土木工程与建筑学院第三章第三章 变形监测方案设计变形监测方案设计1 1、监测内容的确定；、监测内容的确定；2 2、监测方法、仪器和监测精度的确定；、监测方法、仪器和监测精度的确定；3 3、基准点和变形观测点布置的确定；、基准点和变形观测点布置的确定；4 4、监测周期（频率）的确定。、监测周期（频率）的确定。5 5、仪器设备及检定要求的确定。、仪器设备及检定要求的确定。6 6、观测与数据处理方法的确定、观测与数据处理方法的确定7 7、提交成果内容的确定。、提交成果内容的确定。本章主要内容土木工程与建筑学院方案设计方案设计的原则的原则 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。土木工程与建筑学院基准点、工作基点和监测点要固定；采用固定的观测路线和观测方法；使用固定的监测仪器和设备； 固定观测人员； 在基本固定的环境和条件下工作。变形监测五固定原则变形监测五固定原则土木工程与建筑学院3.1监测内容 监测内容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、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。 土木工程与建筑学院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。土木工程与建筑学院静态监测与动态监测的关系静态监测与动态监测的关系 1.由于观测条件的影响，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土木工程与建筑学院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(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1050mm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110-120；如果是为了研究变形的过程，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。 土木工程与建筑学院大坝变形观测典型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11压缩土上的混凝土坝22土坝的施工期间10510土坝的运营期间535滑坡监测的精度要求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（mm）地表裂缝的观测中误差（mm）岩质滑坡6.03.00.5土质滑坡121053.3变形监测精度的确定 土木工程与建筑学院 建筑变形测量的级别、精度指标及适用范围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0.050.30特高精度要求的特种精密工程的变形测量一级0.151.0地基基础设计为甲级的建筑的变形测量；重要的古建筑和特大型市政桥梁等变形测量等二级0.503.0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1.5010.0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 土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院例例1 1某建筑物为框架结构，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 为两次高程之差 故：mH=m/2=1.2mm所以因差异量为两点高差之差=h1-h28m3.3变形监测精度的确定 土木工程与建筑学院3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定一、变形监测的测量点分类一、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. 1. 基准点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。土木工程与建筑学院观测墩浇筑观测墩浇筑3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院观测墩形式观测墩形式3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院水平位移监测基准点水平位移监测基准点3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定2. 2. 工作基点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。土木工程与建筑学院3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定3. 3. 变形观测点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。土木工程与建筑学院变形部位和测点布置原则：1 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；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。同时测点宜少不宜多，不能盲目设置测点。2 2测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。主要测点的布设测点的位置必须具有代表性，以便于分析和计算。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）。应能反映结构的最大应力（应变）和最大挠度（或位移）。3 3测点的布置对观测工作应该是方便的、安全的。测点的布置对观测工作应该是方便的、安全的。4 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。