某大厦的变形监测方案设计

某大厦的变形监测方案设计

摘要

当今社会，改革开放日益深化，经济发展日益迅速，各种工程更是如火如荼的兴建。但是各种建筑安全事故却是时有发生，这就为我们敲响了警钟，在关注工程进度的同时，我们是不是更应该关注一下建筑物的自身安全状况，做到防患于未然。在这方面，国内外都有很多的研究，在国内我们逐渐将各种技术与变形监测相联系，比如光纤技术、CT技术、GPS技术、激光技术等，在变形监测方面我们提出了安全监控专家系统、自动化监测系统等。从中我们看到变形监测已经被越来越多的人重视，因此，我们有必要对此做一些必要的研究。

本文研究了变形监测流程，重点是变形监测成果的实现与通过一元线性回归对变形点做出分析。变形的安全监测是进行变形预测的前提条件，也是整个信息化施工的重要环节，对于成功预测后期变形具有重大的影响。对建筑物变形或变形发展趋势进行尽早准确的预测,是变形测量追求和探索的目标。建立数学模型预测建筑物的变形量,相关规定要求有不少于10个周期的观测数据,待积累满足要求的数据后建立数学模型觉得滞后,有的建筑物因在整个建筑期内的观测周期达不到规定要求而不能建立数学模型,因此不能尽早或不能提供预测数据来完全满足工程需要,也在一定程度上损失了沉降观测成果的使用价值。与土建施工有关的变形测量中,沉降观测仍然是重要的监测手段。

关键字:某大厦,变形监测，数据处理，沉降分析

摘要 I

Abstract 1

第一章绪论 3

1.1变形监测的基本概念 3

1.2变形监测的内容 4

1.3变形监测的目的意义 4

1.4变形监测技术及其发展 6

第二章工程要求 8

2.1工程概述 8

2.2测量依据 8

2.3测量要求 8

2.4主要技术精度指标 9

2.5控制网的设计 9

2.5.1沉降控制网布设的基本要点 9

2.5.2布网的目的 10

2.5.3布网的原则 11

2.5.4变形网的优化方法 11

2.5.5本工程现场布网具体原则 12

第三章技术方法 12

3.1测量仪器设备 12

3.2精度控制 13

3.3沉降观测精度估算 13

3.4观测方案 13

3.5观测工期 14

3.6主要操作要求 14

第四章数据处理 15

4.1变形监测数据处理的三大平差方法 15

4.2间接平差在数据处理的应用 15

4.3按间接平差法求平差值的计算步骤 16

4.4沉降数据平差后结果 17

第五章变形监测分析 18

5.1 观测资料的整理 18

5.2 观测资料的处理 18

5.3 沉降观测成果整理 18

5.4 沉降观测数据的计算 18

5.5 绘制沉降观测图 25

5.6变形监测沉降结果分析 27

5.7沉降图 28

5.7.1多点沉降折线图 30

5.8一元线性回归分析 30

结论 32

参考文献 33

致谢 34

第一章绪论

1.1变形监测的基本概念

变形监测是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。变形体在一定范围内是被应允的，但是超过了允许值，则可能会发生自然或人为灾害，带来巨大的人员与财产损失。自然界的变形危害现象很普遍，如地震、滑坡、崩塌、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。

所谓的变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。其任务是确定在各种载荷的外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状体和时间特征。变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。

变形体的范畴可以大到整个地球，小到一个工程建筑构体，它包括自认和人工的构筑物。根据变形体的研究范围，可以将变形监测研究队形分为三类：

第一类：全球变形研究，如监测全球板块运动、地极移动、地球自转速率的变化、地潮等；

第二类：区域性变形研究，如地壳形变监测、城市地面沉降等；

第三类：工程和局部形变研究，如监测工程建筑物的三维变形、滑坡提的滑动、地下开采使引动的地表和下沉等。

在精密工程测量中，最具有代表性的变形体有大坝、桥梁、矿区、某大厦、防护堤边坡、隧道、地铁、地表沉降等[1]。

1.2变形监测的内容

变形监测的内容，应根据变形体的性质与地基情况来定。要求有明确的针对性，既要有重点，又要做全面考虑，以便能正确地反映出变形体的变化情况，达到监视变形体的安全、了解其变形规律的目的。例如：

①工业与民用建筑物：主要包括基础的沉降观测与建筑物本身的变形监测。就其基础面而言，主要观测内容是建筑物的均匀沉降与不均匀沉降。对建筑物本身来说，则主要是观测倾斜和裂缝。对于高层和高耸建筑物，还应对其动态变形（主要为振动的幅值、频率和扭转）进行观测。对于工业企业、科学实验设施与军事设施中的各种工艺设备、导轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。

②水工建筑物：对于土坝，其观测项目主要是水平位移、垂直位移、渗透以及裂缝观测；对于混凝土坝，以混凝土重力坝为例，由于水压力、外界温度变化、坝体自重等因素的作用，其主要观测项目主要为垂直位移（从而可以求得基础与坝体的转动）、水平位移（从而可以求得坝体的扭曲）以及伸缩缝的观测，这些内容通常称为外部变形观测。为此，为了了解混凝土坝结构内部的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容通常称为内部观测。虽然内部观测一般不由测量人员进行，但在进行变相监测数据处理时，特别对变形原因作物理解时，则必须将内、外部资料结合起来进行分析。

