鐘樓監(jiān)測技術(shù)方案

1、鐘樓監(jiān)測技術(shù)方案一、背景某某鐘樓，明萬歷二十七年（1599）,知府張堯文主持建造，樓所趕高7丈，基開四門 作通道。登樓小門與石階在樓東門角、座北朝南。樓座中間有一大方孔，鋪木板遮封。二樓 和三樓為全木結(jié)構(gòu)，漆黑光亮。登三樓是木梯，靠兩面方面，自南向北而上，三樓上有一木 結(jié)構(gòu)掛鐘用的架子，原有3000斤重的銅鐘,被侵華日軍所擄掠。某某鐘樓為明代早期古城建筑，位于北門街南端十字路口而中空通四路，鐘樓基座 是石條砌成方形建筑，邊長12.5米，不算堞垛，高4.3米。石四面的拱門洞高3. 94米，基 座上建三層木構(gòu)鐘樓，面闊進(jìn)深，每層各三間，周邊有回廊，重檐覆屋，四角攢尖。自在至 頂高達(dá)二十余米，在中國

2、古代，像這樣氣勢壯觀的條基座論，四向拱門，三層重檐木構(gòu)的 鐘樓十分罕見，堪稱中國古代建筑之瑰寶。2006年5月26日由國務(wù)院公布為國家重點文物保護(hù)單位。某某鐘樓是某某市古城 墻唯一現(xiàn)存部份，其稀缺性和不可替代性日益為人們所重視。保持城鎮(zhèn)的傳統(tǒng)格局與風(fēng) 貌以及各種文物古跡，是保護(hù)歷史文化名城（鎮(zhèn)）的必要條件和特殊需要，具有很高的歷 史、科學(xué)和藝術(shù)價值。但是由于歲月的無情侵蝕，某某鐘樓墻體、拱圈等均存在不同程度 的損害，石塊風(fēng)化、石墻裂縫、拱圈變形等現(xiàn)象比擬嚴(yán)重。為了更加科學(xué)、全面、完整地做好某某鐘樓修繕工作。提高保護(hù)修繕的預(yù)見性，降低 破壞某某鐘樓原狀所攜帶的歷史信息的可能性，非常有必要對某某鐘

3、樓實施監(jiān)測工作。二、監(jiān)測依據(jù)保護(hù)世界文化及自然遺產(chǎn)公約（1972年）實行保護(hù)世界文化和自然遺產(chǎn)公約操作指南（2005年）國際古跡保護(hù)與修復(fù)憲章（1964年）中華人民共和國文物保護(hù)法（2002年）中華人民共和國文物保護(hù)法實行條例（2003年）世界文化遺產(chǎn)保護(hù)管理方法（2006年）中國世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測巡視管理方法（2006年）中國文物古跡保護(hù)準(zhǔn)那么（2000年）古跡、建筑群和遺址的記錄準(zhǔn)那么（2003年） 某某省文物保護(hù)管理條例（2003年）歷史文化名城名鎮(zhèn)保護(hù)條例（國務(wù)院,2008年）城市紫線管理方法（建設(shè)部,2004年）西安宣誓一一關(guān)于古建筑、古遺址和歷史區(qū)域周邊環(huán)境的保護(hù)（2005年）杭州市

4、文物保護(hù)管理假設(shè)干規(guī)定（1999年5月）國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范GB12897-91工程測量規(guī)范（GB 50026-2007）；建筑變形測量規(guī)范（JGJ 8-2007） o精密工程測量規(guī)范GB/T15314-94建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB 50007-2002中國世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范三、工程監(jiān)測意義1、及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素。由于施工工序的復(fù)雜性、古建筑材料質(zhì)量不確定性、施工人 員的素質(zhì)差異等多種施工因素的存在，加上自然環(huán)境因素等的影響，工程實施中需要借 助監(jiān)測手段進(jìn)行必要的補(bǔ)充，以便及時采取補(bǔ)救措施，確保工程施工中的結(jié)構(gòu)平安、設(shè)備 平安和人員平安,減少和防止不必要的損失。2、科學(xué)指導(dǎo)施工。通過

