第六节建筑物的变形观测

第六节建筑物的变形观测为保证建筑物在施工、使用和运行中的安全，以及为建筑物的设计、施工、管理及科学研究提供可靠的资料，在建筑物施工和运行期间，需要对建筑物的稳定性进行观测，这种观测称为建筑物的变形观测。建筑物变形观测的主要内容有建筑物沉降观测、建筑物倾斜观测、建筑物裂缝观测和位移观测等。一、建筑物的沉降观测建筑物沉降观测是用水准测量的方法，周期性地观测建筑物上的沉降观测点和水准基点之间的高差变化值。1．水准基点的布设水准基点是沉降观测的基准，因此水准基点的布设应满足以下要求：（1）要有足够的稳定性水准基点必须设置在沉降影响范围以外，冰冻地区水准基点应埋设在冰冻线以下0.5m。（2）要具备检核条件为了保证水准基点高程的正确性，水准基点最少应布设三个，以便相互检核。（3）要满足一定的观测精度水准基点和观测点之间的距离应适中，相距太远会影响观测精度，一般应在100m范围内。2．沉降观测点的布设进行沉降观测的建筑物，应埋设沉降观测点，沉降观测点的布设应满足以下要求：（1）沉降观测点的位置沉降观测点应布设在能全面反映建筑物沉降情况的部位，如建筑物四角，沉降缝两侧，荷载有变化的部位，大型设备基础，柱子基础和地质条件变化处。（2）沉降观测点的数量一般沉降观测点是均匀布置的，它们之间的距离一般为10～20m。（3）沉降观测点的设置形式如图11-35所示。3．沉降观测（1）观测周期观测的时间和次数，应根据工程的性质、施工进度、地基地质情况及基础荷载的变化情况而定。1）当埋设的沉降观测点稳固后，在建筑物主体开工前，进行第一次观测。2）在建（构）筑物主体施工过程中，一般每盖1～2层观测一次。如中途停工时间较长，应在停工时和复工时进行观测。3）当发生大量沉降或严重裂缝时，应立即或几天一次连续观测。4）建筑物封顶或竣工后，一般每月观测一次，如果沉降速度减缓，可改为2～3个月观测一次，直至沉降稳定为止。图11-35沉降观测点的设置形式（2）观测方法观测时先后视水准基点，接着依次前视各沉降观测点，最后再次后视该水准基点，两次后视读数之差不应超过±1mm。另外，沉降观测的水准路线（从一个水准基点到另一个水准基点）应为闭合水准路线。（3）精度要求沉降观测的精度应根据建筑物的性质而定。1）多层建筑物的沉降观测，可采用DS3水准仪，用普通水准测量的方法进行，其水准路线的闭合差不应超过n0.2mm（n测站数）。2）高层建筑物的沉降观测，则应采用DS1精密水准仪，用二等水准测量的方法进行，其水准路线的闭合差不应超过n0.1mm（n为测站数）。（4）工作要求沉降观测是一项长期、连续的工作，为了保证观测成果的正确性，应尽可能做到四定，即固定观测人员，使用固定的水准仪和水准尺，使用固定的水准基点，按固定的实测路线和测站进行。表11-2沉降观测记录表观测次数观测时间各观测点的沉降情况施工进展情况荷载情况/（t/m2）123…高程/m本次下沉/mm累积下沉/mm高程/m本次下沉/mm累积下沉/mm…11985.01.1050.4540050.47300…一层平口21985.02.2350.448－6－650.467－6－6三层平口4031985.03.1650.443－5－1150.462－5－11五层平口6041985.04.50.4－3－50.4－3－七701440145914层平口51985.05.1450.438－2－1650.456－3－17九层平口8061985.06.0450.434－4－2050.452－4－21主体完11071985.08.3050.429－5－2550.447－5－26竣工81985.11.0650.425－4－2950.445－2－28使用91986.02.2850.423－2－3150.444－1－29101986.05.0650.422－1－3250.443－1－30111986.08.0550.421－1－3350.4430－30121986.12.2550.4210－3350.4430－30注：水准点的高程BM.1：49.538mm；BM.2：50.123mm；BM.3：49.776mm。4．沉降观测的成果整理（1）整理原始记录每次观测结束后，应检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后，调整高差闭合差，推算出各沉降观测点的高程，并填入“沉降观测表”中（表11-2）。（2）计算沉降量计算内容和方法如下：1）计算各沉降观测点的本次沉降量：沉降观测点的本次沉降量=本次观测所得的高程－上次观测所得的高程2）计算累积沉降量：累积沉降量=本次沉降量+上次累积沉降量将计算出的沉降观测点本次沉降量、累积沉降量和观测日期、荷载情况等记入“沉降观测表”中（表11-2）。（3）绘制沉降曲线如图11-36所示，为沉降曲线图，沉降曲线分为两部分，即时间与沉降量关系曲线和时间与荷载关系曲线。1）绘制时间与沉降量关系曲线首先，以沉降量s为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。然后，以每次累积沉降量为纵坐标，以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的位置。