变形监测方案设计

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1、第 三 章 变 形 监 测 方 案 设 计 方 案 设 计 的 原 则 a 在 确 定 监 测 方 法 方 面 ， 充 分 考 虑 地 形 、 地 质 条 件 及 监 测 环 境 ，选 择 相 适 应 的 监 测 方 法 ， 人 工 直 接 监 测 和 自 动 监 测 相 结 合 。b 在 监 测 仪 器 选 择 方 面 ， 不 要 片 面 追 求 高 、 精 、 尖 、 多 、 全 。监 测 仪 器 一 般 应 满 足 精 度 、 可 靠 度 、 牢 固 可 靠 三 项 要 求 ， 统筹 考 虑 安 排 。c 测 点 的 布 设 不 宜 过 多 ， 但 要 保 证 观 测 质 量 。 一 般

2、 情 况 下 ， 主要 测 点 的 布 设 应 能 控 制 结 构 的 最 大 应 力 （ 应 变 ） 和 最 大 挠 度（ 或 位 移 ） 。d 各 个 不 同 的 监 测 方 案 ， 需 要 进 行 方 案 的 比 较 和 验 证 工 作 ， 使监 测 工 作 做 到 技 术 上 有 保 证 ， 经 济 上 可 行 ， 实 施 时 安 全 ， 数据 上 可 靠 ， 特 别 要 强 调 的 是 应 避 免 “ 唯 武 器 论 ” ， 单 方 面 追求 高 精 度 、 自 动 化 、 多 参 数 ， 脱 离 工 程 实 际 需 要 的 监 测 方 案 。 3.1监 测 内 容 监 测 内 容

3、的 确 定 主 要 主 要 根 据 监 测 工 程 的 性 质 和要 求 ， 在 收 集 和 阅 读 工 程 地 质 勘 察 报 告 、 施 工 组 织 计 划的 基 础 上 ， 根 据 施 工 周 围 的 环 境 确 定 变 形 监 测 的 内 容 。 如 ： 建 筑 物 的 变 形 监 测 就 可 能 包 含 建 筑 物 的 沉 降 监测 、 水 平 位 移 监 测 、 倾 斜 监 测 、 裂 缝 监 测 以 及 挠 度 监 测等 。 对 于 危 岩 滑 坡 的 成 灾 条 件 ， 变 形 监 测 则 主 要 包 括 ：危 岩 、 滑 坡 地 表 及 地 下 变 形 的 二 维 （ X、

4、Y方 向 ） 或 三 维（ X、 Y、 Z方 向 ） 位 移 、 倾 斜 变 化 的 监 测 ； 有 关 物 理 参数 应 力 应 变 、 地 声 变 化 的 监 测 ； 环 境 因 素 地 震 、降 雨 量 、 气 温 、 地 表 （ 下 ） 水 等 的 监 测 。 3.2 监 测 方 法 和 仪 器 的 选 择 变 形 监 测 方 法 和 仪 器 的 选 择 主 要 取 决 于 工 程 地 质 条 件 以 及 工 程 周围 的 环 境 条 件 ， 根 据 监 测 内 容 的 不 同 可 以 选 择 不 同 的 方 法 和 仪 器 。 选 择 仪 器 时 一 般 要 注 意1.选 择 观 测

5、 仪 器 必 须 从 监 测 实 际 情 况 出 发 ， 选 用 的 仪 器 应 能 满足 监 测 精 度 的 要 求 。2.在 选 用 仪 器 时 ， 既 要 注 意 环 境 条 件 ， 又 要 避 免 盲 目 追 求 精 度 。3.仪 器 应 该 有 足 够 的 量 程 ， 一 般 要 满 足 监 测 的 要 求 。4.一 般 说 来 ， 电 测 仪 器 的 适 应 性 不 如 机 械 仪 器 仪 表 ， 而 机 械 仪器 仪 表 的 适 应 性 又 不 如 光 学 仪 器 。 5.静 态 观 测 与 动 态 观 测 的 选 择 。 静 态 监 测 与 动 态 监 测 的 关 系 1.由

