建筑物變形與裂縫觀測

建筑物變形與裂縫觀察傾斜觀察在進(jìn)行觀察之前，首先要在進(jìn)行傾斜觀察的建筑物上設(shè)立上、下兩點(diǎn)或上、中、下三點(diǎn)標(biāo)志，作為觀察點(diǎn)，各點(diǎn)應(yīng)位于同一垂直視準(zhǔn)面內(nèi)。如圖4-205所示，M、N為觀察點(diǎn)。如果建筑物發(fā)生傾斜，MN將由垂直線變?yōu)閮A斜線。觀察時(shí)，經(jīng)緯儀的位置距離建筑物應(yīng)不不大于建筑物的高度，瞄準(zhǔn)上部觀察點(diǎn)M，用正倒鏡法向下投點(diǎn)得N'，如N'與N點(diǎn)不重疊，則闡明建筑物發(fā)生傾斜，以a表達(dá)N'、N之間的水平距離，a即為建筑物的傾斜值。若以H表達(dá)其高度，則傾斜度為：圖4-205傾斜觀察i=arcsin（a/H）（4-83）高層建筑物的傾斜觀察，必須分別在互成垂直的兩個(gè)方向上進(jìn)行。當(dāng)測定圓形構(gòu)筑物（如煙囪、水塔、煉油塔）的傾斜度時(shí)（圖4-206），首先規(guī)定得頂部中心對底部中心的偏距。為此，可在構(gòu)筑物底部放一塊木板，木板要放平放穩(wěn)。用經(jīng)緯儀將頂部邊沿兩點(diǎn)A、A'投影至木板上而取其中心A0，再將底部邊沿上的兩點(diǎn)B與B'也投影至木板上而取其中心B0，A0B0之間的距離a就是頂部中心偏離底部中心的距離。同法可測出與其垂直的另一方向上頂部中心偏離底部中心的距離b。再用矢量相加的辦法，即可求得建筑物總的偏心距即傾斜值。即：（4-84）圖4-206偏心距觀察構(gòu)筑物的傾斜度為：i＝c/H（4-85）裂縫觀察建筑物發(fā)現(xiàn)裂縫，除了要增加沉降觀察的次數(shù)外，應(yīng)立刻進(jìn)行裂縫變化的觀察。為了觀察裂縫的發(fā)展?fàn)顩r，要在裂縫處設(shè)立觀察標(biāo)志。設(shè)立標(biāo)志的基本規(guī)定是，當(dāng)裂縫開展時(shí)標(biāo)志就能對應(yīng)的開裂或變化，對的的反映建筑物裂縫發(fā)展?fàn)顩r。其形式有下列三種：1．石膏板標(biāo)志用厚10mm，寬約50~80mm的石膏板（長度視裂縫大小而定），在裂縫兩邊固定牢固。當(dāng)裂縫繼續(xù)發(fā)展時(shí)，石膏板也隨之開裂，從而觀察裂縫繼續(xù)發(fā)展的狀況。2．白鐵片標(biāo)志如圖4-207所示，用兩塊白鐵片，一片取150mm×150mm的正方形，固定在裂縫的一側(cè)，并使其一邊和裂縫的邊沿對齊。另一片為50mm×200mm，固定在裂縫的另一側(cè)，并使其中一部分緊貼相鄰的正方形白鐵片。當(dāng)兩塊白鐵片固定好后來，在其表面均涂上紅色油漆。如果裂縫繼續(xù)發(fā)展，兩白鐵片將逐步拉開，露出正方形白鐵上原被覆蓋沒有涂油漆的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度，可用尺子量出。圖4-207白鐵片標(biāo)志3．金屬棒標(biāo)志（圖4-208）在裂縫兩邊鑿孔，將長約10cm直徑10mm以上的鋼筋頭插入，并使其露出墻外約2cm左右，用水泥砂漿填灌牢固。在兩鋼筋頭埋設(shè)前，應(yīng)先把鋼筋一端銼平，在上面刻畫十字線或中心點(diǎn)，作為量取其間距的根據(jù)。待水泥砂漿凝固后，量出兩金屬棒之間的距離，并統(tǒng)計(jì)下來。后來如裂縫繼續(xù)發(fā)展，則金屬棒的間距也就不停加大。定時(shí)測量兩棒之間距并進(jìn)行比較，即可掌握裂縫開展?fàn)顩r。圖4-208金屬棒標(biāo)志位移觀察當(dāng)建筑物在平面上產(chǎn)生位移時(shí)，為了進(jìn)行位移測量，應(yīng)在其縱橫方向上設(shè)立觀察點(diǎn)及控制點(diǎn)。如已知其位移的方向，則只在此方向上進(jìn)行觀察即可。觀察點(diǎn)與控制點(diǎn)應(yīng)位于同始終線上，控制點(diǎn)最少須埋設(shè)三個(gè)，控制點(diǎn)之間的距離及觀察點(diǎn)與相鄰的控制點(diǎn)間的距離要不不大于30m，以確保測量的精度。