5、動態(tài)的施工監(jiān)測可以了解施工過程中結(jié)構(gòu)的實際變形、應(yīng)力 變化等，為施工方和設(shè)計單位提供實測數(shù)據(jù)和資料。根據(jù)實測數(shù)據(jù)的反應(yīng)，實時調(diào)整和優(yōu) 化施工方案，確保整個施工過程在可控的管理范圍之中。3、保障業(yè)主和相關(guān)社會利益。通過在施工全過程中不間斷的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和分析, 及時調(diào)整施工方案、施工工序，確保工程科學(xué)、合理、有序進(jìn)行，使得工程最終高質(zhì)、高效、 如期完成，有力保障業(yè)主及相關(guān)社會利益。!1!在對古建筑的改造和修繕工程中，必須采用合理的施工工藝、技術(shù)方案和科學(xué)的監(jiān) 控手段，保證古建筑在整個施工過程以及運營階段的平安性。.水平位移監(jiān)測：對某某鐘樓古建筑物的北方向或順軸線方向的水平位移變化進(jìn)行 監(jiān)測。大地

6、測量方法，大地測量方法主要是以外部變形監(jiān)測控制網(wǎng)點為基準(zhǔn)，以大地測量 方法測定被監(jiān)測點的大地坐標(biāo)，進(jìn)而計算被監(jiān)測點的水平位移，采用交會法、精密導(dǎo)線 法。.垂直位移觀測：對某某鐘樓古建筑物垂直方向的位移變化進(jìn)行監(jiān)測，用以了解某 某鐘樓古建筑各種監(jiān)測部位的垂直位移變化,從各監(jiān)測點垂直位移變化情況了解有無不 均勻垂直位移變化出現(xiàn)。采用幾何水準(zhǔn)測量方法。.拱圈撓度監(jiān)測撓度觀測：以控制網(wǎng)點為基準(zhǔn)，采用三維交會的方法進(jìn)行觀測。由 于監(jiān)測的點位位于橋面以下的拱圈內(nèi)弧線上，常規(guī)作業(yè)無法設(shè)施，只能采用三維交會 的方法進(jìn)行觀測。從而確定拱圈的撓曲變化。,裂縫觀測：對建筑物產(chǎn)生的裂縫或河岸邊坡裂縫進(jìn)行位置、長度、寬

7、、深度錯距等 進(jìn)行監(jiān)測，以了解裂縫的變化情況。采用丈量方式，采用檢定過的鋼尺、油標(biāo)卡尺等進(jìn)行 精密量距。五、監(jiān)測頻率本次監(jiān)測頻率是由甲方要求對鐘樓現(xiàn)存的部份水平位移監(jiān)測、垂直位移監(jiān)測、拱圈 撓度監(jiān)測、石墻裂縫監(jiān)測進(jìn)行三次監(jiān)測。第一次為施工前的監(jiān)測，第二次為施工中的監(jiān)測, 第三為竣工后的監(jiān)測。六、使用的儀器設(shè)備要求索佳SET2300RK3全站儀。.天寶03電子水準(zhǔn)儀加3米錮鋼條碼尺.鋼尺、油標(biāo)卡尺各種儀器均為檢定。七,水平位移監(jiān)測網(wǎng)1、監(jiān)測網(wǎng)的形成該網(wǎng)由8個點組成，其中4個基準(zhǔn)點構(gòu)成2個大地四邊形和4個工作基點一起組成 了 一個邊角網(wǎng)，該網(wǎng)按一等專用控制網(wǎng)精度實施，其控制網(wǎng)。2、三角點的埋設(shè)三角

8、點有4個埋設(shè)在鐘樓周邊、4個埋設(shè)在鐘樓墻體上,4個埋設(shè)在鐘樓周邊觀測點最是建觀測墩并安裝了強(qiáng)制對中基座。此項由甲方建墩安裝。3、水平角觀測 采用索佳SET2300RK3全站儀和0. 2mm鋼絲照準(zhǔn)，按方向觀測法觀測12個測回。 方向的垂直角超過+2時讀記了水準(zhǔn)器格值，并進(jìn)行了垂直軸傾斜改正。整個控制網(wǎng)共觀測48個方向。4、邊長觀測及計算(1)采用索佳SET2300RK3全站儀測距和測垂直角，每條邊均往返觀測4個測回，垂 直角采用中絲法觀測4個測回。(2)測站和鏡站均測定了氣象數(shù)據(jù)。 整個控制網(wǎng)共觀測25條邊，平均邊長為30米，對邊長加入氣象改正、加常數(shù)改 正、乘常數(shù)改正、傾斜改正之后，投影在鐘

