第14章 建筑物变形观测和竣工总平面图编绘

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测 量 学第14章 建筑物变形观测 14章 和竣工总平面图编绘

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14.1 建筑物变形观测概述 . 随着建筑物修建， 随着建筑物修建，建筑物的基础和地基所 承受的荷载不断增加， 承受的荷载不断增加，从而引起基础及其四周 地层变形， 地层变形，而建筑物本身固基础变形及外部荷 载与内部应力的作用，也要发生变形。 载与内部应力的作用，也要发生变形。这种变 形在一定范围内，可视为正常现象， 形在一定范围内，可视为正常现象，但超过某 一限度就会影响建筑物的正常使用， 一限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还 会危及建筑物的安全。为了建筑物的安全使用， 会危及建筑物的安全。为了建筑物的安全使用， 研究变形的原因和规律，为建筑物的设计、 研究变形的原因和规律，为建筑物的设计、施 管理和科学研究提供可靠的资料， 工、管理和科学研究提供可靠的资料，在建筑 物的施工和运行管理期间需要进行建筑物的变 形观测。 形观测。2

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1. 建筑物变形的方式 包括建筑物的沉降、倾斜、裂缝和平移。 包括建筑物的沉降、倾斜、裂缝和平移。 2. 建筑物变形观测的任务 周期性地对设置在 建筑物变形观测的任务:周期性地对设置在 建筑物上的观测点进行重复观测， 建筑物上的观测点进行重复观测，求得观测点 位置的变化量。 位置的变化量。 3.影响建筑物变形观测的主要因素 观测点的 影响建筑物变形观测的主要因素:观测点的 影响建筑物变形观测的主要因素 布设、观测的精度与频率。 布设、观测的精度与频率。

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1)变形观测的精度要求，取决于该建筑物预 变形观测的精度要求， 变形观测的精度要求 计的允许变形值的大小和进行观测的目的。 计的允许变形值的大小和进行观测的目的。 如观测的目的是为了确保建筑物的安全， 如观测的目的是为了确保建筑物的安全，使 变形值不超过某一允许的数值， 变形值不超过某一允许的数值，则观测的中误 差应小于允许变形值的1/ ~ / 。例如， 差应小于允许变形值的 /10~l/20。例如， 设计部门允许某大楼顶点的允许偏移值为 120mm,以其1/20作为观测中误差 120mm,以其1/20作为观测中误差，则观测 作为观测中误差， 精度为m ± 精度为 =±6mm。 。 如果观测目的是为了研究其变形过程， 如果观测目的是为了研究其变形过程，则中 误差应比这个数小得多。通常， 误差应比这个数小得多。通常，从实用目的出 对建筑物的观测应能反映1~ 发，对建筑物的观测应能反映 ~2mm的沉降 的沉降 量。4

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2)观测的频率决定于变形值的大小和变 观测的频率决定于变形值的大小和变 形速度，以及观测目的。 形速度，以及观测目的。 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。 过程，又不遗漏变化的时刻。一般在施工 过程中观测频率应大些，周期可以是三天、 过程中观测频率应大些，周期可以是三天、 七天、半月等，到了竣工投产以后， 七天、半月等，到了竣工投产以后，频率 可小一些，一般有一个月、两个月、 可小一些，一般有一个月、两个月、三个 半年及一年等周期。 月、半年及一年等周期。除了按周期观测 以外，在遇到特殊情况时， 以外，在遇到特殊情况时，有时还要进行 临时观测。 临时观测。5

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14.2 建筑物沉降观测 . 建筑物沉降观测是用水准测量的方法， 建筑物沉降观测是用水准测量的方法，周期性地观测 建筑物上的沉降观测点和水准基点之间的高差变化值。 建筑物上的沉降观测点和水准基点之间的高差变化值。 14.2.1 水准基点和沉降观测点的布设 . . (1)水准基点的布设 ) 水准基点是沉降观测的基准， 水准基点是沉降观测的基准，因此它的构造与埋设必须 保证稳定不变和长久保存。 保证稳定不变和长久保存。水准基点应埋设在建筑物沉 降影响范围之外，距沉降观测点20~ 降影响范围之外，距沉降观测点 ~100m,观测方便， ,观测方便， 且不受施工影响的地方。为了互相检核， 且不受施工影响的地方。为了互相检核，水准基点最少 应布设三个。对于拟测工程规模较大者， 应布设三个。对于拟测工程规模较大者，基点要统一布 设在建筑物周围，便于缩短水准路线，提高观测精度。 设在建筑物周围，便于缩短水准路线，提高观测精度。 是水准基点的一种形式， 图14.1是水准基点的一种形式，在有条件的情况下，基 是水准基点的一种形式 在有条件的情况下， 点可筑在基岩或永久稳固建筑物的墙角上。 点可筑在基岩或永久稳固建筑物的墙角上。 城市地区的沉降观测水准基点可用二等水准与城市水 准点连测。也可以采用假定高程。 准点连测。也可以采用假定高程。 6