如圖4-209所示，A、B、C為控制點(diǎn)，M為觀察點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)必須埋設(shè)牢固穩(wěn)定的標(biāo)樁，每次觀察前，對所使用的控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行檢查，以避免其變化。建筑物上的觀察點(diǎn)標(biāo)志要牢固、明顯。圖4-209位移觀察位移觀察可采用正倒鏡投點(diǎn)的辦法求出位移值。亦可采用測角的辦法。如圖4-209所示，設(shè)第一次在A點(diǎn)所測之角度為β1，第二次測得之角度為β2，兩次觀察角度的差數(shù)△β＝β2－β1，則建筑物之位移值（4-86）式中ρ＝206265"。位移測量的允許偏差為±3mm，進(jìn)行重復(fù)觀察評定。用三角高程測量法測定建筑物的沉降變形在興建和運(yùn)行管理期間對大型工程建筑物的沉降觀察，普通采用靜力水準(zhǔn)測量或高精度水準(zhǔn)測量，這就規(guī)定要設(shè)立精巧的標(biāo)志，使用精密的水準(zhǔn)尺及其它高精度設(shè)備。為了減少成本和滿足沉降觀察的急需，可采用短邊三角高程測量法進(jìn)行建筑物的沉降觀察，其辦法以下：如圖4-210所示，在建筑物上分別固定標(biāo)志1和2，在建筑物之間安置精密光學(xué)經(jīng)緯儀，測定傾斜角α1及α2。當(dāng)α1及α2很小的狀況下，標(biāo)志的高程H，可按下式計(jì)算：圖4-210（4-87）式中l(wèi)——儀器到標(biāo)志的斜距；ρ＝206265"。則兩個(gè)標(biāo)志之間的高差h12即可求得。當(dāng)l1≈l2≈l，和α1≈α2≈α?xí)r，且測角和量距誤差對高差為等影響時(shí)，則對量距和測角的精度規(guī)定為：（4-88）（4-89）由式（4-88）可知測角和量距誤差的大小，都與mk有關(guān)，其影響大小，分別如表4-49及表4-50所示。表4-49α當(dāng)mk為下列五種誤差時(shí)，m1的誤差值（mm）0.050.10.20.30.41'861723435156842'43861722583433'29571141722294'2143861291725'17346910313710'8.61734526920'4.38.617263430'2.95.71117231°1.42.95.78.6112°0.71.42.94.35.73°0.51.01.92.93.84°0.40.71.42.12.95°0.30.61.11.72.3表4-50l（m）當(dāng)mk為下列五種誤差時(shí)，mα的誤差值（mm）0.050.10.20.30.415.210.320.630.941.222.65.210.315.520.631.73.46.910.313.841.32.65.27.710.351.02.14.16.28.360.81.73.45.26.970.71.52.94.45.980.61.32.63.95.290.61.12.33.44.6100.51.02.03.14.1由表中數(shù)字能夠看出，當(dāng)傾斜角α愈大、距離l愈長則對測角、量距的精度規(guī)定愈高。例如當(dāng)規(guī)定建筑物沉降觀察中誤差為m沉＝±0.5mm時(shí)，則在1測站上測定高差的中誤差為：（4-90）式中m沉——沉降觀察中誤差；μ——從已知水準(zhǔn)點(diǎn)到最遠(yuǎn)標(biāo)志測定高差平均差值的權(quán)導(dǎo)數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)，當(dāng)儀器距離標(biāo)志l＝5m時(shí)，則有mk站≤|0.05|mm（4-91）根據(jù)使用010光學(xué)經(jīng)緯儀觀察成果表明，當(dāng)l＝2~15m，α＝0°~5°時(shí)，一測回測角中誤差為±1"。