方面也可提供多余观测数据，供分析时采用。5 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一起，这样观测点的变形量，就代表了建筑与建筑物牢固地结合在一起，这样观测点的变形量，就代表了建筑物的变形。物的变形。 3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院 变形监测平面网是变形监测平面网是小型的、专用的、小型的、专用的、高精度高精度的。通常由三种点、两种等级的。通常由三种点、两种等级的网组成：的网组成： 1 1基准点基准点。 2 2，工作点工作点。工作点与基准点构成变。工作点与基准点构成变形监测的形监测的首级网。首级网。 3 3变形监测点。变形监测点。变形监测点与工作变形监测点与工作点组成点组成次级网次级网。 4. 4. 变形监测网变形监测网3.4 监测部位和测点布置的确定监测部位和测点布置的确定土木工程与建筑学院3.53.5 变形监测频率的确定变形监测频率的确定 1.变形监测的频率取决于变形的大小、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。土木工程与建筑学院3.6 监测的预警监测的预警每一临界值由允许变化总量和单位时间允许变化量两个部分进行控制。预警值是一个定量指标，在其允许范围内可认为工程是安全的，否则认为工程处于不稳定状态，将对工程自身及其周围环境产生有害影响。确定预警值时应注意下列基本原则：目前，预警值的确定主要参照现行规范和规程的规定值、设计预估值和经验类比值，必要时还需召开专家会议讨论。例如，某基坑的周边环境的监测报警值应由主管部门提供，若主管部门没有提供，那么可根据建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009中关于基坑周边环境监测报警值的要求来确定。土木工程与建筑学院建筑基坑工程周边环境监测报警值 项目监测对象累计值变化速率(mm/d)备注绝对值倾斜1地下水位变化1000-500-2管线位移刚性管道压力1030-13直接观察点数据非压力1040-35柔性管线1040-35-3邻近建（构）筑物最大沉降1060-差异沉降-2/10000.1H/1000注：1. H-为建（构）筑物承重结构高度。 2. 第3项累计值取最大沉降和差异沉降两者的小值3.6 监测的预警监测的预警土木工程与建筑学院3.7 3.7 变形网设计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。土木工程与建筑学院控制网控制网3.7 3.7 变形网设计变形网设计土木工程与建筑学院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。1.1.布网的目的不同布网的目的不同与工程控制网相比变形网的特点：3.7 3.7 变形网设计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来布设网点，主要强调点位稳定。2.2.布网的原则不同布网的原则不同土木工程与建筑学院3.3.变形网的多余观测多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。3.7 3.7 变形网设计变形网设计土木工程与建筑学院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。4.4.变形网边短，精度高变形网边短，精度高5.5.变形网可以没有已知数据变形网可以没有已知数据3.7 3.7 变形网设计变形网设计土木工程与建筑学院3.8 综合变形监测系统综合变形监测系统 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。土木工程与建筑学院1 1 工程概况工程概况2 2 岩土工程条件及周边环境状况岩土工程条件及周边环境状况3 3 监测目的和依据监测目的和依据4 4 监测内容监测内容5 5 基准点、监测点的布置基准点、监测点的布置6 6 监测方法及精度监测方法及精度7 7 监测周期和频率监测周期和频率8 8 报警指标报警指标9 9 异常情况下的监测措施异常情况下的监测措施10 10 监测数据处理及信息反馈监测数据处理及信息反馈1111监测人员及主要仪器设备监测人员及主要仪器设备12 12 监测基本原则监测基本原则1313作业安全及其他管理制度作业安全及其他管理制度1414提交资料提交资料3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院1 1 工程概况工程概况边坡全长约390.0多米，坡高10.0m17.5m，拟支护场地走向呈南北向，地形南高北低，起伏较大，自然地面最大高差为9.13m；地貌单元属丘陵，呈圆弧形。根据工程测量规范（GB50026-2007）的规定，本次监测等级定为三等。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院2 2 岩土工程条件及周边环境状况岩土工程条件及周边环境状况3 3 监测目的和依据监测目的和依据3.1 3.1 监测目的监测目的在边坡施工期间确保边坡不产生过大的位移和变形。对锚索拉力进行监控。信息化施工。根据监测数据，及时通报施工中出现的问题，以便采 取相应的措施。将现场监测结果反馈设计单位，使设计能根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。3.2 3.2 执行规范与依据执行规范与依据（1）全球定位系统GPS测量规范GB/T 18314-2009（2）工程测量规范GB50026-2007（3）国家一、二等水准测量规范(GB/T 12897-2006)（4）建筑边坡工程技术规程（GB 50330-2002）（5）本工程相关围护设计说明及图纸3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院4 4 监测内容监测内容（1）支护体上方山体（排水沟附近）水平和垂直位移。（2）支护体坡顶水平和垂直位移。（3）支护体坡底水平和垂直位移。