垂直位移监测网布设及观测标志

第十章垂直位移与水平位移观测测绘教研室第十章垂直位移与水平位移观测§10-1.垂直位移监测网布设及观测标志§10-2.垂直位移观测§10-3.地面倾斜测量§10-4.水平位移观测网及观测标志§10-5.水平位移测量技术概述§10-6.视准线法测量水平位移§10-7.激光准直测量§10-8.引张线法测量水平位移§10-9.建筑物主体倾斜和挠度测量§10-10.裂缝测量垂直位移观测中的水准基点、观测点的标志构造与埋设，倾斜观测，液体静力水准测量，水准点稳定性的检验和分析。水平位移观测中基准线法测定水平位移，视准线观测的精度估算，激光准直，引张线法测量水平位移，建筑物主体倾斜和挠度测量以及裂缝测量等。地面和建筑物的位移包括垂直位移和水平位移两种。地面垂直位移指地表面的沉降或上升，水平位移指地表面在水平方向上的移动，出现位移的原因除了地壳本身的运动外，主要还有人类的各种生产活动和建设施工的原因。进行地面垂直位移和水平位移观测，掌握地面移动和变形的规律，采取必要的预报及防治措施，以保障安全生产和人们的正常生活，达到预测和防治或减轻自然灾害和工程灾害的目的。§10-1.垂直位移监测网布设及观测标志建筑物垂直位移观测是测定基础和建筑物本身在垂直方向上的位移。建筑物垂直位移观测应该在基坑开挖之前进行，并且贯穿于整个施工过程中，而且延续到建成后若干年，直至沉降现象基本停止为止。地面垂直位移观测也是要在地面开始移动之前进行首次观测，然后在移动过程中定期进行观测，直至地面移动基本停止，地表面开始趋于稳定为止。一、垂直位移监测网布设垂直位移测量通常采用水准测量的方法，多次重复测定埋设在移动区或变形体上的观测点相对于基准点的高差随时间的变化量。建筑物的垂直位移测量包括基础的沉陷观测与建筑物本身的变形观测。对于工业与民用建筑物，通常在其4个角点、中点、转角处布置观测点；沿建筑物的周边每隔10~20m布置一个观测点；设置有伸缩缝的任意一侧设置观测点；对于宽度大于15m的建筑物，在其内部有承重墙或支柱时，应在该部位尽可能布置观测点。为了查明建筑物基础的纵向和横向的弯曲和曲折，在其纵横轴线上也应埋设观测点。对于一般的工业建筑物来说，出来在立柱的基础上布设观测点之外，其主要设备基础的四周以及动荷载四周，地质条件不良处也应布置观测点。垂直位移测量与一般水准测量相比，具有观测工作局限在某个固定的范围内，观测路线相对固定，观测工作重复进行，观测精度要求高，视距短，有时一次安置仪器可以观测多个前视点等特点。为了减少测量系统误差的影响，一般考虑采取以下措施：（1）监测观测点的垂直位移时，设置固定的安置仪器点和立尺点，保证往、返测量和复测是同一水准路线。（2）监测工作中使用固定仪器和水准标尺，有条件时最好固定人员进行观测。二、水准基点标志的结构和埋设为了测定地面和建筑物的垂直位移，需要在远离移动变形区的稳固地点设置观测点，以水准基点为依据测定移动变形区内的观测点的垂直位移。为了检查水准基点本身是否稳定不动，其高程是否变动，可将其成组埋设，通常每组设3个点，形成一个边长约100m的等边三角形。水准基点是沉陷观测的基准点，因此它的构造与埋设必须保证稳定不变和长久保存。根据建筑物场地的地质情况、建筑物使用的重要性和使用年限，水准基点可分为长期的和简单的两种。三、沉陷观测点标志的结构和埋设沉陷观测点应布设在监测对象上最有代表性的地方。对于建筑物沉陷观测点的布设，要考虑建筑物基础的地质条件、建筑结构、内部应力的分布情况，以及便于观测等。埋设时要注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的沉陷情况。具体建筑物的观测点的设置：（1）对于工业月民用建筑物（2）对于混凝土坝（3）对于钢筋混凝土大坝（4）矿区地表沉陷观测§10-2.垂直位移观测垂直位移观测包括基坑回弹观测，地基土分层沉降观测、建筑物基础及建筑物本身的沉降观测和地表沉降观测等内容。目前垂直位移观测最常用的是水准测量方法，有时也应用液体静力水准测量方法观测。一、基坑回弹观测目的：为了合理地选择或修正施工方案，优化施工设计，科学地组织施工，确保施工安全和工程质量，必须对深埋基础的基坑进行安全监测和变形监测，对施工过程中有可能出现的险情进行预报。为了观测基坑开挖过程中地基的回弹现象，在施工前应布设地基回弹观测的工作基点和工作测点。观测点位置的选择，应根据基坑形状及地质条件、周边地形地物情况来确定，观测点布设有以下要求：（1）在基坑中央和距基坑边缘约1/4坑底宽度处，以及其他变形特征位置设观测点。（2）基坑外观测点，应在所选坑内方向线的延长线上距基坑深度1.5~2倍距离的范围内布设。（3）在基坑外相对稳定，便于保存且不受施工影响的地点，布设工作基点及为寻找工作基点用的定位点。（4）观测路线应组成起、迄于工作基点的闭合或附和路线，以便对观测结果进行检核。二、沉陷观测沉陷观测是定期测量建筑物变形测量观测点的高程变化，得到其沉陷量，并计算其沉陷速度。由于工业与民用建筑物的范围不是很大，所以施测的水准路线不是很长，因此闭合差课按测站平均分配。如果观测点之间的距离相差很大，则闭合差可按距离成比例分配。