山东理工大学图书馆沉降观测方案设计(编辑修改稿)

山东理工大学图书馆沉降观测方案设计(编辑修改稿)内容摘要：

方案是沉降变形观测的第一步，也是非常重要的一项工作，因为它影响到观测的成本以及成果的精度和可靠性，因此，必须认真仔细的进行设计。 （ 2） 利用 Microft Excel 电子表格处理软件代替传统手工进行沉降观测数据的整理、计算和汇总的方法和步骤，以期使观测人员从大量的、重复性的工作中解脱出来。 （ 3） 建筑物沉降在现实生活中是一个普遍现象，但不均匀沉降会对建筑物造成不良影响甚至危害，本文针对一些常见的不均匀沉降现象，从建筑、结构、施工三方面研究了不均匀沉降对建筑物的影响及防治措施。 第二章 变形观测的基本理论 8 第二章 变形观测的基本理论 建筑物的变形有很多种，比如倾斜、位移、裂缝等等，但是为什么会产生这些变形呢。 引起建筑物变形的原 因较多，但最主要的原因有以下三点： ，即建筑物地基的工程地质条件、水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度等因素引起建筑物变形。 如：由于基础的地质条件不同，引起建筑物各个部分不均匀沉降，而使其发生倾斜、位移、裂缝等变形；或由于地基本身的塑性变形也会引起建筑物不均匀沉降；同时由于温度与地下水位的季节性和周期性变化引起建筑物的规律性变形。 ，即建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载（如风力大小、震动强弱）等引起建筑物变形。 要减弱这方面变形的影响，往往通过 优化设计方案来实现。 ，或由于周围环境影响而产生额外的变形。 例如：在高大建筑物周围进行深基坑开挖，就会对其原有建筑物产生一个额外的变形。 当然这些引起变形的因素是相互联系、相互作用的，对建筑物往往是共同作用的，只是不同时间段，不同因素的作用强弱不同而已。 在高层建筑物施工过程中和使用初期，由于荷载的不断变化以及外力的影响，会引起建筑物下沉，当建筑物各部分不均匀沉降时，就会导致建筑物产生倾斜、位移、裂缝等变形，从而影响到建筑物的正常使用并伴随着安全隐患，因此，在 施工和营运期间加强变形观测过程控制并采取适当的安全措施十分必要。 变形监测中一项重要的内容就是沉降观测。 一、建筑物变形的类型划分： 建筑物变形分静态变形和动态变形两种。 前者指其变形值是时间的函数；后者是在外力作用下产生的变形，其变形值是以外力的函数来表示的动态系统对于某一时刻的变化，其观测结果表示建筑物在某一时刻的瞬时变形。 例如：我们在爆破某一建筑物时，对周围建筑物在爆破瞬间产生的变形即为动态变形，而在爆破之后的某一段时间内的变形则属于静态变形。 两种类型相互作用，共同影响。 二、建筑物变形观测的方法： 第二章 变形观测的基本理论 9 1. 常规测量方法 包括精密水准测量、三角高程测量、三角 （ 边 ） 测量、导线测量、交会法等。 测量仪器主要有（光学、电子 ） 经纬仪、 （ 光学、电子 ） 水准仪、电磁波测距仪以及全站仪等。 这类方法的测量精度高，应用灵活，适用于不同变形体和不同的工作环境。 2. 摄影测量方法 该法不需接触被监测的工程建筑物，摄影影像的信息量大，利用率高。 外业工作量小，观测时间短，可获取快速变形过程，可同时确定工程建筑物上任意点的变形。 数字摄影测量和实时摄影测量为该技术在变形观测中的应用开拓了更好的前景。 3. 特 殊测量方法 包括各种准直测量法 （ 如激光准直仪 ） 、挠度曲线测量法 （ 测斜仪观测 ） 、液体静力水准测量法和微距离精密测量法 （ 如锢瓦线尺测距仪 ） 等。 这些方法可实现连续自动监测和遥测，且相对精度高，但测量范围不大，提供局部变形信息。 包括甚长基线干涉测量 （ VLB1） 、卫星测高、全球定位系统 （ GPS） 等。 空间测量技术先进，可以提供大范围的变形信息，是研究地球板块运动和地壳形变等全球性变形的主要手段。 全球定位系统 （ GPS） 已成功应用于山体滑坡监测，高精度 GPS 实时动态监测系统实现了对大坝、大桥等全天候、高 频率、高精度和自动化的变形监测。 三、建筑物变形观测的特点： 1. 观测精度高 由于变形观测的结果直接关系到建筑物的安全，影响对变形原因和变形规律的正确分析，观测必须具有较高的精度。 变形观测的精度要求，取决于该工程建筑物预计允许变形值的大小和进行观测的目的。 