9、樓高程面上，計算中大氣折光K=0. 13,地球平 均曲率半徑R二米。(4)根據(jù)邊長往返測不符值計算往返測平均邊長中誤差，不大于md=+0. 20mm,5、對兩次基準(zhǔn)值的驗算按有關(guān)規(guī)范中的工程對邊角網(wǎng)進(jìn)行檢核，其各項限差均符合規(guī)范要求。本網(wǎng)共計20 個圖形，規(guī)范允許一等三角測角中誤差1,應(yīng)符合規(guī)范要求。6、水平位移監(jiān)測網(wǎng)的平差通過各種概算之后進(jìn)入控制網(wǎng)的平差，經(jīng)過分析研究認(rèn)為基準(zhǔn)點穩(wěn)定可靠，故在首 次基準(zhǔn)網(wǎng)的平差中采用經(jīng)典嚴(yán)密平差。平差軟件采用軟件進(jìn)行平差，該軟件系間接平差，它除了計算出各待定點的平差坐標(biāo)、每條邊 的平差邊長和平差坐標(biāo)方位角，還能計算出每個待定點的誤差橢圓及點位中誤差。兩次 成果

10、取平均值后作為水平位移監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)值。八.垂直位移監(jiān)測網(wǎng).垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的設(shè)置該網(wǎng)的水準(zhǔn)基點設(shè)在鐘樓周邊處，共設(shè)兩個便于校核。另在城墻上埋設(shè)4個觀測點。由此兩局部水準(zhǔn)點構(gòu)成垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)。垂直位移監(jiān)測網(wǎng)按一等水準(zhǔn)精度實施。.垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的實施待水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)穩(wěn)定之后，在鐘樓周邊用皮尺選點定位確定架站點和立尺點，把第 一次水準(zhǔn)觀測完后再進(jìn)行第二次水準(zhǔn)觀測。,垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的平差 水準(zhǔn)網(wǎng)的概略計算對各觀測高差加入尺長改正后，計算出每公里觀測高差中數(shù)偶然中誤差?；鶞?zhǔn)網(wǎng)觀 測不大于+0.15mm。水準(zhǔn)網(wǎng)的平差作為獨立水準(zhǔn)網(wǎng)的高程起算數(shù)據(jù)作為首次觀測，我們采用經(jīng)典嚴(yán)密平差計算基準(zhǔn)網(wǎng) 。采用平差軟件間接平

11、差，可完成待定點的平差值計算，可評定每一點的高程精度、觀測 數(shù)據(jù)的平差值及其改正數(shù)的計算。垂直位移監(jiān)測網(wǎng)的平差成果及精度九、拱圈變形監(jiān)測1、建立基準(zhǔn)網(wǎng)本次選設(shè)的基準(zhǔn)點按水平位移監(jiān)測網(wǎng)共用與監(jiān)測點之間的距離按要求基本控制在 3040m以內(nèi)。水平角觀測采用索佳SET2300RK3全站儀12測回觀測。垂直角觀測采用索佳 SET2300RK3全站儀9測回觀測2、拱圈內(nèi)弧監(jiān)測點設(shè)置與照準(zhǔn)標(biāo)志制根據(jù)某某鐘樓古建筑的實際情況，設(shè)置拱圈內(nèi)弧監(jiān)測點，按拱圈內(nèi)弧設(shè)置的間隔 L/8、L/4、和L/2來截取布設(shè)。這樣連同拱圈兩頭的拱腳共5點，編號由北向南或由東向 西為1 5,其中1和5兩點為拱的跨徑點，共4個拱圈共計