③地面沉降：对于建立在江河下游冲击层上的城市，由于工业水需要大量开采地下水，而影响地下土层的结构，使地面发生沉降现象。对于地下采矿地区，由于大量的采掘，也会使地表发生沉降现象。在这种沉降现象严重的城市地区，暴雨以后发生大面积积水，影响仓库的使用与居民的生活。有时甚至造成地下管线的破坏，危机建筑物的安全。因此，必须定期进行变形监测，掌握沉降与回升规律，以便采取防护措施。对于这些地区主要应进行地表沉降观测[1]。

1.3变形监测的目的意义

人类社会的进步和国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。与此同时，变形监测工作的意义更加重要。众所周知，工程建筑物在施工和运营阶段，由于受到多种主观与客观因素的影响，会产生变形，变形如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计和施工运营期间采用了一定的安全系数，使其安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出完全所考虑的施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发生某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。以大坝为例，法国67m高的玛尔巴塞拱坝1959年垮塌；意大利262m高的瓦伊昂拱坝1963因库岸大滑坡导致涌浪翻坝且水库淤满失效；我国板桥和石漫滩两座水库的土坝因1975年洪水漫坝事故等等。可见，保证工程建筑物安全是一个十分重要而且很现实的问题。为此，变形监测的首要目的是要掌握变形体的实际性状，为判断其安全提供必要信息[2]。

目前，灾害监测与防治已越来越受到全社会的普遍关注，各级政府及主管部门对此问题十分重视，诸多国际学术组织，如国际大地测量协会、国际测量师联合会、国际岩石力学会、国际大坝委员会、国际矿山测量协会等，经常定期地召开专业会议进行学术交流和研究对策。经过广大测量科技工作者和工程技术人员近30年的共同努力，在变形监测领域取得了丰硕的理论研究成果，并发挥了实用效益。以我国为例：

①利用地球物理大地测量反演论，于1993年准确地预测了1996年发生在丽江大地震。

②1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾害损失减少到了最低限度。它不仅使滑坡区内457户1371人在活泼前夕全部安全撤离，无一伤亡，而且使正在险区长江上下游航行的11艘客货轮船及时避险，免遭灾害。为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我国滑坡预报研究史上的奇迹。

③隔河岩大坝外观变形GPS自动化监测系统在1998年长江流域抗洪峰中所发挥的巨大作用，确保了安全度汛，避免了荆江大堤灾难性分洪。

科学、准确、及时地分析和预报工程及工程建筑物的变形情况，对工程建筑物id施工和运营管理极为重要，这一工作术语变形监测的范畴。由于变形监测涉及到测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，因此，它是一项跨学科的研究，并正向着边缘科学发展。也已经成为测量工作者和其他学科专家合作的研究领域。

变形监测所研究的理论和方法主要涉及到这样3个方面的内容：变形信息的获取、变形信息的分析与解释以及变形预报。其研究领域成果对预报自然灾害及了解变形机理是极为重要的。对于工程建筑物，变形监测除了作为判断其安全的耳目之外，还是检验设计施工的重要手段。

总而言之，变形监测的工作的意义重点表现在两个方面，首先是使用上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包空更好的理解机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。

1.4变形监测技术及其发展

纵观国内外数10年变形监测技术的发展历程，传统的地表变形监测方法主要采用是大地测量法和近景摄影测量法。

常规地面技术方法的完善与发展，其显著进步是全站型仪器的广泛使用，尤其是全自动跟踪全站仪，有时也称为测量机器人，为局部工程变形的自动监测或室内监测提供了一种良好的技术手段，它可进行一定范围内无人值守、全天候、全方位的自动监测。实际工程试验表明，测量机器人监测精度可以达到亚mm级。目前，在美国加州南部的一个新水库已安装了由8个永久性RTS和218个棱镜组成的地面自动监测系统。但是，TPS最大的缺陷就是受测程限制，测站点一般都处在变形区域的范围内。

地面摄影测量技术在变形监测中的应用起步较早，但是由于摄影距离不能过远，加上绝对精度较低，使得其应用受到局限，过去仅大量应用于高塔、烟囱、边坡体等变形监测。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量技术在变形监测中的深入应用开拓了非常广泛的前景。

光、机、电技术的发展，研制出了一些特殊和专用于变形的自动监测，它包空应变测量、准直测量和倾斜测量。

GPS作为一种全新的现代空间定位技术，已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子测量仪器。自从20世纪80年代以来，尤其是进入90年代后，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术的相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化[3]。

结论

①某大厦变形监测主要是沉降观测，通过周期性的沉降观测，可对整个建筑施工及使用定期提供安全数据，确保了建筑物在施工与应用期的安全性。

②由于沉降观测是一项严格的数据分析观测过程，而且数据采集与分析具有严格大地连续性，沉降观测期间，必须严格保证数据不能超限，如果数据超限，将严重影响沉降观测的精确性。在观测期间，如果出现数据超限的情况，必须重测。

③本文提出仅依靠少量观测数据,以楼层数和累计平均沉降观测值,在线性相关条件下建立一元线性回归方程(荷载与变形关系的数学模型),得出观测点预测累计平均沉降量,再计算观测点累计沉降赋值的方法,在本工程的应用中得到验证,取得满意结果,也提高了观测成果的尽早使用价值。

④利用一元线性回归方程对沉静观测进行预测，在线性相关条件下，用累计平均观测值建立一元线性回归方程后，再赋值计算出预测的方法，对每个沉降点做出分析预测，效果再一定情况下可以实现分析的精确性，实用性。

参考文献

[1]伊晓东，李保平.变形监测技术及应用.郑州：黄河水利出版社，2007.

[2]张正禄.工程测量学.武汉:武汉大学出版社，2005.

[3]黄声享，伊晖，蒋征.变形监测数据处理.武汉:武汉大学出版社,2003.