6、于 观 测 条 件 的 影 响 ， 静 态 监 测 一 般 应 避 开 阳 光 太 强 或 暴 风 雨 的恶 劣 天 气 ， 而 这 时 候 才 是 变 形 体 变 形 和 振 动 幅 度 最 明 显 的 时 候 ； 动 态 监测 是 全 天 候 的 ， 可 以 监 测 任 何 时 候 的 变 形 。 2.静 态 监 测 可 以 不 同 精 度 监 测 建 筑 物 的 不 同 部 位 ， 而 动 态 监 测 特 别是 GPS只 能 监 测 变 形 较 大 的 位 移 等 。 3.静 态 监 测 体 现 的 是 相 对 于 建 筑 物 竣 工 状 态 的 变 化 情 况 ； 而 动 态 监测 则

7、 是 在 建 筑 物 正 常 运 营 的 状 态 下 进 行 的 实 时 监 控 ， 体 现 了 在 各 种 荷 载（ 特 别 是 动 荷 载 ） 情 况 下 的 瞬 时 状 态 。 4.由 于 两 者 以 上 不 同 的 特 点 ， 故 静 态 监 测 与 动 态 监 测 可 以 相 辅 相 成 ，全 面 监 测 建 筑 物 的 运 营 状 态 ， 以 达 到 共 同 监 测 建 筑 物 安 全 的 目 的 。3.2 监 测 方 法 和 仪 器 的 选 择 3.3变 形 监 测 精 度 的 确 定 1.典 型 精 度 是 lmm或 相 对 精 度 为 10-6。2.特 种 工 程 设 备 (

8、例 如 高 能 加 速 器 ， 大 型 天 线 )， 要 求 变 形 观 测的 精 度 高 达 0.1mm。 3.滑 坡 变 形 测 定 精 度 一 般 在 10 50mm之 间 。 制 定 变 形 观 测 的 精 度 取 决 于 变 形 的 大 小 、 速 率 、 仪 器 和 方 法 所能 达 到 的 实 际 精 度 ， 以 及 观 测 的 目 的 等 。 国 际 测 绘 工 作 者 联 合 会（ FIG） 第 13届 会 议 （ 1971年 ） 指 出 为 确 保 建 筑 物 的 安 全 ， 则 其 观 测的 误 差 应 小 于 允 许 变 形 值 的 1 10-1 20； 如 果 是 为

9、 了 研 究 变 形 的 过程 ， 则 其 误 差 应 比 上 面 这 个 数 值 小 得 多 ， 甚 至 应 采 用 目 前 测 量 手 段和 仪 器 所 能 达 到 的 最 高 精 度 。 大 坝 变 形 观 测 典 型 精 度 观 测 内 容 沉 降 量 /mm 水 平 位 移 /mm基 岩 上 的 混 凝 土 坝 1 1压 缩 土 上 的 混 凝 土 坝 2 2土 坝 的 施 工 期 间 10 5 10土 坝 的 运 营 期 间 5 3 5滑 坡 监 测 的 精 度 要 求类 型 水 平 位 移 监 测的 点 位 中 误 差（ mm） 垂 直 位 移 监 测的 高 程 中 误 差（ m

10、m） 地 表 裂 缝 的 观测 中 误 差 （ mm）岩 质 滑 坡 6.0 3.0 0.5 土 质 滑 坡 12 10 5 3.3变 形 监 测 精 度 的 确 定 建 筑 变 形 测 量 的 级 别 、 精 度 指 标 及 适 用 范 围变 形 测量 等 级 沉 降 观 测 位 移 观 测 主 要 适 用 范 围观 测 点 测 站 高 差 中误 差（ mm） 观 测 点 坐 标 中误 差（ mm）特 级 0.05 0.30 特 高 精 度 要 求 的 特 种 精 密 工 程 的 变 形测 量一 级 0.15 1.0 地 基 基 础 设 计 为 甲 级 的 建 筑 的 变 形 测量 ； 重