12、20點。為了提高照準(zhǔn)標(biāo)志的 觀測精度，本次觀測標(biāo)志特選用4cm X4cm白鐵皮用紅白油漆精確涂成倒三角形，三 角形尖朝向拱圈內(nèi)弧線。然后用強(qiáng)力環(huán)氧樹膠將各塊標(biāo)志牢固粘在各個拱圈內(nèi)弧位置上, 倒三角的尖端即為本次監(jiān)測點點位。3、監(jiān)測點平面坐標(biāo)交會觀測監(jiān)測點平面坐標(biāo)采用前方交會，作業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行三同（同人，同儀，同順序，儀器遮 傘）。對不合要求的觀測資料，一經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，均于現(xiàn)場立即重測，直到全部合格為止。為了提高觀測精度，特別是基準(zhǔn)點到各監(jiān)測點視長不一，由調(diào)焦引起的視軸觀測誤差 有可能掩蓋點位的真實形變。為了減小觀測儀器視軸誤差對成果的影響，實際作業(yè)時， 把測回正倒鏡觀測改為按每方向正倒鏡觀測。4、監(jiān)

13、測點高程交會觀測監(jiān)測點高程觀測采用在拱圈部位同側(cè)兩點設(shè)站分別讀取各監(jiān)測點垂直角，觀 測與水平角同期進(jìn)行。首期拱圈各點垂直角用J索佳SET2300RK3全站儀中絲法單向觀測9 測回，其數(shù)據(jù)作為本工程的基本數(shù)據(jù)。繼后每期6測回。同水平角觀測一樣，每期按三定 程序操作。針對短邊高精度豎角觀測，除測前對儀器認(rèn)真調(diào)試外，另在實測過程中針對 測站到拱圈各監(jiān)測點視長不一而導(dǎo)致觀測不斷調(diào)焦帶來的誤差影響，仿前述方法，同 樣對各點垂直角采取單獨一次正倒鏡觀測，并嚴(yán)格將儀器豎角觀測指標(biāo)差控制在5 之內(nèi)，測回較差控制在3之內(nèi)。嚴(yán)格控制豎角測角中誤差；對儀高丈量精度方面取二 步做法：一是先于室內(nèi)將儀器調(diào)平螺絲上緣至望

14、遠(yuǎn)鏡橫軸之間的固定長用千分卡尺精 確量?。欢菍⒆鲎羶x器調(diào)平螺絲之間的高度用小直鋼尺二次以上讀數(shù)取平均值， 數(shù)據(jù)估讀至0.1mm；各監(jiān)測點高差計算采用單向高差公式：Ah = stga+ CS2 + i - v + Ahl2。由于小范圍近距離觀測，折光影響很小。另也無需將邊長投影。十.變形監(jiān)測網(wǎng)觀測精度估算與分析1、監(jiān)測網(wǎng)精度估算根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)得知，點位中誤差均小于土 L0 mm,能滿足規(guī)范中一等獨立控制網(wǎng)限 差 1. 0 mm的要求。SET2300RK3全站儀測小角的精度估算公式mi= ma，視線S的最大值約30米, 取ma=0.6那么mi=+0.78mm,符合規(guī)范要求，要到達(dá)0.6必須觀測4

15、個測回。采用SET2300RK3全站儀按小角法觀測，應(yīng)在兩端工作基點上觀測鄰近的1/2的測 點，每一測次觀測4個測回，每測回正、倒鏡各照準(zhǔn)覘標(biāo)兩次并讀數(shù)兩次，取平均值作為 該測回的觀測值，其限差為兩次讀數(shù)差不大于1.0，測回差不大于3.0。2、可靠性分析控制網(wǎng)進(jìn)行精度估算后，系統(tǒng)給出如下粗差分析數(shù)據(jù)：各站觀測值分類C： C-方向，a-方位，d-邊長，h-高差，$-間高權(quán)p 一對邊長以PPM為單位.多余觀測分量r = 1-AQ某某AP可靠性指標(biāo)的：顯著水平為aO,檢驗功效為bO,非中心參數(shù)為dO假設(shè)，a0=0. 1%, b0=80%,有 d0=4. 13,那么內(nèi)可靠性指標(biāo)R, 一般認(rèn)為：R5好，