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(2)沉降观测点的布设 ) 沉降观测点应布设在最有代表性的地点， 沉降观测点应布设在最有代表性的地点，埋 设时要与建筑物联结牢靠， 设时要与建筑物联结牢靠，使观测点的变化能 真正反映建筑物的沉降情况。对于民用建筑， 真正反映建筑物的沉降情况。对于民用建筑， 通常在它的四角点、中点、转角处布设观测点； 通常在它的四角点、中点、转角处布设观测点

; 沿建筑物的周边每隔10~ 布置一个观测点； 沿建筑物的周边每隔 ~20m布置一个观测点； 布置一个观测点 设有沉降缝的建筑物，在其两侧布设观测点； 设有沉降缝的建筑物，在其两侧布设观测点； 对于宽度大于15m的建筑物，在其内部有承重 对于宽度大于 的建筑物， 的建筑物 墙和支柱时，应尽可能布设观测点。对于一般 墙和支柱时，应尽可能布设观测点。 的工业建筑，除了在转角、 的工业建筑，除了在转角、承重墙及柱子上布 设观测点外，在主要设备基础、 设观测点外，在主要设备基础、基础形式改变 地质条件改变处也应布设观测点。 处、地质条件改变处也应布设观测点。7

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沉降观测点的埋设形式如图14.2和图 和图14.3 沉降观测点的埋设形式如图 和图 所示。 )、(b) 所示。图14.2(a)、 )分别为承重墙和 ( )、 柱上的观测点， 为基础上的观测点。 柱上的观测点，图14.3为基础上的观测点。 为基础上的观测点

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14·2·2 沉降观测 对中、小型厂房和建筑物， 对中、小型厂房和建筑物，可采用普通水准 测量；对大型厂房和高层建筑， 测量；对大型厂房和高层建筑，应采用精密水 准测量方法。 准测量方法。沉降观测的水准路线应形成闭合 线路。 线路。 与一般水准测量的区别: 与一般水准测量的区别 不同的是视线长度较短，一般不大于25m,一 不同的是视线长度较短，一般不大于 ， 次安置仪器可以有几个前视点。 次安置仪器可以有几个前视点。为了提高观测 精度，可采用“三固定”的方法(即固定人员， 精度，可采用“三固定”的方法 即固定人员， 即固定人员 固定仪器和固定施测路线、镜位与转点)。 固定仪器和固定施测路线、镜位与转点 。由于 观测水准路线较短，其闭合差一般不会超过1~ 观测水准路线较短，其闭合差一般不会超过 ~ 2mm,闭合差可按测站平均分配。 ,闭合差可按测站平均分配。9

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当埋设的观测点稳固后，即可进行第一次观测。 当埋设的观测点稳固后，即可进行第一次观测。 施工期间，一般建筑物每升高1~ 层或每增加一 施工期间，一般建筑物每升高 ~2层或每增加一 次荷载，就要观测一次。如果中途停工时间较长， 次荷载，就要观测一次。如果中途停工时间较长， 应在停工时和复工前各观测一次。 应在停工时和复工前各观测一次。发生大量沉降 或严重裂缝时， 或严重裂缝时，应进行逐日或几天一次的连续观 竣工后应根据沉降量的大小来确定观测周期。 测。竣工后应根据沉降量的大小来确定观测周期。 开始时可隔1~ 月观测一

次 月观测一次， 开始时可隔 ~2月观测一次，以每次沉降量在 5~10mm为限，否则要增加观测次数。以后随 ~ 为限，否则要增加观测次数。 为限 着沉降量的减少，再逐渐延长观测周期， 着沉降量的减少，再逐渐延长观测周期，直至沉 降稳定为止。 降稳定为止。10