11、要 的 古 建 筑 和 特 大 型 市 政 桥 梁等 变 形 测 量 等二 级 0.50 3.0 地 基 基 础 设 计 为 甲 、 乙 级 的 建 筑 的 变形 测 量 ； 场 地 滑 坡 测 量 ； 重 要 管 线 的变 形 观 测 ； 地 下 工 程 施 工 及 运 营 中 变 形 测 量 ； 大 型 市 政 桥 梁 变 形 测 量 等三 级 1.50 10.0 地 基 基 础 设 计 为 乙 、 丙 级 的 变 形 测 量 ；地 表 、 道 路 及 一 般 管 线 的 变 形 测 量 ；中 小 型 市 政 桥 梁 变 形 测 量 等 3.3变 形 监 测 精 度 的 确 定 例 1 某

12、 建 筑 物 为 框 架 结 构 ， 基 础 土 层 为 高 压 缩 性 土 ， 相 邻 两 沉 降 观 测点 (埋 设 在 柱 基 上 )的 距 离 =8m， 建 筑 物 的 倾 斜 不 允 许 超 过 3 求 任 一 观测 点 高 程 中 误 差 。解 ： 由 于 建 筑 物 地 基 上 两 点 差 异 沉 降 量 允 许 值 为而 一 般 观 测 误 差 为 变 形 量 的 1/10，故 m差 =2.4mm而 hi=HB-HA 为 两 点 高 程 之 差 故 ： hmm 2 Hh mm 2mH=m /2=1.2mm所 以 )(248003.0003.0 mml 因 差 异 量 为 两 次

13、 高 差 之 差 =h1-h2 8m 3.3变 形 监 测 精 度 的 确 定 3.4 监测部位和测点布置的确定一 、 变 形 监 测 的 测 量 点 分 类 变 形 监 测 的 测 量 点 ， 一 般 分 为 基 准 点 、 工 作 基 点 和 变 形 观 测 点 3类 。 1. 基 准 点 基 准 点 是 测 定 工 作 基 点 和 变 形 点 的 依 据 。 基 准 点 的 通 常 埋 设 在 稳 固 的 基 岩 上 或 变 形 区 域 以 外 ， 长 期 保 存 稳 定 不 动 。 一 般 应 建 立 至 少 3个 基 准 点 ， 以 便 相 互 检 校 ， 确 保 坐 标 系 统 的

14、 统 一 。 应 采 用 带 有 强 制 归 心 装 置 的 观 测 墩 ， 垂 直 位 移 基 准 点 宜 采 用 双 金 属 标 或 钢 管 标 。 变 形 监 测 中 设 置 的 基 准 点 应 定 期 复 测 ， 并 对 其 稳 定 性 进 行 分 析 。 观测墩浇筑3.4 监测部位和测点布置的确定 观测墩形式3.4 监测部位和测点布置的确定 水平位移监测基准点3.4 监测部位和测点布置的确定 3.4 监测部位和测点布置的确定2. 工 作 基 点 现 场 设 置 可 以 直 接 观 测 变 形 点 并 且 相 对 稳 定 的 测 量 控 制 点 即 工 作 基 点 。 工 作 基 点

15、宜 采 用 带 有 强 制 归 心 装 置 的 观 测 墩 ， 垂 直 位 移 监 测 工 作 基 点 可采 用 钢 管 标 。 对 通 视 条 件 较 好 的 小 型 工 作 ， 可 不 设 工 作 基 点 。 在 基 准 点 上 直 接 观 测 变 形 观 测 点 。 工 作 基 点 要 求 观 测 期 间 保 持 点 位 稳 定 ，其 点 位 由 基 准 点 定 期 检 测 。 3.4 监测部位和测点布置的确定3. 变 形 观 测 点 变 形 观 测 点 是 直 接 布 设 在 变 形 体 上 的 敏 感 位 置 能 反 映 建 筑 物 变形 特 征 的 测 量 点 ， 又 称 观 测