（4）锚索的拉应力变化。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院5 5 基准点、监测点的布置基准点、监测点的布置5.1 5.1 基准点的布设基准点的布设测量基准点在监测前埋设，应埋设在变形影响区域之外稳定可靠的位置，监测期间定期联测以检验其稳定性，并采取有效保护措施，以保证其在整个监测期间的正常使用。本项目拟设置基准点如下：（1）垂直位移基准点：拟在支护体两端上下稳定区域各设置一对基准点，基准点标志采用现浇水泥桩，内置不锈钢水准标志。（2）水平位移基准点：水平位移基准点拟设置在二期支护顶端排水沟上不受影响的稳定区域，拟设置基准点三个，基准点标志采用现浇水泥桩，内置不锈钢测量标志。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院5.2 5.2 监测点的布置监测点的布置5.2.15.2.1位移监测点位移监测点本工程位移监测点按纵向剖面布设上中下三排点，每排17个点，垂直位移和水平位移监测点各51个，同一排监测点间距约25米左右，第一排设置在排水沟附近，第二排设置在坡顶，第三排设置在坡底，布点时兼顾西湖岸一期山体有变化的地方。5.2.2 5.2.2 锚索应力监测点锚索应力监测点支护体内力监测布置为预应力锚索监测，共布置8个永久性锚索应力计，最上一排锚索设置2个，中间一排和最下排锚索设置各3个，每根锚索上的测试点应设置在受力、变形有代表性的位置。锚索应力监测点编号为YL1YL8，监测点布置详见附图。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院6 6 监测方法及精度监测方法及精度监测工作采用整体布设，分级布网的原则。即首先布设统一的监测控制网，再利用基准点去施测每个监测点的变化。6.1 6.1 基准点施测基准点施测（1）垂直位移监测基准网垂直位移基准网由四个基准点组成环形闭合网，用水准测量方法观测，并与施工用高程控制点联测，基准网观测按照工程测量规范二等水准测量要求执行。（2）水平位移监测基准网 水平位移基准网由三个水平位移基准点组成，观测时用静态方法按E级GPS网精度施测，并与现场施工用平面控制点联测。外业观测时遵循如下原则：3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院6.2 6.2 监测点垂直位移测量监测点垂直位移测量监测点垂直位移施测按工程测量规范二等水准测量方法施测，监测初始值取两次观测的平均值，监测方法和所用仪器同垂直位移基准点。6.3 6.3 监测点水平位移测量监测点水平位移测量监测点水平位移施测采用极坐标法施测。监测初始值取两次观测的平均值。6.4 6.4 锚索应力监测锚索应力监测锚索测力计的初读数应取安装就位后张拉前3次以上测值的平均值。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院7 7 监测周期和频率监测周期和频率本方案监测分三个阶段：第一阶段从边坡施工开始至地下结构施工至0.0结束，原则上每天监测一次；第二阶段从地下结构出0.0至主体结构封顶，原则上每两天监测一次；第三阶段从主体结构封顶后第一年内，每月观测一次，第二年两月监测一次。当最后l00d的沉降速率小于001004mmd时可认为已进入稳定阶段，监测随即结束。8 8 报警指标报警指标监测报警指标一般以总变化量和变化速率两个量控制，累计变化量的报警指标一般不宜超过设计限值。根据有关规定，确定工程监测项目报警值分别为：3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡序号监测项目累计值/(mm)变化速率/(mm/d)1水平位移35102垂直位移4053锚索应力60%70%f土木工程与建筑学院9 9 异常情况下的监测措施异常情况下的监测措施当出现下列情况之一时，应加强监测，提高监测频率，并及时向委托方及相关单位报告监测结果：（1）监测数据达到报警值；（2）监测数据变化量较大或者速率加快；（3）暴雨过后或长时间连续降雨；（4）支护结构出现开裂；（5）周边地面出现突然较大沉降或严重开裂；（6）出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况；（7）当有危险事故征兆时，应实时跟踪监测。10 10 监测数据处理及信息反馈监测数据处理及信息反馈边坡施工期间，根据大量的监测数据，进行预报。分析产生变位的原因。为有关单位研究对策和采取措施提供依据防止过大变形和沉降的发生，确保边坡本身及周围环境的安全。3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡土木工程与建筑学院1111监测人员及主要仪器设备监测人员及主要仪器设备11.111.1监测人员监测人员3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡项目经理现场负责人项目总工内力组水平位移组沉降组工程项目经理部本项目拟派技术人员4人，其中常驻工地3人，负责工地一切监测事宜。土木工程与建筑学院3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡11.2监测的主要仪器设备监测的主要仪器设备序 号仪器名称型 号精度/量程数 量1水准仪DL-2007水准仪0.7mm/km1台/套2铟钢精密条码水准尺常州2副3全站仪LEICA TC402全站仪测角2”，测距2mm+2ppmD1台/套4笔记本电脑联想1台5打印机Canon LBP29001台6锚索测力计XS-169锚索测力计8件土木工程与建筑学院12 12 监测基本原则监测基本原则1313作业安全及其他管理制度作业安全及其他管理制度13.113.1文明生产与安全生产文明生产与安全生产13.2 13.2 测量质量保障测量质量保障（1）监测仪器的检校（2）质量管理措施1414提交资料提交资料1、监测方案2、监测点位分布图3、每次观测的中间成果（以日报表、周报表、阶段性报表形式提交）4、监测总结报告3.9 变形监测方案设计实例变形监测方案设计实例-边坡边坡