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4.2.3 沉降观测的成果整理 . . (1)整理原始记录 ) 检查记录的数据和计算是否正确， 检查记录的数据和计算是否正确，精度是否 合格，然后调整闭合差， 合格，然后调整闭合差，推算各沉降观测点的 高程。 高程。 (2)计算沉降量 ) 计算各观测点本次沉降量(用各观测点本次 计算各观测点本次沉降量( 观测所得的高程减去上次观测点高程)和累计 观测所得的高程减去上次观测点高程) 沉降量(每次沉降量相加), ),并将观测日期和 沉降量(每次沉降量相加),并将观测日期和 荷载情况一并记人沉降量统计表内( 荷载情况一并记人沉降量统计表内(表14.l)。 )。11

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(3)绘制沉降曲线 ) 为了预估下一次观测点沉降的大约数值和沉降过程 是否渐趋稳定或已经稳定，可分别绘制时间--沉降量关 是否渐趋稳定或已经稳定，可分别绘制时间 沉降量关 系曲线，以及时间--荷载关系曲线 如图14.4所示。 荷载关系曲线， 所示。 系曲线，以及时间 荷载关系曲线，如图 所示 时间--沉降量关系曲线是以沉降量 为纵轴，时间t为横 沉降量关系曲线是以沉降量s为纵轴 时间 沉降量关系曲线是以沉降量 为纵轴，时间 为横 轴，根据每次观测日期和相应的沉降量按比例画出各 点位置，然后将各点连接起来， 点位置，然后将各点连接起来，并在曲线一端注明观 测点号码，构成s--t曲线图 曲线图( 测点号码，构成 曲线图(图14.4)。 )。 同理，时间--荷 同理，时间 荷 载关系曲线是 以荷载p为纵轴 为纵轴， 以荷载 为纵轴， 时间t为横轴 为横轴， 时间 为横轴， 构成p--t曲线图 构成 曲线图 (图14.4)。 )。12

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14.3 建筑物的倾斜观测 . 测定方法有两类：一类是直接测定法； 测定方法有两类：一类是直接测定法；另一 类是通过测定建筑物基础的相对沉降确定其倾 斜度。 斜度。 14·3·l 一般建筑物的倾斜观测 如图所示， 如图所示，将经纬仪安置 在离建筑物的距离大于其 高度的1.5倍的固定测站上 倍的固定测站上， 高度的 倍的固定测站上， 瞄准上部的观测点M, 瞄准上部的观测点 ，用 盘左和盘右分中投点法定 出下面的观测点N。 出下面的观测点 。13

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用同样方法， 用同样方法，在与原观测方

向垂直的另一方 向，定出上观测点P与下观测点 。相隔一段时 定出上观测点 与下观测点Q。 与下观测点 间后，在原固定测站上安置经纬仪，分别瞄准 间后，在原固定测站上安置经纬仪， 上观测点M与 ， 上观测点 与P,仍用盘左和盘右分中投点法得 N′与Q′,若N′与N、Q与Q′不重合，说明建筑物 不重合， 与 ， 与 、 与 不重合 发生了倾斜。用尺量出倾斜位移分量 A、 , 发生了倾斜。用尺量出倾斜位移分量 、 B, 然后求得建筑物的总倾斜位移量 ,即： 然后求得建筑物的总倾斜位移量 ， (14.1) ) 建筑物的倾斜度i用下式表示 用下式表示： 建筑物的倾斜度 用下式表示： 式中： 建筑物高度； α——倾斜角。 倾斜角。 式中：H —— 建筑物高度； 倾斜角14

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14·3·2 塔式建筑物的倾斜观测 当测定圆形构筑物如烟囱、水塔等的倾斜度时， 当测定圆形构筑物如烟囱、水塔等的倾斜度时， 首先须求出顶部中心对底部中心的偏心距。 首先须求出顶部中心对底部中心的偏心距。如 所示， 图14.6(a)所示，在烟囱底部横放一根水准尺， 所示 在烟囱底部横放一根水准尺， 然后在水准尺的中垂线方向上安置经纬仪。 然后在水准尺的中垂线方向上安置经纬仪。经 纬仪距烟囱的距离约为烟囱高度的1.5倍 纬仪距烟囱的距离约为烟囱高度的 倍。