一般来讲，如果变形观测是为了确保建筑物的安全，则测量精度应小于允许变形值的 1/101/20； 如果是为了研究变形的过程，则观测精度还应更高。 2. 重复观测量大 建筑物由于各种原因产生的变形都具有时间效应，计算变形量最基本的方法是计算建筑物上同一点在不同 时间的坐标差和高程差。 这就要求变形观测必须依一定的时间周期进行重复观测。 重复观测的频率取决于观测的目的、预计的变形量大小和变形速率。 通常要求观测的次数，既能反映出变化的过程，又不遗漏变化的时刻。 第二章 变形观测的基本理论 10 3. 数据处理严密 建筑物的变形一般都较小，甚至与观测精度处在同一个数量级 ； 同时重复观测的数据量较大。 要从大量数据中精确提取变形信息，必须采用严密的数据处理方法。 数据处理的过程也是进行变形分析和预报的过程。 物体的变形是通过监测点的位置移动来反映的。 这种移动分为绝对位移和相对位移， 在大多数情况下我们研究的都是相对位移，既然是相对位移，就要涉及参考基准的选取和统一的问题。 监测网的基准应根据网的实际情况灵活选取。 一般地，如果变形监测网中存在若干个固定点（有多余起算数据），最好采用固定基准并做间接平差，以此基准求得的位移量属绝对位移。 这也是变形监测者最希望看到的情况。 但如果变形监测网中不存在多余起算数据 ， 即自由监测网 ， 选取基准前首先要对网中监测点的稳定情况进行综合分析 ， 然后才能确定基准 ， 其一般原则为： 1. 如果自由网中存在不动点，最好采用固定基准，它有坚实的稳定基础。 这种情况实际上也是 存在的。 例如，滑坡观测，测站点相对变形点在许多场合可以认为是完全不动的。 这种网相应的可采用经典平差。 2. 如果自由网中存在着一部分点相对另一部分是稳定点，但实际上它们不是固定不变的，则采用拟稳基准，相应的采用拟稳平差。 这样对变形点而言，也有了较稳定的基础，这种情况在实际中遇到的较多，当然要确定网中哪些点较稳定也并不是一件容易的事，要进行稳定点分析的研究。 3. 如果自由网中各点都是变形点，即它们都是非固定不变的稳定点，根据观测数据和形变点情况分析，认为它们是等概率形变的 ， 在这种情况下 ， 采用重心基准 ， 相应的 采用伪逆平差最为合适。 但这种方法缺乏稳定基础 ， 而且重心基准与网形大小有关。 在上述自由网三种基准的选取中 ， 难点就在于如何对网中点的稳定性作出合理判断 ， 现在比较常用的是平均间隙法 （ 1971 年德国测量学者 Pelzer 提出 ） ，其基本思想是 ： 先对监测网进行整体检验 ， 如果通过检验 ， 则认为所有的参考点是稳定的。 否则就利用“尝试法”依次去掉不稳定点。 直到整体检验通过为止。 当然还有一些其他的方法 ， 例如 ： t 检验法、变形椭圆法、分块间隙法等。 一般在判断点的稳定性时都采用两种以上方法进行对照分析 ， 以提高结果的可靠性。 不同的参 考基准将给出不同的位移值 ： 采用固定基准所得到的位移值是相对固定点的变化量 ； 采用拟稳基准所得到的位移值是相对拟稳点的重心的变化量 ；第二章 变形观测的基本理论 11 采用重心基准所得到的位移值是相对网的重心的变化量。 例如 ： 设有水准监测网如图 231 所示 ， 两期的高差观测值见表 231。 图 231 水准监测网图示 表 231 两期观测高差（ m） h1 h2 h3 h4 h5 h6 h7 第一期 第二期 现分别以固定基准、拟稳基准和重心基准对该网相应的进行经典平差、拟稳平差和伪逆平差。 经典平差以点 1 为不动点 ， 拟稳平差以点 1， 2 和 4 为稳定点 ，但要注意所取的两期平差的高程近似值必须相同。 经计算求得的两期在不同基准下的变化量见表 232。 表 232 两期在不同基准下的变化量（ m） 基准 1 2 3 4 5 6 固定基准 0 重心 基准 拟稳基准 从此例可以看出 ， 在不同基准下求得的结果相差很大。 所以说 ， 如果在各期观测数据中采用不同的基准的话 ， 得到的结果是相对于不同基准而言的 ， 它们不第二章 变形观测的基本理论 12 具有可比性 ， 因此求得的位移值也是不符合实际情况的。 这就要求我们在作变形分析时 ， 一定要设定统一的参考基准。 一般的 ， 变形监测网的网形在变形观测过程中是保持不变的 ， 这时只要根据实际情况采用统一的基准计算分析就可以了 ， 但有时监测网点会因为环境或人为的原因产生移动或丢失 ， 或因需要又增设若干个点 ， 致使两期的网形不同 ， 当出现这种情况时 ， 我们要特别注意两期的平差基准是否统一。 