采用三角高程測量法測定建筑物的沉降，在我國剛剛開始，而國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于混凝土地基、高層樓房等建筑物的沉降觀察。用基準(zhǔn)線法測定建筑物的水平位移水平位移觀察的任務(wù)是測定建筑物在平面位置上隨時(shí)間變化的移動量。當(dāng)要測定某大型建筑物的水平位移時(shí)，能夠根據(jù)建筑物的形狀和大小，布設(shè)多個(gè)形式的控制網(wǎng)進(jìn)行水平位移觀察，當(dāng)要測定建筑物在某一特定方向上的位移量時(shí)，這時(shí)能夠在垂直于待測定的方向上建立一條基準(zhǔn)線，定時(shí)地測量觀察標(biāo)志偏離基準(zhǔn)線的距離，就能夠理解建筑物的水平位移狀況。建立基準(zhǔn)線的辦法有“視準(zhǔn)線法”、“引張線法”和“激光準(zhǔn)直法”。1．視準(zhǔn)線法由經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)面形成基準(zhǔn)面的基準(zhǔn)線法，稱為視準(zhǔn)線法。視準(zhǔn)線法又分為角度變化法（即小角法）和移位法（即活動覘牌法）兩種。小角法是運(yùn)用精密光學(xué)經(jīng)緯儀，精確測出基準(zhǔn)線與置鏡端點(diǎn)到觀察點(diǎn)視線之間所夾的角度。由于這些角度很小，觀察時(shí)只用旋轉(zhuǎn)水平微動螺旋即可。設(shè)α為觀察的角度，di為測站點(diǎn)到照準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，則觀察標(biāo)志偏離基準(zhǔn)線的橫向偏差qi為：（4-92）在小角法測量中，普通采用T2型經(jīng)緯儀，角度觀察四個(gè)測回。距離di的丈量精度規(guī)定不高，以1/的精度來回丈量一次即可?；顒右椗品ㄊ侵苯舆\(yùn)用安置在觀察點(diǎn)上的活動覘牌來測定偏離值。其專用儀器設(shè)備為精密視準(zhǔn)儀、固定覘牌和活動覘牌。施測環(huán)節(jié)以下：（1）將視準(zhǔn)儀安置在基準(zhǔn)線的端點(diǎn)上，將固定覘牌安置在另一端點(diǎn)上。（2）將活動覘牌認(rèn)真地安置在觀察點(diǎn)上，視準(zhǔn)儀瞄準(zhǔn)固定覘牌后，將方向固定下來，然后由觀察員指揮觀察點(diǎn)上的工作人員移動活動覘牌，待覘牌的照準(zhǔn)標(biāo)志剛好位于視線方向上時(shí)，讀取活動覘牌上的讀數(shù)。然后再移動活動覘牌從相反方向?qū)?zhǔn)視準(zhǔn)線進(jìn)行第二次讀數(shù)，每定向一次要觀察四次，即完畢一種測回的觀察。（3）在第二測回開始時(shí)，儀器必須重新定向，其環(huán)節(jié)相似，普通對每個(gè)觀察點(diǎn)需進(jìn)行往測、返測各2~6個(gè)測回。2．引張線法引張線法是在兩固定端點(diǎn)之間用拉緊的金屬絲作為基準(zhǔn)線，用于測定建筑物水平位移。引張線的裝置由端點(diǎn)、觀察點(diǎn)、測線（不銹鋼絲）與測線保護(hù)管四部分構(gòu)成。在引張線法中假定鋼絲兩端固定不動，則引張線是固定的基準(zhǔn)線。由于各觀察點(diǎn)上之標(biāo)尺是與建筑物體固定連接的，因此對于不同的觀察周期，鋼絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)變化值，就是該觀察點(diǎn)的水平位移值。引張線法慣用在大壩變形觀察中，引張線安置在壩體廊道內(nèi)，不受旁折光和外界影響，因此觀察精度較高，根據(jù)生產(chǎn)單位的統(tǒng)計(jì)，三測回觀察平均值的中誤差可達(dá)0.03mm。3．激光準(zhǔn)直法激光準(zhǔn)直法可分為兩類：第一類是激光束準(zhǔn)直法。