變形測量-第五章(1)變形觀測與數(shù)據(jù)處理

1、相關(guān)內(nèi)容：1.變形量、變形監(jiān)測的內(nèi)容；2.精度與周期；3.測點(diǎn)設(shè)置；4.觀測方法（沉降、傾斜、液體靜力水準(zhǔn)測量、水平位移觀測、撓度和裂縫觀測、日照和風(fēng)振測量、變形測量）；5.成果整理。一、表達(dá)變形量的指標(biāo)：移動(dòng)量、變形量。二、監(jiān)測內(nèi)容：建筑變形包含建筑物本身（基礎(chǔ)與上部）、建筑地基及其場地的變形。 (1)傾斜觀測； (2)位移觀測； (3)裂縫觀測； (4)撓度觀測； (5)擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)觀測。 然后以荷載或時(shí)間為橫坐標(biāo)，以累積變形為縱坐標(biāo)，繪制各種變形曲線，以便了解變形的幅度和趨勢，預(yù)估可能穩(wěn)定的時(shí)間及建筑物的安全狀況。（1）移動(dòng)指標(biāo)：下沉Wi，水平移動(dòng)Ui（2）變形指標(biāo)：傾斜i，曲率K，水平變

2、形 (1)一棟房屋，如果其整體剛度很大，如果僅有下沉，或者水平移動(dòng)，是不會(huì)造成損害的。 (2)相反，如果傾斜超過一定的值，或者曲率、水平變形超過一定的值，是會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害的。 為了了解引起破壞的量的特征，必須區(qū)分移動(dòng)與變形指標(biāo)。 下沉：某點(diǎn)計(jì)算時(shí)刻的高程減初始時(shí)刻的高程； 水平移動(dòng)：某點(diǎn)到控制點(diǎn)的距離的變化； 傾斜：相相鄰兩工作點(diǎn)的下沉差除以其距離； 曲率：兩曲線段的傾斜差求得兩曲線段中點(diǎn)的曲率，即平均傾斜的變化。 水平變形：相鄰兩點(diǎn)的水平移動(dòng)量不等而引起變形。(1)下沉：(2)水平移動(dòng)：iiiHHW0iiiLLU0 傾斜: 曲率: 水平變形:2323SWWi)(2134232334234SS

3、iiK2323SUU 建筑物變形包括：建筑物本身、建筑地基、場地變形。對(duì)建筑物上部變形而言：（1）傾斜觀測；（2）位移觀測；（3）裂縫觀測；（4）撓度觀測；（5）擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)觀測。 觀測精度：有的有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，有的即使沒有規(guī)范，可參考同類型的其他監(jiān)測。 四個(gè)角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處設(shè)置。此外： (1)沿周邊每隔10-20m； (2)有沉降縫的兩側(cè)； (3)內(nèi)部承重墻或支柱； (4)建筑物縱、橫軸線。例2：匯源大廈高28層，為滿足湘江大道功能需要，其托換工程監(jiān)測作業(yè)按有關(guān)文獻(xiàn)，以及托梁設(shè)計(jì)最大允許不撓度4mm為依據(jù)。監(jiān)測精度按高精度要求的大型建筑物變形測量一級(jí)要求，即視線長度不大于30m，前后視距差不大

4、于0.7m，前后視距累積差不大于1.0m，視線高度不小于0.3m，觀測點(diǎn)高差中誤差不大于 0.15mm，此要求同于特高精度要求的建筑物絕對(duì)沉降量的觀測中誤差 0.5mm的觀測中誤差不應(yīng)超過變形允許值的1/6。 (1)基坑回彈觀測：由于大型基坑開挖后，卸除了地基土的自重，引起回彈； (2)地基土分層沉降觀測：測定大型建筑物地基內(nèi)部各分層土的沉降量、沉降速度、有效壓縮層厚度； (3)建筑場地沉降觀測：包括相鄰地基沉降、場地地面沉降。 生物工程中心擋墻監(jiān)測實(shí)例。 某工程中心擋墻采用土釘加肋柱梁支擋結(jié)構(gòu)體系,土釘間距.m.m,成孔直徑127mm，孔深14m不等,擋土墻坡面采用厚100mm、20強(qiáng)度等級(jí)

5、的噴射混凝土。如圖所示,西向擋墻長m，高m,其中BC段長m，采用人工挖孔灌注樁根，自北向南編號(hào)14，樁徑,主筋為根直徑mm鋼筋,孔深14.518.0m,樁長15.018.5m不等,地面標(biāo)高-.5m,樁頂標(biāo)高.m，持力層為強(qiáng)風(fēng)化板巖。南側(cè)擋墻CD長22m，采用與西向擋墻段相同的結(jié)構(gòu)。原有擋墻破壞機(jī)理及安全對(duì)策該工程前期,原有擋墻曾在BC段發(fā)生過兩次破壞,并造成一定的不利影響。其中西向AB擋墻南側(cè)3m處,從工程中心主體建筑人工挖孔樁基礎(chǔ)揭露地層情況看,孔深24m處仍為人工填土,后經(jīng)查實(shí),此處為古采石場遺址,地基土成分較為復(fù)雜。因此在原擋墻設(shè)計(jì)與施工時(shí),工程地質(zhì)情況不明是產(chǎn)生失穩(wěn)的主要原因,原有坡體