如果不统一 ， 就需要作一些特殊的处理使其统一。 依据建筑物变形的主要原因及其类型的划分进而对变形观测的过程进行详细的策划。 变形观测策划输入包括： （ 1）业主要求变形观测所能提供的信息； （ 2）国家规范； （ 3）以前类似建筑物的变形观测方案； （ 4）观测对象所在地的地质条件及周围环境； （ 5）施工进度计划。 1. 变形观测具体方案内容 （策划的输出） （ 1）建筑物变形观测的类型：沉降观测、倾斜观测（垂直度观测）、位移观测、裂缝观测。 （ 2）不同变形观测的精度与方法 变形观测的精度取决于该工程设计的允许变形值大小和进行观测的目的。 在工业与民用建筑的变形观测中，由于其主要观测内容为基础的沉降和主体倾斜，其观测精度应根据建筑物基础的允许沉降值、允许倾斜度和允许相对弯矩来决定。 同时还应考虑沉降速度的影响。 在国际测量工作者联合会（ FIG）第十三届会议中规定： “当观测目的是为了使其变形观测精度中误差应小于允许变形值的1/10～ 1/20”。 在我国 ，对于不同内容的变形观测，其精度要求在测量规范中均有明确规定。 不同等级，不同精度的变形观测，所采用的观测方法也不相同。 这样，观测精度决定采用何种观测方法，而观测方法的选用必须确保观测精度的实现，并尽可能简单。 （ 3）变形观测的频率 变形观测的频率或次数取决于变形值的大小，变形速度快慢和观测目的。 通常要求观测的次数既能反映出变化过程，又不遗漏变化的时刻，在施工过程中，待埋设的观测点稳定后进行第一次全面观测，以后对于高层建筑物每增加一层应第二章 变形观测的基本理论 13 观测一 次，直至稳定。 其他建筑物观测的总次数不少于五次。 竣工后的观测频率一般为第一年每季度观测一次；第二年，每半年观测一次，以后每年观测一次。 当遇到特殊情况时，还应进行临时紧急观测。 值得注意的是，在整个变形观测期间要按时、按规定、按设计要求进行，以便取得完整可靠的第一手原始资料，确保观测精度，并对观测结果进行正确的变形分析。 （ 4）对测量人员及测量仪器的要求 测量人员必须精通测量专业知识，以便有效实施所策划的变形观测方案。 测量仪器必须满足相应的精度要求，且在使用前须使各项计量特性得到确认。 （ 5）变形观测点的 布设 变形观测结果的准确性以及其数据能否正确反映出建筑物的实际变形，与其变形观测点布设是否合理、全面有直接关系。 下面以沉降观测点的布设为例： 每个工程应当在施工作业范围外至少埋设三个水准点，并确保不受施工影响。 每次在进行沉降观测前，须检验水准点的稳定性，只有稳定的水准点方可作为沉降观测的基准点。 沉降观测点的布设应遵循以下原则： ① 通常在建筑物的四角点、中点、转角处等能反映变形特征和变形明显的部位布设沉降观测点，点间距一般为 10～ 20m。 ② 对于设有后浇带及施工缝的建筑物，还应在其两侧布设沉降观测 点； ③ 对于新建建筑物与原有建筑物的连接处，应在其两侧的承重墙或支柱上布设沉降观测点； ④ 对于一些大型工业厂房，除按上述原则布设沉降观测点外，还应在大型设备四周的承重墙或支柱上布设沉降观测点。 （ 6） 观测结果的记录 对观测值按照事先设定了的记录表格进行记录，确保记录完整、准确、可靠。 变形观测成果的整理与分析 欲使变形观测真正成为工程施工和营运管理的耳目 ，确保安全施工和充分发挥工程效益的作用，除了取得现场观测的第一手资料外，还必须对观测资料进行整理与分析，并编制变形分析报告。 一 方面是观测资料的整理 ，绘制各种数据表格和变形曲线，编制说明，使其成为便于使用的成果，具体内容有： 1. 校核各项原始记录，检查每次变形观测值计算是否有误； 2. 对各种变形值按时间逐点编写观测数值表； 第二章 变形观测的基本理论 14 3. 计算绝对沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、倾斜度、垂直位移、水平位移等。 4. 绘制观测点变形过程曲线和建筑物变形分布图。 另一方面，利用变形分布图，结合观测过程中的各种因素对观测成果进行分析。 总结出建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、变形原因，并找出变形值与引起变形的内在原因和规律。 对变 形观测成果的整理与分析，可借助计算机技术采用 Excel 来实现。 反馈。