最后，用曲线将标出的各点连接起来，并在曲线的一端注明沉降观测点号码，这样就绘制出了时间与沉降量关系曲线，如图11-36所示。2）绘制时间与荷载关系曲线首先，以荷载为纵轴，以时间为横轴，组成直角坐标系。再根据每次观测时间和相应的荷载标出各点，将各点连接起来，即可绘制出时间与荷载关系曲线，如图11-36所示。2001200220033579113579110408010012010203040F/(t/m2)s/mmt时间（年、月）图11-36沉降曲线图12二、建筑物的倾斜观测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。1．一般建筑物主体的倾斜观测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，即HDitan（11-4）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）；α——倾斜角（°）。由式（11-4）可知，倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔD。偏移值ΔD的测定一般采用经纬仪投影法。具体观测方法如下：（1）如图11-37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11-37所示，说明建筑物发生了倾斜。MNPQXYH∆A∆BN′Q′∆A∆B∆图11-37一般建筑物的倾斜观测（3）用尺子，量出在X、Y墙面的偏移值ΔA、ΔB，然后用矢量相加的方法，计算出该建筑物的总偏移值ΔD，即：22BAD（11-5）根据总偏移值ΔD和建筑物的高度H用式（11-4）即可计算出其倾斜度i。2．圆形建（构）筑物主体的倾斜观测对圆形建（构）筑物的倾斜观测，是在互相垂直的两个方向上，测定其顶部中心对底部中心的偏移值。具体观测方法如下：（1）如图11-38所示，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11-38所示。烟囱顶部中心O对底部中心O′在y方向上的偏移值Δy为：yy1y2y1′y2′x1′x2′x1x2xOO′∆x∆yABA′B′图11-38圆形建（构）筑物的倾斜观测222211yyyyy（3）用同样的方法，可测得在x方向上，顶部中心O的偏移值Δx为：222211xxxxx（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ΔD，即22yxD（11-6）根据总偏移值ΔD和圆形建（构）筑物的高度H用式（11-4）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建筑物的基础倾斜观测一般采用精密水准测量的方法，定期测出基础两端点的沉降量差值Δh，如图11-39所示，在根据两点间的距离L，即可计算出基础的倾斜度：Lhi（11-7）对整体刚度较好的建筑物的倾斜观测，亦可采用基础沉降量差值，推算主体偏移值。如图11-40所示，用精密水准测量测定建筑物基础两端点的沉降量差值Δh，在根据建筑物的宽度L和高度H，推算出该建筑物主体的偏移值ΔD，即HLhD∆hLL∆h∆DH图11-39基础倾斜观测图11-40基础倾斜观测测定建筑物的偏移值（11-8）三、建筑物的裂缝观测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两种：1．石膏板标志用厚10mm，宽约50～80mm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。2．白铁皮标志（1）如图11-41所示，用两块白铁皮，一片取150mm×150mm的正方形，固定在裂缝的一侧。白铁板图11-41建筑物的裂缝观测（2）另一片为50mm×200mm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。（3）在两块白铁皮的表面，涂上红色油漆。（4）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。四、建筑物位移观测根据平面控制点测定建筑物的平面位置随时间而移动的大小及方向，称为位移观测。位移观测首先要在建筑物附近埋设测量控制点，再在建筑物上设置位移观测点。位移观测的方法有以下两种：1．角度前方交会法利用第六章讲述的角度前方交会法，对观测点进行角度观测，按式（6-27）计算观测点的坐标，利用两期之间的坐标差值，计算该点的水平位移量。2．基准线法某些建筑物只要求测定某特定方向上的位移量，如大坝在水压力方向上的位移量，这种情况可采用基准线法进行水平位移观测。观测时，先在位移方向的垂直方向上建立一条基准线，如图11-42所示。A、B为控制点，P为观测点。只要定期测量观测点P与基准线AB的角度变化值Δβ，即可测定水平位移量，Δβ测量方法如下：在A点安置经纬仪，第一次观测水平角∠BAP=β1，第二次观测水平角∠BAP′=β2，两次观测水平角的角值之差即Δβ：12其位移量可按下式计算：APD（11-9）