16、点 。 设 立 在 能 反 映 监 测 体 变 形 特 征 的 位 置 或 监 测 断 面 上 。 需 要 时 ，还 应 埋 设 一 定 数 量 的 应 力 、 应 变 传 感 器 。 变 形 观 测 点 布 设 后 ， 应 在 稳 定 后 方 可 开 始 观 测 ， 一 般 不 宜 少 于15天 。 变 形 部 位 和 测 点 布 置 原 则 ：1 在 满 足 监 测 目 的 前 提 下 ， 测 点 数 量 和 布 置 必 须 是 充 分 的 、 足 够 的 ；同 时 测 点 宜 少 不 宜 多 ， 不 能 盲 目 设 置 测 点 。2 测 点 的 位 置 必 须 具 有 代 表 性 ， 以

17、 便 于 分 析 和 计 算 。 主 要 测 点 的 布 设应 能 反 映 结 构 的 最 大 应 力 （ 应 变 ） 和 最 大 挠 度 （ 或 位 移 ） 。3 测 点 的 布 置 对 观 测 工 作 应 该 是 方 便 的 、 安 全 的 。4 应 该 布 置 一 定 数 量 的 校 核 性 测 点 ， 以 保 证 观 测 结 果 绝 对 可 靠 ， 另 一方 面 也 可 提 供 多 余 观 测 数 据 ， 供 分 析 时 采 用 。5 观 测 点 应 该 布 置 在 点 位 稳 定 并 能 长 期 保 存 的 地 方 ， 同 时 要 求 观 测 点与 建 筑 物 牢 固 地 结 合 在

18、 一 起 ， 这 样 观 测 点 的 变 形 量 ， 就 代 表 了 建 筑物 的 变 形 。 3.4 监测部位和测点布置的确定 变 形 监 测 平 面 网 是 小 型 的 、 专 用 的 、高 精 度 的 。 通 常 由 三 种 点 、 两 种 等 级的 网 组 成 ： 1 基 准 点 。 2， 工 作 点 。 工 作 点 与 基 准 点 构 成 变形 监 测 的 首 级 网 。 3 变 形 监 测 点 。 变 形 监 测 点 与 工 作点 组 成 次 级 网 。 4. 变 形 监 测 网3.4 监测部位和测点布置的确定 3.5 变形监测频率的确定 1.变 形 监 测 的 频 率 取 决 于

19、 变 形 的 大 小 、 速 度 以 及 观 测 的目 的 。 2.通 常 ， 在 工 程 建 筑 物 建 成 初 期 ， 变 形 的 速 度 比 较 快 ，因 此 观 测 频 率 也 要 大 一 些 。 经 过 一 段 时 间 后 ， 建 筑 物 趋于 稳 定 ， 可 以 减 少 观 测 次 数 ， 但 要 坚 持 定 期 观 测 。 3.对 于 周 期 性 的 变 形 ， 在 一 个 变 形 周 期 内 至 少 应 观 测 两次 。 一 个 周 期 所 有 的 工 作 必 须 在 所 允 许 的 时 间 间 隔 内 完成 ， 否 则 将 歪 曲 目 标 点 坐 标 值 。 3.6 综合变形

20、监测系统 在 坝 顶 、 1号 和 3号 廊 道 内 设 置 了 激 光 准 直 系 统 ；在 1号 和 3号 廊 道 中 还 分 别 进 行 了 “ 引 张 线 法 ” 和 “ 测 小 角 法 ” 在 主 坝 段 埋 设 了 3条 倒 锤 ， 用 于 测 定 大 坝 的 挠 度 。在 主 坝 的 下 游 ， 设 计 了 一 个 变 形 观 测 参 考 网 ， 参 考 网 以 一 等 三 角 测 量精 度 观 测 (角 度 测 量 中 误 差 为 土 0.5)， 从 参 考 网 点 用 前 方 交 会 法 测 定大 坝 下 游 面 上 目 标 点 的 位 移 。用 精 密 水 准 测 量 测