6、疏水措施不到位,擋墻排水系統(tǒng)不暢,造成土體遇水強(qiáng)度降低,從而增加了擋墻失穩(wěn)破壞的可能性。而古采石場人工填土深度及范圍的復(fù)雜性又增加了工程設(shè)計(jì)的難度與不確定性。從原有擋墻受剪破壞以及擋墻背部土體的圓弧形破壞特征應(yīng)證了以上工程分析的可行性。工程經(jīng)整改后,采用現(xiàn)有方案設(shè)計(jì)與施工,但工程竣工后,共對(duì)其中18根土釘進(jìn)行拉拔試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其中有兩根未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,為確保工程中心主體的安全,需探討擋墻破壞機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)擋墻進(jìn)行行之有效的變形監(jiān)測。 (1)混凝土重力壩； (2)土石壩 (3)拱壩。 幾十年的實(shí)踐，一致認(rèn)為對(duì)大壩等水工建筑物及其基礎(chǔ)的監(jiān)測可以達(dá)到三個(gè)目的： （1）監(jiān)視建筑物在初期及隨后長期運(yùn)

7、行的安全； （2）在施工中不斷反饋，提高設(shè)計(jì)和施工水平； （3）通過實(shí)際工作性態(tài)的反分析，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和施工，為提高和修正設(shè)計(jì)理論提供科學(xué)依據(jù)。 總之，原型監(jiān)測的主要目的是證實(shí)壩體安全的問題。為加強(qiáng)監(jiān)測工作，世界各國在管理體制、規(guī)章制度、儀器設(shè)備、資料整理分析以及自動(dòng)化監(jiān)測等方面都有較快的發(fā)展。（1）30左右是由于遭遇特大洪水，設(shè)計(jì)洪水偏低和泄洪設(shè)備失靈，引起洪水漫壩而失事；（2）27左右是由于地質(zhì)條件復(fù)雜，基礎(chǔ)失穩(wěn)和意外的結(jié)構(gòu)事故（如假設(shè)的荷載過分樂觀）；（3）20是地下滲漏引起揚(yáng)壓力過高，滲漏量增大，滲透坡降過大引起壩基滲透變形等；（4）11是由于大壩老化，建筑材料變質(zhì)（如開裂、侵蝕和風(fēng)化）以

8、及施工質(zhì)量等原因，使材料強(qiáng)度降低，而引起的失事；（5）12是其他不同的特有原因所致。 土石壩的變形分為豎直方向的變位（沉降），上、下游方向的變位和沿壩軸線方向的變位等三個(gè)分量。由于土石壩是由多種材料組成的散粒體，在荷載的作用下，特別是豎直位移要比混凝土壩要大得多，變位的大小和變位的時(shí)間性對(duì)壩體的安全富裕度以及防止裂縫的出現(xiàn)等都是重要的影響因素。 影響土石壩變形的因素有壩型、剖面尺寸、筑壩材料、施工程序和質(zhì)量。壩基的地形、地質(zhì)及水庫水位的變化情況等等。由于這些因素錯(cuò)綜復(fù)雜，有些因素難以定量描述，因此，理論上通常用統(tǒng)計(jì)模型的方法分析。 （1）沉降。沉降是指在荷載的作用下，沿豎直方向發(fā)生的位移。它主

9、要分為三個(gè)階段：初始沉降，固結(jié)沉降和次壓縮沉降。 初始沉降是壩體及其基礎(chǔ)發(fā)生的壓縮變形，這部分沉降在填筑過程中發(fā)生，土石壩在施工期發(fā)生的沉降主要部分就是初始沉降。固結(jié)沉降是由于土體固結(jié)，土顆粒間的孔隙水逐漸排出而引起的沉降，其中透水性強(qiáng)的土石壩固結(jié)完成較快。次固結(jié)沉降是土體中顆粒骨架在持續(xù)荷載作用下發(fā)生的蠕變所引起的。大量觀測資料表明：土石壩在施工過程中，隨填筑土石料的重量增加而產(chǎn)生的壓縮變形占相當(dāng)大的部分，竣工后，其變形有逐漸收斂的趨勢。 綜上所述，在壩型、壩高、筑壩材料和填筑方法以及邊界條件等一定的情況下，土石壩的沉降量在施工期主要與筑壩高度和含水量有關(guān)，而在運(yùn)行期主要受固結(jié)影響，其中在最

