第十五章建築物的變形觀測 1
§15－1 概述 1
§15－2 變形觀測的精度和頻率 2
§15－3 基準點與變形點的構造與布設 2
§15－4 垂直位移觀測 4
§15－5 水平位移觀測 5
一、測角前方交會 6
二、後方交會 6
三、極座標法 7
四、導線法 8
五、視準線法 8
六、引張線法 8
§15－6 傾斜觀測 9
一、前方交會法 9
二、垂準線法 10
§15－7 撓度觀測 10
§15－8 變形觀測的成果處理 11
一、列表 11
二、作圖 12
§15－1 概述
建築物的變形觀測，目前在我國已受到高度重視。隨著社會主義建設的蓬勃發展，各種大型建築物，如水壩、高層建築、大型橋梁、隧道及各種大型裝置的出現，因變形而造成損失的也越來越多。這種變形總是由量變到質變而造成事故的。
固而及時地對建築物進行變形觀測，隨時監視變形的發展變化，在未造成損失以前，及時採取補救措施，這就是變形觀測的主要目的。它的另乙個目的是檢驗設計的合理性，為提高設計質量提供科學的依據。
建築物產生變形的原因很多，如地質條件、**、荷載及外力作用的變化等是其主要原因。在建築物的設計及施工中，都應全面地考慮這些因素。如果設計不合理，材料選擇不當，施工方法不當或施工質量低劣，就會使變形超出允許值而造成損失。
建築物產生變形時，必然會引起內部應力的變化，當應力變化到極限值時，建築物即遭到破壞。所以對有些建築物，在測定形變的同時，應輔以應力測定。本章只涉及形變觀測。
根據變形的性質，可分為靜態變形和動態變形兩類。靜態變形是時間的函式，觀測結果只表示在某一期間內的變形；動態變形是指在外力作用下產生的變形，它是以外力為函式表示的，對於時間的變化，其觀測結果表示在某一時刻的瞬時變形。
由於變形是隨時間發展變化的，所以·對靜態變形要周期性地進行重複觀測，以求取兩相鄰周期間的變化量；而對動態觀測，則需用自動記錄儀器記錄其瞬時位置。本章主要說明靜態變形的觀測方法。
建築物變形的表現形式，主要為水平位移、垂直位移和傾斜，有的建築物也可能產生撓曲及扭轉。當建築物的整體性受到破壞時，則可產生裂縫。
所謂變形，是指相對於穩定點的空間位置的變化，所以在進行變形觀測時，必須以穩定點為依據。這些穩定點稱為基準點或控制點。因而變形觀測也要遵循從控制到碎部的原則。
根據觀測結果，應對變形進行分析，得出變形的規律及大小，以判定建築物是逐步趨於穩定，還是變形繼續擴大。如果變形繼續擴大，且變形速率加快，則說明它有破壞的危險，應及時發出警報，以便採取措施。即使沒有破壞，但變形超出允許值時，則會妨礙建築物的正常使用。
如果變形逐漸縮小，說明建築物趨於穩定，到達一定程度，即可終止觀測。
§15－2 變形觀測的精度和頻率
建築物變形觀測的精度，視變形觀測的目的及變形值的大小而異，很難有乙個明確的規定，國內外對此有各種不同的看法。原則上，如果觀測的目的是為了監視建築物的安全，精度要求稍低，只要滿足預警需要即可，在2023年的國際測量工作者聯合會(fig)上，建議觀測的中誤差應小於允許變形值的1/10～1/20；如果目的是為了研究孿形的規律，則精度應盡可能高些，因為精度的高低會影響觀測成果的可靠性。當然，在確定精度時，還要考慮裝置條件的可能，在裝置條件具備，且增加工作量不大的情況下，以盡可能高些為宜。
觀測頻率的確定，隨載荷的變化及變形速率而異。例如，高層建築在施工過程中的變形觀測，通常樓層加高1廣2層即應觀測一次；大壩的變形觀測，則隨著水位的高低，而確定觀測週期。對於已經建成的建築物，在建成初期，因為變形值大，觀測的頻率宜高。
如果變形逐步趨於穩定，則週期逐漸加長，直至完全穩定後，即可停止觀測。對於頻臨破壞的建築物，或者是即將產生滑坡、崩塌的地面，其變形速率會逐漸加快，觀測週期也要相應的逐漸縮短。觀測的精度和頻率兩者是相關的，只有在乙個週期內的變形值遠大於觀測誤差，其所得結果才是可靠的。
§15－3 基準點與變形點的構造與布設
無論是水平位移的觀測還是垂直位移的觀測，都要以穩固的點作為基準點，以求得變形點相對於基準點的位置變化。對於用作水平位移觀測的基準點，要構成三角網、導線網或方向線等平面控制網，對於用作垂直位移觀測的基準點，則需構成水準網。由於對基準點的要求主要是穩固，所以都要選在變形區域以外，且地質條件穩定，附近沒有震動源的地方。
對於一些特大工程，如大型水壩等，基準點距變形點較遠，無法根據這些點直接對變形點進行觀測，所以還要在變形點附近相對穩定的地方，設立一些可以利用來直接對變形點進行觀測的點作為過渡點，這些點稱為工作基點。工作基點由於離變形體較近，可能也有變形，因而也要周期性地進行觀測。
作為變形觀測用的平面控制網，與地形測量或施工測量的控制網相比較，精度要求高，一般邊長也較短。為了減少儀器對中誤差對觀測結果的影響，通常都埋設高1.3m左右的觀測墩，在墩頂安設強制對中器，以保證每次對中於同一位置上。
