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建筑物变形监测方案设计与实施.rar

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    建筑物 变形 监测 方案设计 实施
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    编号:10009410416南阳师范学院 2014 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 建筑物变形监测方案设计与实施 完 成 人: 李杉淼 班 级: 2010-04 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 杨 杰 完成日期: 2014-04-10 目 录摘要 .............................................................(1)0 引言 ...........................................................(1)1 工程建筑物变形监测的基本原理 ...............................(1)1.1 变形监测概述..................................................................................................(1)1.2 建筑物变形的原因 ............................................(2)1.3 建筑物变形的类型 ............................................(2)1.4 变形观测的任务 ..............................................(2)1.5 变形观测的方法 ..............................................(3)1.6 变形观测的频率 ..............................................(3)1.7 变形观测控制网的布设原则 ....................................(3)2 工程建筑物变形观测方案设计 ..................................(3)2.1 工程建筑物变形观测的过程 ....................................(4)2.2 观测网点的布设方案 ..........................................(5)2.3 静态变形监测常用方法 ........................................(5)2.4 变形观测成果的精度评定 ......................................(7)2.5 沉降观测自始至终要遵循“五定”原则 ..........................(7)2.6 施测要求 ....................................................(8)2.7 观测中的注意事项 ............................................(8)3 工程应用 ..............................................................................................................................(8)3.1 测区状况 ....................................................(8)3.2 技术方案 ....................................................(9)3.2.1 沉降观测 .................................................(9)3.2.2 倾斜观测 ................................................(10)3.2.3 水准网测量 ..............................................(11)3.2.4 扩展网测量 ............................................(12)3.2.5 倾斜观测成果 ..........................................(12)4 技术总结及注意事项 ..........................................(13)5 结束语 ........................................................(15)参考文献 .......................................................(15)Abstract................................................................................................................(16)第 0 页 (共 16 页)建筑物变形监测方案设计与实施作 者:李杉淼指导老师:杨 杰摘要:建筑物变形监测是对建筑物及其地基由于荷重和地质条件变化等外界因素引起的各种变形(空间位移)的测定工作,是工程测量学的重要内容之一,其目的在于了解建筑物的稳定性,监视它的安全情况,研究变形规律,检验设计理论及其所采用的计算方法和经验数据。