10、初12年內(nèi)沉降增加較快，而后逐漸穩(wěn)定；同時(shí)還受水位和溫度的影響。 （2）水平位移。由沉降的成因及影響因素分析，土石壩在施工期主要產(chǎn)生沉降，同時(shí)附帶產(chǎn)生水平位移。在運(yùn)行期，由于水壓力或滲透力的豎向分力引起壩的沉降，而水平分力的作用，則產(chǎn)生水平位移；同時(shí)在土體的固結(jié)和次固結(jié)過程中，由于側(cè)向膨脹，在產(chǎn)生沉降的同時(shí)還引起水平位移。在初期，因土體濕化，上游坡的水平位移指向上游，當(dāng)庫水位升高并持續(xù)一定時(shí)間，水平位移指向下游，水位下降后位移又向上游回彈。因此水平位移的影響主要受時(shí)間、水位等因素的影響。 因此，在土石壩變形中以垂直位移(沉降量) 為最大，其安全監(jiān)控應(yīng)以沉降量為主。 混凝土壩觀測位移中存在兩部分

11、位移：其一是彈性位移；其二是隨時(shí)間和荷載而變的非線性位移（俗稱時(shí)效位移），它包括壩體混凝土和基巖的徐變以及壩基的裂隙、節(jié)理和其他軟弱構(gòu)造等在尾礦重力作用下發(fā)生的壓縮和塑性變形，就宏觀來講，該項(xiàng)位移的變化特點(diǎn)是在排泥初期（或壩體灌漿加固等措施一、二年內(nèi)）變化急劇。而后隨著時(shí)間的推移而漸趨穩(wěn)定。 然而，時(shí)效位移的變化規(guī)律反映大壩的工作狀態(tài)。當(dāng)時(shí)效位移突然增大或急劇變化時(shí)，這是大壩或地基病態(tài)工作的征兆。 常用水準(zhǔn)測量方法。與一般水準(zhǔn)測量的區(qū)別是視線短，一次安置儀器可有多個(gè)前視點(diǎn)。 在不同觀測周期，將儀器安置在同一位置觀測。一般采用三等水準(zhǔn)要求，重要設(shè)施，按二等水準(zhǔn)要求。 對(duì)水工建筑物：通常要求工作基

12、點(diǎn)與控制點(diǎn)聯(lián)測，按一等水準(zhǔn)要求(線路固定，儀器點(diǎn)和立尺點(diǎn)固定)，工作點(diǎn)按二等水準(zhǔn)要求，工作點(diǎn)組成附合水準(zhǔn)路線。(1)水準(zhǔn)測量的方法；(2)液體靜力水準(zhǔn)測量的方法；(3)氣泡式傾斜儀。(1)各種對(duì)中設(shè)備的誤差分析 主要強(qiáng)制對(duì)中法，常用于重要建筑物和大壩。包括：支承托架式強(qiáng)制對(duì)中器；三點(diǎn)式強(qiáng)制對(duì)中器；旋進(jìn)式強(qiáng)制對(duì)中器。(2)覘標(biāo)的選用：邊長變化懸殊，采用不等寬的覘標(biāo)。可以自制覘標(biāo)。(3)觀測墩：底板埋設(shè)在凍土層以下0.5m，有條件時(shí)最好直接澆筑在基巖上。觀測墩的高度大于0.8m，以減小折光影響。(1)視準(zhǔn)線法：在被測物體兩端設(shè)置固定點(diǎn)，將儀器置于一端，另一端設(shè)置覘標(biāo)，則瞄準(zhǔn)后，經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)線面形成

13、一個(gè)基準(zhǔn)面，利用此基準(zhǔn)面來觀測位移的方法稱為視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)線法包括測小角法和活動(dòng)覘牌法(利用一種附有精密讀數(shù)裝置的活動(dòng)覘牌來直接測定偏距值)；(2)激光準(zhǔn)直法：利用發(fā)射收斂性良好的激光，在觀測點(diǎn)上安置具有特殊結(jié)構(gòu)的覘牌；(3)長度變化測量儀：精確確定兩點(diǎn)間距離的變化。包括：主體、基礎(chǔ)、獨(dú)立構(gòu)筑物的撓度測量。精度：可按整體變形的觀測中誤差不應(yīng)超過允許垂直偏差值的1/10，結(jié)構(gòu)段的觀測中誤差不應(yīng)超過允許值的1/6。(1)裂縫產(chǎn)生的原因：地基處理不當(dāng)、不均勻沉降、地表和建筑物相對(duì)滑動(dòng)、局部過大拉應(yīng)力、混凝土澆灌或養(yǎng)護(hù)問題、水溫、氣溫或其他問題。(2)測量裂縫分布位置、走向、長度、寬度及其變化程度。對(duì)需要測量的裂縫應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一編號(hào)，每條裂縫應(yīng)觀測2組數(shù)據(jù)(一組在最寬處，另一組在裂縫未端)，寬度數(shù)據(jù)應(yīng)量到0.1mm，必要時(shí)附照片。 在溫度和風(fēng)荷載作用下，建筑物會(huì)產(chǎn)生來回?cái)[動(dòng)。因而需要進(jìn)行日照和風(fēng)振動(dòng)態(tài)變形測量。 (1)日照變形測量：宜選擇在夏季高溫天進(jìn)行，每一小時(shí)觀測一次； (2) 風(fēng)振變形測量：在高層、超高層建筑物的強(qiáng)風(fēng)作用時(shí)間段內(nèi)同步測定建筑