16、R10差外可靠性指標(biāo)R ： R8差m=0. 000500 a0=0. 1% b0=80% d0=4.133、水平角觀測a.水平角采用方向法觀測12個測回，方向多余6個時應(yīng)分組觀測。采用索佳 SET2300RK3全站儀觀測，使用垂線作為照準(zhǔn)目標(biāo)。b.水平方向觀測的限差按規(guī)范執(zhí)行。C.水平角觀測使用的儀器在測前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行檢定。4、三角網(wǎng)邊長觀測a.每條邊均應(yīng)往返觀測4測回，觀測限差為：往返較差不得大于3mmeb.應(yīng)在大氣穩(wěn)定和成象清晰的氣象條件下進(jìn)行觀測，如在霧、雨天，大氣透明度較 差的情況下不宜觀測。C.測站和鏡站均應(yīng)測定氣象數(shù)據(jù)（溫度、氣壓）。d.測距儀測前應(yīng)按規(guī)定送計量檢定站檢定。5、垂直

17、角觀測a.天頂距采用中絲法觀測4測回。b.垂直角其互差不大于10，指標(biāo)差互差不大于10。C.測邊與測垂直角同步進(jìn)行。2.6.水平監(jiān)測的平差計算a.對水平角觀測值進(jìn)行測站平差，計算出各方向平差值的中誤差。b.計算三角形閉合差，并按菲列羅公式計算測角中誤差。C.對觀測邊長進(jìn)行氣象改正、加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正、傾斜改正、投影改正。d.根據(jù)邊長往返測平距之差，計算出往返觀測的平均值中誤差。e.監(jiān)測網(wǎng)的平差采用經(jīng)典嚴(yán)密平差軟件計算。首期進(jìn)行兩次觀測，可采用經(jīng)典平 差，自由網(wǎng)平差和擬穩(wěn)平差等，并按統(tǒng)計檢驗的方法進(jìn)行檢驗，符合要求取平均值作為監(jiān) 測網(wǎng)的基準(zhǔn)值。6、監(jiān)測網(wǎng)檢驗情況綜述對于監(jiān)測網(wǎng)兩次測量坐標(biāo)之差

18、及高程值之差并不一定反映點位的變動，它也可能是 測量誤差引起的，而這個誤差是在規(guī)范規(guī)定的限差之內(nèi)，所以該次由兩次測量平差成果 取平均值得到的首次觀測基準(zhǔn)值是絕對可靠的。同時也為下次復(fù)測監(jiān)測網(wǎng)進(jìn)行變形分析 時提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。十一、質(zhì)量保證措施建立質(zhì)量保證和質(zhì)量控制機(jī)制，對監(jiān)測的全過程進(jìn)行質(zhì)量控制。監(jiān)測儀器必須在有 效定期內(nèi)使用，并在規(guī)定的檢定周期內(nèi)進(jìn)行檢定，自檢的儀器設(shè)備等應(yīng)按期進(jìn)行自檢。作 業(yè)人員在每次觀測時應(yīng)詳細(xì)記錄荷載情況，描述監(jiān)測的某某鐘樓建筑物出現(xiàn)的情況，并 在現(xiàn)場及時計算各測點的輔差，檢查各讀數(shù)是否正確無誤，各項誤差是否在允許的范圍 內(nèi)。做到記錄清晰、齊全，計算準(zhǔn)確無誤。檢查人員應(yīng)及時對成果數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查驗算，發(fā)現(xiàn) 問題及時處理。審核員負(fù)責(zé)報告的審核，把好質(zhì)量的最后一道關(guān)。十二、監(jiān)測資料的提交根據(jù)甲方要求對某某鐘樓古建筑修繕工作的變形監(jiān)測進(jìn)行三次監(jiān)測，第一次為施工 前的監(jiān)測，第二次為施工中的監(jiān)測，第三為竣工后的監(jiān)測。提交資料包括三次各種原始觀 測數(shù)據(jù)、各類計算資料、以及相關(guān)的監(jiān)測精度分析技術(shù)資料。十三、監(jiān)測工作和建議1、本次監(jiān)測工作頻率較低應(yīng)加大頻度的監(jiān)測。2、建議對石材風(fēng)化程度進(jìn)行監(jiān)測。十四、監(jiān)測經(jīng)費本次監(jiān)測預(yù)算費用按