位，建設(shè)部已制定頒布了中華人們共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》 （ JGJ/T897） ，并自 1998 年 6 月 1 日起施行 。 可見，保證工程建筑物安全是一個(gè)十分重要且很現(xiàn)實(shí)的問題 。 盡管工程建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)采用了一定的安全系數(shù)，使其能安全承受所考慮的多種外荷載影響，但是由于設(shè)計(jì)中不可能對(duì)工程的工作條件及承受能力做出完全準(zhǔn)確的估計(jì)，施工質(zhì)量也不可能完美無缺，工程在運(yùn)行中還有可能發(fā)生某些不利的變化因素，因此，國(guó)內(nèi)外仍有一些工程出現(xiàn)事故 。 與此同時(shí)，變形監(jiān)測(cè)工作的意義更加重要 。 第一章 引言 3 圖 11 變形觀測(cè)與分析預(yù)報(bào)流程圖 變形監(jiān)測(cè)工作的意義重點(diǎn)表現(xiàn)在兩方面，首 先是實(shí) 用上的意義，主要是掌握各種建筑物和地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性，為安全性診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括更好地理解變形的機(jī)理，驗(yàn)證有關(guān)工程設(shè)計(jì)的理論和地殼運(yùn)動(dòng)的假說，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效地變形預(yù)報(bào)模型 。 建筑工程的變形監(jiān)測(cè)包括沉降觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、位移觀測(cè)等 。可見，建筑物變形觀測(cè)具有安全預(yù)報(bào)、科 學(xué)評(píng)價(jià)及檢驗(yàn)施工質(zhì)量等三方面的作用，是工程施工和運(yùn)營(yíng)管理的安全的保證 。 這些建筑物在施工和運(yùn)營(yíng)過程中，由于地質(zhì)條件和土壤性質(zhì)的不同、地下水位和大氣溫度的變化、建筑物荷載和外力作用等影響，都會(huì)產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)這種變形在一定限 度內(nèi)時(shí)可認(rèn)為屬正常現(xiàn)象，但 超過了一定的范圍就會(huì)影響 正常使用并危及建筑物 及人身的安全，因此需要對(duì)施工中的重要建筑物和已發(fā)現(xiàn)變形的建筑物進(jìn)行變形觀測(cè)，掌握其變形量、變形發(fā) 展趨勢(shì)和規(guī)律，以便一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)建筑物不利的變形可以及時(shí)采取措施， 確保施工安全和建筑物的安全 。 變形體的范圍可以大到整個(gè)地球，小到一個(gè)工程建（構(gòu)）筑物的塊體，它包括自然和人工的構(gòu)筑物 。 其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征 。 這些問題的存在就對(duì)建筑物的質(zhì)量及安全保證提出了更高及更加嚴(yán)格的要求，如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行有效防治成為建筑施工與竣工后管理中的一個(gè)亟待認(rèn) 真采取措施解決好的關(guān)鍵問題，而建筑物變形監(jiān)測(cè)則是解決這一問題的重 要方案，其中高層建筑物的沉降觀測(cè)顯得尤為重要 。 隨著我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展，各種高層建筑、超高層建筑等復(fù)雜的建筑物應(yīng)運(yùn)而生 。 本 次設(shè)計(jì)的目的是： 結(jié)合我校圖書館沉降觀測(cè)方案設(shè)計(jì)，掌握變形監(jiān)測(cè)方案的整個(gè)設(shè)計(jì)及觀測(cè)、分析過程， 對(duì)變形分析在工程建設(shè)及安全保障中的應(yīng)用做進(jìn)一步的深入了解 。 人們不禁要問 ： 如何保證建筑 物的質(zhì)量 ？ 采用什么樣的手段監(jiān)控建筑物的質(zhì)量 ？ 采取什么樣的措施確保建筑物的安全 ？ 為此，變形監(jiān)測(cè)的首要目的是要掌握變形體的實(shí)際性狀，為判斷其安全提供必要的信息 。 10 月，當(dāng)谷倉裝了 31822 m3 谷物時(shí)，發(fā)現(xiàn)谷倉下沉，一小時(shí)沉降達(dá) ，結(jié)構(gòu)物向西傾斜，并在 24 小時(shí)整座谷倉迅速傾倒，傾斜度離垂線達(dá) 27176。 谷倉圓筒倉，每排 13 個(gè) ， 5 排，總計(jì) 65 個(gè)圓筒倉組成， 1911 年谷倉開始施工 ） 卻沒有這么幸運(yùn)，它 1913 年秋完工，谷倉自重20200t，相當(dāng)于裝滿谷物后總重的 %。02，傾斜值 大于建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 這個(gè)允許值的8 倍 ） ，塔底座處發(fā)生多處裂縫，成為危險(xiǎn)建筑而停止開放，稱為中國(guó)的“比薩斜塔” 。 1980 年，虎丘塔因向東北方向嚴(yán)重傾斜 （ 塔頂離中心垂線 ，傾斜角 2176。 全塔七層，高 ，塔底直徑 ，呈八角形，由外壁、回廊與塔心三部分組成 。 建筑在軟土地基上的建 （ 構(gòu) ） 筑物，人們對(duì)其結(jié)構(gòu)和地質(zhì)條件等環(huán)境因素精心設(shè)計(jì)、研究，在施工或運(yùn)營(yíng)過程中，仍然產(chǎn)生傾斜、裂縫，影響安全使用，更有甚者倒塌或自行 實(shí)施爆破銷毀 。 變形體的變形在一定范圍內(nèi)是允許的，如果超出允許值，則可能引發(fā)災(zāi)害 。 （ 4）研究變形規(guī)律，預(yù)報(bào)變形趨勢(shì)，為安全性診斷提供依據(jù)，最后提出了建筑物不均勻沉降的防治措施 。 （ 2）對(duì)各沉