本文首先介绍了工程建筑物变形监测的基本原理,并在此基础上详细阐述了工程建筑物沉降变形监测的方案设计过程,最后再以实际工程为例,进行建筑物变形监测方案的设计以及建筑物变形监测方案的实施,验证该方案设计的合理性与可行性。关键词:变形;监测;稳定性;安全;规律;方案设计0 引 言随着城市建设的迅猛发展,建筑物越来越普遍,建筑物的安全建设与运行也越来越受到社会各方面的关注。为了保证建筑物的顺利施工和施工后的安全运营,有必要设计一个合理、可行的变形监测方案,对建筑物进行系统地沉降观测,并对沉降观测量进行合理地统计分析,从而得出关于建筑物在建设过程中稳定性的显著分析 [1]。1 工程建筑物变形监测的基本原理1.1 变形监测概述建筑物变形监测的直接目的之一就是对建筑物的运营状态进行安全监控、评价和预报。从 20 世纪 90 年代以来,建筑物变形监测手段的硬件和软件迅速发展,监测范围不断扩大,监测自动化系统、数据处理和资料分析系统、安全预报及分析评价系统也在不断的完善。工程设计采用新的可靠度设计理论与方法以来,变形监测成为提供设计依据、优化设计和可靠度评价不可缺少的手段,成为工程设计和施工质量控制的重要手段。由于工程自身的特殊性和复杂性,在一般情况下,直接采用变形监测原始数据对建筑安全稳定状态进行评估和反馈是困难的。第 1 页 (共 16 页)因此,为了实现建筑物安全运营的设计目的,一般需要结合具体的工程和变形监测不同时段的不同特点和要求分别选用不同的手段和方法,认真做好监测数据和资料的整理分析工作,对建筑物的安全稳定状态进行评估、预测和预报,并为改进建筑工程设计、施工方法和运营管理提供科学的依据。1.2 建筑物变形的原因建筑物的变形主要是由两方面的原因引起的。一是自然条件变化,即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等发生改变。二是建筑物本身的原因,即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式及动荷载的作用。此外,由于勘测设计、施工以及运营管理工作做得不合理,也会引起建筑物产生额外的变形。1.3 建筑物变形的类型工程建筑物的变形按其类型来区分,可以分为静态变形和动态变形。[2]静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值,即它只是时间的函数;动态变形是指在外力影响下而产生的变形,故它是以外力为函数来表示动态系统对于时间的变化,其观测结果表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。1.4 变形观测的任务变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测,求得其在各观测周期间的变化量。一般需要长期的观测,捕捉变形敏感部位和各观测期间的变形观测点的变形信息。对于基础而言,主要观测内容是均匀沉陷和不均匀沉陷;对于建筑物本身来说,则主要是倾斜与裂缝观测;对于工业企业、科学实验设施和军事设施中的各种工艺设备、导轨等,其主要的观测内容是水平位移和垂直位移;对于高大的塔式建筑物和高层房屋,还应该观测其瞬时变第 2 页 (共 16 页)形、可逆变形和扭转。1.5 变形观测的方法大地与建筑物的变形观测方法主要是根据变形观测系统的特征、工程地质与水文地质情况、观测区域的地形情况、精度要求和周围环境确定,可采用几何水准测量、三角测量、经纬仪导线测量、光电测距仪导线测量等方法。1.6 变形观测的频率观测的频率取决于变形值的大小、变形速度以及观测的目的。通常要求观测的次数,既能反映出变化的过程,又不遗漏变化的时刻。1.7 变形观测控制网的布设原则(1)变形观测控制网的起算点或终点要有稳定的点位,应布设在牢靠的非变形区,为了减少观测点误差的积累,距观测区不能过远。(2)为便于迅速地获得观测数据,变形观测控制网的图形结构应该尽量简单。(3)在确保变形观测控制网具有足够精度的条件下,控制网应尽量布设一次全面网;在特殊的条件下,才允许分层控制。(4)实测原则:测量仪器设备和测量方法的选择要充分满足用户的需求。(5)控制网布设时,应尽量采用先进的技术,尽可能多地获取建筑物的变形数据,特别是绝对位移和时间信息。控制点要便于长期保存。(6)变形观测控制网应与建筑施工采用相同的坐标系统 [3]。2 工程建筑物变形观测方案设计第 3 页 (共 16 页)2.1 工程建筑物变形观测的过程(1)筹备工作设计单位要编写一个实施观测工作的技术任务书。其中包括水准标石和沉降标志的布设方案,确定沉降的相对精度指标及观测周期和观测期限。承担观测工作的测量单位要根据技术任务书编写测量工作计划,计划必须包括:水准标石的布设略图及其类型、沉降标志的结构及其固定方法、水准测量线路略图、精度估算和观测方法以及平差计算方法。(2)观测精度的确定建筑变形量应能确切反映建筑物、构筑物及其地基的实际变形情况或变形趋势,并以此作为确定监测方案和检验成果质量的基本要求。由于观测精度直接影响到观测成果的可靠性,同时也受到观测方法和仪器设备等的影响,因此,确定合理的测量精度是变形监测方案设计的重要内容。在实际监测中,通常根据高层建筑的地基允许变形值来推算,高层建筑的地基允许变形值一般是由设计单位给定的或者由相应的建筑规范规定的。地基允许变形值包括沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种 [4]。根据《建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)》规定,常用的高层建筑地基允许变形值,可以求出相应的允许变形量,根据实际情况取其就得到应该采用的测量精度。