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1、动态变形观测方案测绘学院 测绘工程（定单）11-2 史楠 201101181020摘要：随着高层建筑物的不断兴建，高层建筑物在其建造和运营管理阶段的安全问题越来越被人们所关注。建筑物变形观测为解决其安全问题提供了非常有价值的变形数据信息，同时也为建筑物设计检验及正常维护提供了依据。因此，高层建筑物变形监测内容、方法、变形分析及变形监测的研究就显得非常有必要。高层建筑物的变形监测可以及时、准确地进行变形预报，对高层建筑物建设意义重大。关键词：建筑物 变形观测 沉降观测 倾斜观测 挠曲度概述：一、 工程介绍 建筑物在施工和营运过程中，由于地质条件和土壤性质的不同，地下水位和大气温度的变化，建筑物荷
2、载和外力作用等影响，导致建筑物随时间发生的垂直升降、水平位移、挠曲、倾斜、裂缝等，统称为变形。 各种工程建筑物在其施工和使用过程中，都会产生一定的变形，当这种变形在一定限度内时可认为属正常现象，但超过了一定的范围就会影响其正常使用并危及建筑物自身及人身的安全，因此需要对施丁中的重要建筑物和已发现变形的建筑物进行变形观测，掌握其变形量、变形发展趋势和规律，以便一旦发现不利的变形可以及时采取措施，以确保施工安全和建筑物的安全，同时也为今后更合理的设计提供资料。二、变形观测的原因为了保证高层建筑物在建设及使用中的安全,相关建设部门规定高层建筑物在建设中必须进行变形监测，变形监测报告是建筑物竣工后必须
3、具备的基本资料。引起高层建筑物变形的因素很多：建筑物基础的地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化、建筑物本身的荷重、建筑物的结构及动荷载的作用，都会引起基础及其四周地形变形，从而导致建筑物变形。高层建筑物的变形如果超过一定的限度，就会影响到它的正常使用,尤其是产生不均匀沉降,更会危及建筑物的安全。建筑物的全部荷载都由它下面的地基来承担，地基有岩基和土基之分。对于岩基，虽然种类繁多，但一般除了它们的风化层和尚未完全固结硬化的软岩之外，通常都能作为建筑物的地基，而土基的土是由固体颗粒、液体、气体混合成的三相体，其工程地质性质可以相差很大。对于
4、高层建筑物而言，对地基土要求比较高，不只限于要求地基土有较高的承载力和较少的沉降量，更重要的是要对地基土的性状应充分了解和通过监测进行必要的研究，以便对地基土质做出正确的评价。由于建筑物的建造，使地基中原有的应力状态发生变化而产生变形，表现为地基沉降。高层建筑物在建设中随着荷载的不断增加，建筑基础下土层的压缩是逐步实现的，因此，基础的沉降量亦是逐渐增加的。一般认为，建筑在砂土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间已完成大部分；而建筑在黏土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间只完成了一部分。当荷载停止增加时，沉降也会逐渐趋于停止。因此，对于高层建筑而言，对地基强度有一定的要求。而地基强度与地基承载力等
5、因素有关，地基承载力一方面取决于地基土的性质和形成条件，包括土的成层特点、均匀性、组合情况、荷载历史、地下水水位变化、地层遭受切割和破坏状况(如场地地震效应)等，都是影响承载力大小的重要因素。另一方面取决于基础类型、宽度、埋深等；建筑物的类型、平面和立面；荷载性质、大小及分布；上部结构对地基不均匀沉降的抵抗能力等；施工方法特别是加荷速率对承载力的影响很大等。可见，确定地基承载力是一个比较复杂的问题，必须综合考虑各种因素。而当地基承载力的设计计算数据与实际情况不相符，就会产生建筑物不均匀沉降，影响建筑物的使用。特别是当建筑物荷载过大，超过地基土所能承受的能力，发生剪切破坏，将给建筑物安全带来隐患
6、和危害。三、变形观测的等级 变形观测等级沉降观测观测点测站高差中误差/mm位移观测观测点测站高差中误差/mm适应范围特级0.050.3特种精密工程、重要科研项目一级0.151.0大型建筑物、科研项目二级0.503.0中等精度要求建筑物、科研项目，重要建筑物主体变形观测三级1.5010.0低精度建筑物、一般建筑物主体变形观测、场地滑坡观测四、变形观测概述变形观测所谓变形观测，是用测量仪器或者专用仪器测定建筑物及地基建筑物在荷载和外力作用下随时间变形的工作。通过变形观测，可以检查、各种工程建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题，确保质量和使用安全；更好的了解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳
7、运动的假说，建立正确的预报变形的理论和方法；以及对某种新结构，新材料，新工艺的性能做出科学的客观的评价。变形观测属于安全监测。变形观测有内部观测和外部观测两方面。内部观测内容由建（构）筑物的内部应力，温度变化的测量，动力特征及其速度的测定等，一般不由测量工作者完成。内部观测与外部观测之间有着密切的联系，应同时进行，以便互相验证和补充。外部观测的内容主要有沉降观测，位移观测，倾斜观测，裂缝观测和扰度观测等。沉降观测它是指建筑物及其基础在垂直方向上的变形(也称垂直位移)。沉降观测就是测定建筑物上所设观测点(沉降点)与基准点(水准点)之间随时间的变化的高差变化量。通常采用精密水准测量或液体静力水准测
8、量的方法进行。 水平位移观测它是指建筑物在水平面内的变形,其表现形式为在不同时期平面坐标或距离的变化。建筑物水平位移观测是测定建筑物在平面位置上随时间变化的移动量。测定水平位移的方法很多,有常规的地面控制测量方法,如导线,前方交会法等;也有各专用方法,如基准线法,正、倒垂线法等倾斜位移观测它是指建筑物因为地基的不均匀沉降或其他原因造成的。建筑物倾斜位移分为两类:一类表现为以不均匀的水平位移为主;另一类则表现为以不均匀的沉降为主。倾斜观测是用经纬仪,水准仪或其他专用仪器测量建筑物的倾斜随时间变化的工作。对于上述两种倾斜一般采用不同的观测方法,前者可采用先测出水平位移然后计算倾斜的方法,即所谓的“
9、直接法”;后者可通过测量建筑物基础相对沉降的方法进行测定,即先测出沉降后计算倾斜的方法,也就是所谓的“间接法”。 裂缝观测它是指建筑物基础的不均匀沉降，温度的变化和外界各种荷载的作用，使得建筑物内部的应力大大超过了允许的限度，使得建筑物的结构产生裂缝。测定建筑物裂缝发展情况的观测工作即为裂缝观测。 扰度观测在建筑物垂直面上，各个不同高程点相对于底点不同的水平位移，称为扰度。所进行的观测称为扰度观测。变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量，而为了求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。 变形观测的内容，应根据建筑物的性质与地基情况来决定。要求有
10、明确的针对性，既要作全面的考虑，以便能正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营，了解其变形规律之目的。五、建筑物变形观测的精度和频率1、变形观测的精度 不同高层建筑物的变形监测的精度要求也会有差别，同一建筑物的不同时间及不同部位的观测精度也有差别通常可按照以下方法来确定高层建筑物变形观测所采用的等级：（1）以高层建筑物最小变形值为依据；（2）以高层建筑物阶段平均变形量为依据；（3）以预估变形量或变形速度为依据；（4）以地基允许变形值为依据；（5）以某些固定值为依据。在实际观测过程中，主要是结合高层建筑物对地基的允许变形值来推算，这个值一般规范有规定，有的是建筑设计单位给定的。根据建
11、筑地基基础设计规范（GBJ7-89）规定，可根据高层建筑物地基的允许变形值来推算出建筑物允许变形量，并由此确定应该采用的观测手段和相应的仪器设备。基坑工程施工监测规范DJ/TJ08-2001-2006规定，基坑工程施工对周围环境的监测要求，可分为四个等级变形观测点有监测点和基准点，后者又包括稳定基准点和工作基点，它们在变形监测中都有各自的作用布设基准点时应充分考虑测量工作的需要，但布设监测点就需要结合其他学科的知识，其位置应处于能够反映高层建筑物变形特征与变形明显处，例如：伸缩缝、沉降缝、新老建筑连接处两侧；工业厂要有房独立柱的基础；基础类型、荷载、埋深有明显不同处；多边形、圆形、高层建筑物纵
12、横轴线的对称处；连接高层建筑中点!角点处，且每边的监测点数量宜有3个或更多2、观测的频率 观测的频率决定于变形值的大小和变形速度，以及观测的目的。通常需要观测的次数既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。工程建筑物在施工过程中，频率应该大一些，一般有一个月，两个月，三个月，半年及一年等不同的周期。在施工期间也可能按荷载增加的过程中进行观测，即从观测点埋设稳定后进行第一次观测，当荷载增加到25时观测一次，以后每增加15观测一次。竣工后，一般第一年观测四次，第二年观测两次，以后每年观测一次。在掌握了一定规律之后，可以减少观测次数。出现特殊情况的前后要进行紧急观测。六、结语 变形观测是建筑物竣工验收中的一项重要内容,也是营运过程中的一项重要工作,特别对于高层建筑物及大型工程,必须进行长期的变形观测。而建筑物的变形观测是一门边缘交叉学科,它不仅要求具有一定的测量理论基础,而且还应具备工程地质、水文地质和建筑结构等方面的理论知识,因此,变形观测系统的设计也是一项复杂的工作,需要多个领域综合协调考虑。 另外,实际观测过程中也会出现一些无法预计的人为因素和自然因素的影响,尤其是在测点布设和现场观测过程中,故在具体工作中更应得到甲方的支持和施工方的密切配合,以使观测系统设计更加符合实际,科学合理,并最终保证观测成本最优,观测成果真实可靠。