21、定 坝 和 基 础 的 沉 陷 以 及 基 础 的 倾 斜另 外 ， 还 在 底 层 廊 道 中 设 置 了 静 力 水 准 测 量 网 ， 可 以 和 几 何 水 准 测 量成 果 互 相 校 核 。 3.6 变 形 网 设 计变 形 监 测 控 制 网 的 原 则 :1.变 形 监 测 网 应 为 独 立 控 制 网 。2.变 形 监 测 控 制 点 埋 设 的 位 置 最 好 能 选 在 沉 降 影 响 范 围 之 外 ，又 要 考 虑 不 能 将 基 准 点 处 于 网 的 边 缘 。3.布 网 图 形 应 与 变 形 体 的 形 状 相 适 应 。4.要 考 虑 哪 些 点 位 在

22、特 定 方 向 上 的 精 度 要 求 要 高 一 些 ， 应 有 所侧 重 。5.由 于 边 短 ， 所 以 要 尽 可 能 减 少 测 站 和 目 标 的 对 中 误 差 。6.测 站 点 应 建 造 具 有 强 制 对 中 器 的 监 测 墩 ， 用 以 安 置 测 角 仪 器和 测 距 仪 。 控制网 3.6 变 形 网 设 计 工 程 控 制 网 布 网 的 目 的 是 为 了 保 证 工 程 的 各 个 部 位 能 处 在 一 定 的 相 互 关 系当 中 。 衡 量 控 制 网 等 级 的 一 个 重 要 指 标 就 是 网 的 最 弱 边 。 变 形 网 布 网 的 目 的 是

23、 为 了 测 定 网 点 的 变 形 ， 而 网 点 之 间 的 相 对 精 度 则 不 是主 要 的 。 由 于 布 网 的 目 的 不 同 ， 影 响 网 的 质 量 因 素 也 就 不 同 ， 强 调 观 测 条件 相 同 。1.布 网 的 目 的 不 同与 工 程 控 制 网 相 比 变 形 网 的 特 点 ： 3.6 变 形 网 设 计 工 程 控 制 网 布 网 时 ， 网 点 的 选 择 一 般 是 对 网 形 要 求 较 高 ， 网 点 之 间 构 成的 图 形 要 规 则 ， 最 好 是 等 边 三 角 形 。 而 变 形 网 则 完 全 根 据 变 形 测 量 的 需 要

24、来 布 设 网 点 ， 主 要 强 调 点 位 稳 定 。2.布 网 的 原 则 不 同 3.变 形 网 的 多 余 观 测 多 变 形 网 图 形 复 杂 ， 多 余 观 测 多 。 工 程 控 制 网 平 差 时 既 可 以按 条 件 平 差 ， 也 可 以 按 间 接 平 差 。 而 变 形 网 由 于 图 形 复 杂 ，变 形 网 一 般 采 用 间 接 平 差 进 行 平 差 。 3.6 变 形 网 设 计 变 形 测 量 网 的 边 长 一 般 在 几 百 米 ， 最 多 1km 左 右 ， 即 使是 专 用 于 地 震 监 测 的 变 形 监 测 网 边 长 也 多 在 1km 左 右 ，但 观 测 往 往 是 按 国 家 一 、 二 等 精 度 要 求 进 行 ， 或 采 用 最先 进 的 仪 器 。 而 高 精 度 仪 器 主 要 集 中 在 地 震 部 门 和 水 电部 门 ， 目 前 这 些 先 进 的 仪 器 也 主 要 用 于 变 形 监 测 。4.变 形 网 边 短 ， 精 度 高5.变 形 网 可 以 没 有 已 知 数 据 3.6 变 形 网 设 计 工程实例