(3)外业布点、观测及成果处理工作计划确定后,就要埋设高程控制标志和沉降标志。为此要沿测区的所有水准标石敷设水准路线,而水准标石的高程应在国家高程系统中确定。因此,要在这些水准标石和最近的一个国家高程点之间敷设水准路线。在测区建立高程控制之后,开始建筑物的沉降观测,对沉降标志进行水准测量的同时要测量建筑物体的温度,确定地下水位及其化学成分,以及获取对产生沉降原因能够做出正确解释的许多其他数据。在一期外业观测结束之后,要编绘标有水准标石和沉降标志之间的高差和第 4 页 (共 16 页)距离的水准路线略图,计算闭合环的闭合差。如果闭合差在限差之内,则可以对线路进行平差,评定外业观测精度,并计算沉降速度。(4)观测周期的确定建筑物变形是一个渐变过程,是时间的函数,而且变形速度不均匀,但变形观测次数是有限的,因此,合理的选择连续观测的周期,对于正确分析变形结果是确保高层建筑自身安全很重要的。变形观测从建筑施工开始,到停止使用结束,贯穿整个过程,相邻两次变形观测的时间间隔就是一个观测周期。 [5]确定变形观测周期的基本原则为:根据高层建筑的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件及施工过程等因数综合考虑。(5)建筑物沉降和地基相对变形的确定最后的工作是编制标志的高程和沉降一览表,并附简短说明。有关建筑物地基沉降和变形的资料还要补充建筑物的温度和地下水位的波动曲线图,以及建筑物基础和墙壁的目视观测成果。2.2 观测网点的布设方案变形观测网是由水准基点和观测点组成。水准基点是沉降观测的基准点,是测定设置在变形区的观测点垂直位移的依据,它的构造与布设必须保证能够稳定不变和长期保存。变形观测点包括基准点和监测点,基准点分为稳定基准点和工作基点,它们在监测中各自作用不同。基准点的布设主要考虑测量工作的需要,而监测点的布设则需要与其它学科相结合。总的说来,监测点的位置必须布设在能够反映高层建筑变形特征和变形明显部位 [6]。2.3 静态变形监测常用方法变形监测目的是为了实时的了解高层建筑的变形情况,确保高层建第 5 页 (共 16 页)筑的安全使用,就静态变形监测而言,监测的主要内容包括:沉降观测、倾斜观测、水平位移观测和裂缝观测。监测方法包括常规地面测量方法、近景摄影测量以及特定条件下采取一些特殊的测量方法。沉降观测常用水准测量的方法,也可以采用液体静力水准测量的方法。一般高层建筑物和深基坑开挖的沉降观测,通常用精密水准仪,按国家二等水准技术要求施测,将观测点布设成闭合环或附合水准路线联测到水准基点上。采用水准测量进行变形监测,必须做到固定观测时间、固定观测路线、固定观测人员、固定观测仪器。由于现场条件限制,变形观测时很难做到前后视距离相等,在每次观测前,必须对仪器进行检验校正,特别是对仪器 i 角误差和调焦误差进行检验。倾斜观测方法比较多,对于基坑监测,常采用钻孔测斜仪对支护桩进行倾斜观测。对于高层建筑上部的倾斜观测,传统的测量方法包括经纬仪投点法、全站仪坐标测量法等,在实际工程中常采用回归平面法。回归平面法通过测量高层建筑上各点监测点的沉降量 (本期观测值iZ相对于原始高程的差值),结合监测点的平面坐标 ,采用最小二乘iYX,法可以拟合出一个高层建筑沉降量的回归平面 :(1)cYbXaZiii 根据高层建筑物基础倾斜。 (单位:编)计算公式:(2)LSji/)(式中: 基础倾斜方向端点 i 的沉降量(mm) ;i基础倾斜方向端点 j 的沉降量(mm ) ;j基础两端点的距离(m) 。可以得出:式(2)中系数 a 即为高层建筑在 X 轴方向上的基础倾斜率,系数 b 即为高层建筑在 Y 方向上的基础倾斜率。而基础倾斜率就等于高层建筑在该方向上的倾斜率。通过回归平面方程,只须对监测点进行沉降观测,而不必专门进行倾斜观测就可以确定高层建筑在相应方向上的倾斜率 [7]。采用回归平面法计算倾斜前提是高层建筑以刚体的形式做整体性沉降,若高层建筑结构遭到破坏,高层建筑不以整体作沉降,此时采用回归平面法将得不到正确的倾斜结果。水平位移观测根据高层建筑类型不同采用不同的方法,直线型建筑第 6 页 (共 16 页)常用基准线法、引张线法、距离丈量法;曲线型建筑常用测角前方交会、精密导线法;高层建筑顶部相对于底部的偏移、竖直中心是否铅直(挠度)可用测角前方交会法、经纬仪投点法等。当基础挠度过大时,高层建筑可能由于剪力破坏而出现裂缝。裂缝观测可在裂缝两端分别固一铁片,其中一片紧压在另一片上,在边缘涂上油漆,当裂缝发生变化时,便会露出未涂漆的部分,这个就是裂缝的变化量,采用千分尺或游标卡尺量取其变化量。铁片可分别布设在裂缝最窄和最宽处,当裂缝比较长时,在中间部位增加观测点位。2.4 变形观测成果的精度评定沉降监测的精度取决于监测目的、建筑物的结构和基础类型。FIG(国际测量工作者协会)于 1981 年第 16 届大会上提出,为实用目的观测值的中误差不应超过变形允许值的 1/20~1/10;如果是为了研究变形的过程,则其中误差比上述数值更小,通常采用“以当时可能达到的最高精度”确定变形观测精度 [8]。水准测量成果的精度评定目的为:(1)确定观测精度是否达到规定的要求;(2)及时发现粗差;(3)计算水准路线的中误差和环线闭合差;(4)为变形观测分析提供可靠的数据。2.5 沉降观测自始至终要遵循“五定”原则“五定”即沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降观测点,点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施可以尽量减少观测误差,使所测的结果具有统一的趋向性,保证各次复测结果与首次观测的结果具有可比性,使所观测的沉降量更真实。
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