強制對中器的構造如圖15—1所示，中間有一螺孔，可用連線螺栓來固定儀器，也可將儀器的三個腳螺栓放置在互成120°的槽內，以使儀器中心與三條槽的交會點對準。觀測墩的基礎，宜建在基岩或其他穩固的地層上。
高程基準點的數目不應少於三個，因為少於三個時，如果有一點發生變化，就難於判定哪一點發生了變化。根據地質條件的不同，高程基準點(包括工作基點)可採用深埋式或淺埋式水準點。深埋式是通過鑽孔埋設在基岩上，淺埋式的基礎與一般水準點相同。
點的頂部均設有半球狀的不鏽鋼或銅質標誌。
在變形觀測時，不可能對建築物的每一點都進行觀測，而是只觀測一些有代表性的點，這些點稱為變形點或觀測點。變形點要與建築物固連在一起，以保證它與建築物一起變化。為使點位明顯、肯定，以保證每次所觀測的點位相同，也要設定觀測標誌。
變形點的數量和位置，要能夠全面反映建築物變形的情況，並要顧及到觀測的方便。例如對工業與民用建築進行垂直位移觀測時，其位置宜布設在建築物的四角及荷載變化、樓層數變化以及地質條件變化處。對於大的建築物，要求沿周邊每隔10～20m處布設一點，如圖15—2所示。
如果垂直位移是用水準測量的方法觀測，在施工時，就在牆體底部離地面0.8m左右處，按上述要求埋設凸出牆面的金屬觀測標誌，以便於觀測，如圖15—3所示。這些標誌要與牆體內的鋼筋焊在一起，以保證它們的整體性。
對於橋墩的垂直位移觀測，則變形點宜布設在墩頂的四角，或垂直平分線的兩端，以便於根據不均勻的垂直位移，推求橋墩的傾斜程度。
水平位移變形點的布設，則視建築物的結構、觀測方法及變形方向而異。產生水平位移的原因很多，主要有**；岩體滑動、側向的土壓力和水壓力、水流的衝擊等。其中有些對位移方向的影響是已知的，例如，水壩受側向水壓而產生的位移，橋墩受水流衝擊而產生的位移等，即屬這種情況。
但有些對方向的影響是不知道的，如受**影響而使建築物產生的位移即是。對於不同的情況，宜採用不同的觀測方法，相應的對變形點的布設要求也不一樣。但不管以什麼方式布設，變形點的位置必須具有變形的代表性，必須與建築物固連，而且要與基準點或工作基點通視。
在變形點上，如果可以安置覘標或儀器，則應設定強制對中器、以強制對中，減小對中誤差，如果不能安置覘標，則應設定清晰而易於照准的目標，其顏色和圖案的選擇，應有利於提高照准的精度。
§15－4 垂直位移觀測
建築物受地下水位公升降、荷載的作用及**等的影響，會使其產生位移。一般說來，在沒有其它外力作用時，多數逞下沉現象，對它的觀測稱沉降觀測。在建築物施工開挖基槽以後，深部地層由於荷載減輕而公升高，這種現象稱為回彈，對它的觀測稱為回彈觀測。
垂直位移觀測的高程依據是水準基點，即在水準基點高程不變的前提下，定期地測出變形點相對於水準基點的高差，並求出其高程，將不同週期的高程加以比較，即可得出變形點高程變化的大小及規律。
由水準基點組成的水準網稱為垂直位移監測網，它可布設成閉合環、結點或附合水準路線等形式。其精度等級及主要技術要求見表15－1。
表15－1 垂直位移監測網的主要技術要求
注：n為測段的測站數
如果設定有工作基點，則每年應進行一至兩次與水準基點的聯測，以檢查工作基點是否發生變動。聯測工作應盡可能選擇固定的月份，即保證外界條件基本相同，以減少外界條件變化對成果的影響。
變形點垂直位移觀測的方法有多種，但暴常用的是水準測量。觀測的精度等級和主要技術要求見表15—2。
表15—2 變形點垂直位移觀測的精度要求和觀測方法
注：n為測站數
由於變形觀測是多週期的重複觀測，且精度要求較高，為了避免誤差的影響，尚需注意以下各點：
1．設定固定的測站與轉點，使每次觀測在固定的位置上進行。
2．人員固定，以減少人差的影響。
3．使用固定的儀器和水準尺，以減少儀器誤差的影響。
§15－5 水平位移觀測
水平位移觀測的平面位置是依據水平位移監測網，或稱平面控制網。根據建築物的結構形式、已有裝置和具體條件，可採用三角網、導線網、邊角網、三邊網和視準線等形式。在採用視準線時，為能發現端點是否產生位移，還應在兩端分別建立檢核點。
為了方便，水平位移監測網通常都採用獨立座標系統。例如大壩、橋梁等往往以它的軸線方向作為x軸，而y座標的變化，即是它的側向位移。為使各控制點的精度一致，都採用一次布網。
監測網的精度，應能滿足變形點觀測精度的要求。在設計監測網時，要根據變形點的觀測精度，預估對監測網的精度要求，並選擇適宜的觀測等級和方法。水平位移監測網的等級和主要技術要求見表15—3。
表15—3 水平位移監測網的主要技術要求
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