烟囱顶部中心O对底 烟囱顶部中心 对底 部中心O′在 方向上 部中心 在y方向上 的偏心距为： 的偏心距为：' y1 + y1' y 2 + y 2 y = 2 215

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同法可测得在X方向上顶部中心 的偏心距为 同法可测得在 方向上顶部中心O的偏心距为： 方向上顶部中心 的偏心距为：x1 + x x2 + x x = 2 2' 1 ' 2

顶部中心对底部中心的总偏心距西和倾斜度i 顶部中心对底部中心的总偏心距西和倾斜度 可分别用式( 可分别用式(14.l)和式(14.2)的方法计算。 )和式( )的方法计算。

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14.3.3 倾斜仪观测 . . 倾斜仪一般能连续读数、 倾斜仪一般能连续读数、自动记录和数字传 又有较高的精度， 输，又有较高的精度，故在倾斜观测中应用较 多。常见的倾斜仪有水管式倾斜仪、水平摆倾 常见的倾斜仪有水管式倾斜仪、 斜仪、气泡式倾斜仪和电子倾斜仪四种， 斜仪、气泡式倾斜仪和电子倾斜仪四种，

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14.4 建筑物的裂缝与位移观测 . 14.4.l 建筑物的裂缝观测 . . 裂缝是在建筑物不均匀沉降情况下产生不容 许应力及变形的结果。当建筑物中出现裂缝， 许应力及变形的结果。当建筑物中出现裂缝， 为了安全应立即进行裂缝观测。 为了安全应立即

进行裂缝观测。 如图所示， 如图所示，用两块大小不同 的矩形薄白铁板， 的矩形薄白铁板，分别钉在 裂缝两侧，作为观测标志。 裂缝两侧，作为观测标志。 固定时， 固定时，使内外两块白铁板 的边缘相互平行。 的边缘相互平行。将两铁板 的端线相互投到另一块的表 面上。 面上。用红油漆画成两个 18 标记。 “ ”标记。

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如裂缝继续发展， 如裂缝继续发展，则铁板端线与三角形 边线逐渐离开， 边线逐渐离开，定期分别量取两组端线与 边线之间的距离，取其平均值， 边线之间的距离，取其平均值，即为裂缝 扩大的宽度， 扩大的宽度，连同观测时间一并记人手簿 此外， 内。此外，还应观测裂缝的走向和长度等 项目。 项目。 对重要的裂缝，以及大面积的多条裂缝， 对重要的裂缝，以及大面积的多条裂缝， 应在固定距离及高度设站， 应在固定距离及高度设站，进行近景摄影 测量。通过对不同时期摄影照片的量测， 测量。通过对不同时期摄影照片的量测， 可以确定裂缝变化的方向及尺寸。 可以确定裂缝变化的方向及尺寸。19

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14.4.2 位移观测 . . 位移观测是根据平面控制点测定建 (构)筑物的平面位置随时间而移动的 大小和方向。 大小和方向。 有时只要求测定建( 有时只要求测定建(构)筑物在某特 定方向上的位移量，例如大坝在水压力 定方向上的位移量， 方向上的位移量。观测时， 方向上的位移量。观测时，可在垂直于 移动方向上建立一条基线，在建( 移动方向上建立一条基线，在建(构) 筑物上埋设一些观测标志， 筑物上埋设一些观测标志，定期测量各 标志偏离基准线的距离， 标志偏离基准线的距离，就可了解建 筑物随时间位移的情况。 (构)筑物随时间位移的情况。20

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图14、11是用导线测量法查明工业厂房的位移 、 是用导线测量法查明工业厂房的位移 情况。 为施工中平面控制点 为施工中平面控制点， 为在墙上设 情况。AJ为施工中平面控制点，M为在墙上设 立的观测标志，用经纬仪测量∠ 立的观测标志，用经纬仪测量∠BAM = β,视 ， 线方向大致垂直于厂房位移的方向。 线方向大致垂直于厂房位移的方向。若厂房有 平面位移MM′,则测得∠BAM′= β′,设 β= β平面位移 ，则测得∠ , β′,则位移量 按下式计算： ,则位移量MM’按下式计算： 按下式计算

MM = AM'

β

ρ"21

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