它是通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)射激光束，在需要準(zhǔn)直的觀察點(diǎn)上用光電探測器接受。由于這種辦法是以可見光束替代望遠(yuǎn)鏡視線，用光電探測器探測激光光斑能量中心，因此慣用于施工機(jī)械導(dǎo)向的自動化和變形觀察。第二類是波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，波帶板是一種特殊設(shè)計(jì)的屏，它能把一束單色相干光會聚成一種亮點(diǎn)。波帶板激光準(zhǔn)直系統(tǒng)由激光器點(diǎn)光源、波帶板裝置和光電探測器或自動數(shù)碼顯示屏三部分構(gòu)成。第二類辦法的準(zhǔn)直精度高于第一類，可達(dá)10-6~10-7以上。用前方交會法測定建筑物的水平位移在測定大型工程建筑物（例如塔形建筑物、水工建筑物等）的水平位移時(shí)，可運(yùn)用變形影響范疇以外的控制點(diǎn)用前方交會法進(jìn)行。如圖4-211所示，1，2點(diǎn)為互不通視的控制點(diǎn)，T1為建筑物上的位移觀察點(diǎn)。由于γl及γ2不能直接測量，為此必須測量連接角γ'1及γ'2，則γl及γ2通過計(jì)算能夠求得：圖4-211式中α——對應(yīng)方向的坐標(biāo)方位角。為了計(jì)算T1點(diǎn)的坐標(biāo)，現(xiàn)以點(diǎn)1為獨(dú)立坐標(biāo)系的原點(diǎn)，1-2點(diǎn)的連線為y軸，則T1點(diǎn)的初始坐標(biāo)按下式計(jì)算：或通過整頓得：同理，根據(jù)式（4-95）能夠?qū)懗龅趇個(gè)測回建筑物位移觀察點(diǎn)Ti的坐標(biāo)公式：用后方交會法測定建筑物的水平位移建筑物的平面位移觀察，在我國用于水利工程上較多，例如大壩、護(hù)坡、護(hù)岸等工程。位移觀察的辦法諸多，有方向線法、三角測量法、綜合測量法，尚有視準(zhǔn)線法、引張線法，正、倒垂線法等等。在上一節(jié)我們介紹了用角度前方交會法測定建筑物的水平位移，本節(jié)我們將介紹用后方交會法測定建筑物的水平位移。為了測定單體建筑物的水平位移，可在被測建筑物本體上設(shè)立測站，規(guī)定測站標(biāo)志必須和建筑物連成一種整體。在建筑物周邊，固然應(yīng)在變形范疇之外，尋找4~5個(gè)固定方向，規(guī)定測站點(diǎn)和觀察點(diǎn)都有強(qiáng)制歸心設(shè)備，以克服偏心誤差的影響。常見的對中裝置有下列三種：1．三叉式對中盤：如圖4-212所示，盤上銑出三條輻射形凹槽，三條凹槽夾角為120°，對中時(shí)必須先把基座的底板卸掉，將三只腳螺旋尖端安放在三條凹槽中后，經(jīng)緯儀就在對中盤上定位了。圖4-212三叉式對中盤2．點(diǎn)、線、面式對中盤：如圖4-213所示，盤上有三個(gè)小金屬塊，分別是點(diǎn)、線、面?！包c(diǎn)”是金屬塊上有一種圓錐形凹穴，腳螺旋尖端對準(zhǔn)放上去后即不可移動；“線”是金屬塊上，有一條線形凹槽，腳螺旋尖端在凹槽內(nèi)能夠沿槽線移動。第三塊是一種平面，腳螺旋尖端在上面有二維自由度，當(dāng)腳螺旋間距與這三個(gè)金屬塊間距大致相等時(shí)，儀器能夠在對中盤上精確就位。圖4-213點(diǎn)、線、面式對中盤3．球、孔式對中裝置：如圖4-214所示，固定在標(biāo)志體上的對中盤上有一種圓柱形的對中孔，另有一種對中球（或圓柱）通過螺紋能夠旋在基底的底板下，對中球外徑與對中孔的內(nèi)徑匹配，旋上對中球的測量儀器通過球、孔接口，能夠精確地就位于對中盤上。圖4-214球、孔式對中裝置儀器和觀察標(biāo)志都設(shè)立強(qiáng)制歸心設(shè)備之后，即可在測站上進(jìn)行多次后方交會觀察，這樣定時(shí)地觀察若干組觀察值，在假定原有固定方向的位置沒有變化的狀況下，根據(jù)幾組觀察成果，能夠推算出本測站的平面位移量。用后方交會法測定建筑物平面位移的基本原理以下：如圖4-215所示，A為動點(diǎn)，即待測