（一）基准点观测大坝下游工作基点与水准基点间所布设的水准环线，一般要求每千米水准测量高差中数的中误差不大于0.5mm。采用精密水准仪S0.5和因瓦水准尺进行测量。（1）水准环线是分段进行观测，往、返观测的高差加标尺长度改正后计算往返高差较差，各段往、返测高程较差不得超过：42kmdRmmR限（2）高差较差合格后，根据加标尺长度改正后的往返测高差计算高差中数，再由高差中数计算环线闭合差。将环线闭合差按各测段线路长度进行分配。（3）然后，由水准基点的高程推算工作基点和沿线各水准点的高程，再与各点的首次观测高程比较，可得到工作基点和沿线各水准点高程的变化值。按照上述规定所施测的精密水准测量，根据经验，高程的传递精度可以达到0.5mm/km的要求。每千米水准测量高差中数的中误差可按下式计算而4kmpddn1(1,2,,)iipinR（二）观测点观测混凝土坝观测点的沉陷是根据两岸的工作基点来测定的。对于建筑在基岩上的混凝土坝，其沉陷观测中误差要求不超过±1mm。一般采用精密水准仪，按二等水准测量操作规定进行施测。对了按二等水准测量操作规定以外还有：（1）设置固定的安置仪器点与立尺点，使往返或复测在同一路线上的固定点进行。（2）每次观测使用固定的仪器和标尺（3）仪器至标尺的距离，最长不得超过40m，每站的前后视距差不得大于0.3m，前后视距累积差不得大于1m，基辅差不得超过0.25mm。（4）每次观测进出廊道前后，仪器、标尺均需凉置半小时以后再进行观测（5）在廊道内观测采用手电筒照明。•测定观测点沉陷的水准路线大多敷设成两工作基点之间的附和路线。每次观测值均要加标尺长度改正、根据视线短、每千米线路测站数多的特点，对附和线路闭合差采取按测段的测站数多少进行分配的方法。然后，根据工作基点的高程推算各沉陷观测点的高程，将本次计算的各观测点高程与各点首次观测的高程比较，即可求得各观测点相对于该点首次观测的沉陷量。附和水准路线上一测站高差中数的中误差可按下式计算而4pddn站11,2,iipinN离工作基点最远点的观测点，其高程的测定精度最低。最弱点相对于工作基点的高程中误差按下式计算式中，为由两工作基点分别测到最弱点的测站数。1212mKKKKKK弱站12KK、§10-3.地面倾斜测量倾斜测量有相对于水平面的倾斜测量和相对于垂直面的倾斜测量两类。相对于水平面的倾斜可通过测定两点间的相对沉陷的方法来确定，如用水准测量方法、液体静力方法和倾斜仪测量方法测定。一、水准测量方法该方法的原理是用水准仪测出两个观测点之间的相对沉陷，由相对沉陷与两点间距离之比计算出两点间的平均倾斜值。例如，测出A、B两点的沉陷值为，A、B两点间的距离为，则其平均倾斜值为：ABWW、ABLBAABABWWiL二、倾斜仪测量方法常用的倾斜仪有水准管式倾斜仪、气泡式倾斜仪和电子倾斜仪。（一）气泡式倾斜仪气泡倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管e（见图11-4）和一套精密的测微器组成。测微器中包括测微杆g，读数盘h和指标k。气泡水准管e固定在支架a上，a可绕c点转动，a下装一弹簧片d，在底板b下有置放装置m。将倾斜仪安置在需要的位置上以后，转动读数盘，使测微杆向上或向下移动，直至水准管气泡居中为止。此时，在读数盘上读数，即可得出该处的倾斜度。（二）电子倾斜仪为了实现倾斜观测的自动化，可采用电子水准器，它是在普通的玻璃管水准器（内装酒精和乙醚的混合液，并留有空气气泡）的上、下面装上三个电极形成差动电容器的一种装置。电子倾斜仪的工作原理：当玻璃管水准器倾斜时，气泡向一旁偏移了量x，使电容器C1和C2的介电常数发生变化，引起电桥两臂阻抗发生变化，因而使桥接电路失去平衡，其变化被测量装置及时记录下来。三、液体静力水准测量液体静力水准测量是测定观测点高程的一种方法。（一）基本原理当两个容器中装有同类均匀液体时，两液面将处在同一水平面上。高差可用液面的高度求得121212hHHaabb（二）仪器的结构与读数各种不同结构的液体静力水准仪，实际上只是定位和测定液面位置的方法有所不同。1.目视法2.目视接触法目视接触法确定液面位置的精度要比目视法高得多。观测时，用手转动观测圆环，使水位指针移动，直到显微镜内所观测到的指针实像尖端与虚像刚好接触，这时即停止转动圆环，进行读数。（三）误差来源液体静力水准测量中对于确定液面位置精度有影响的误差主要来自仪器误差和外界条件的影响，而后者是其误差来源。1.仪器误差（1）仪器安置误差（2）液体静力水准仪观测头倾斜所引起的误差（3）量测设备的误差（4）观测头的组合部件由于温度变化而产生的误差（5）液体漏损带来的误差2.外界条件的影响（1）温度对液体静力水准测量精度的影响（2）气压变化对液面位置的影响（3）液体静力水准仪容器中液体蒸发的影响（4）液体污染的影响（四）具体应用液体静力水准测量一般不用来建立等级高程控制，而大多是用来在特殊条件下进行工程水准测量。液体静力水准测量还特别适用于有辐射危险、爆炸危险或有蒸汽、尘埃等污染的情况下监视设备的稳定性。应用固定设置的液体静力水准仪对建筑物上观测点位置进行长期监测。