建筑物水平位移观测优化方法

学习目标

了解建筑物水平位移观测常用的方法。

关键概念

基准线法、极坐标法。

提　示

测定建筑物的平面位置随时间而移动的大小及方向的工作叫作位移观测。有时测定建筑场地滑坡的工作也叫作位移观测。

水平位移的方向是任意的，通常以基准点和工作基点构成高精度的变形平面控制网；变形区较大时，可用部分工作基点和部分观测点组成次级变形平面控制网。变形平面控制网可布设成三角网、测边网、边角网和导线网等。每期先观测平面控制网，经严密平差计算出控制点坐标，再连测所有观测点并计算出各点坐标，由此得出各观测周期间观测点的水平位移情况。

水平位移观测的办法是否简单，不能一概而论，要看精度要求、变化量大小、现场条件、仪器设备等而定。当要求测定二维平面内的位移量时，根据场地条件，一般可采用以下几种方式：

（1）基准线法：包括视准线法、引张线法、激光准直法、测小角法、活动觇牌法等；

（2）几何大地测量方法：包括导线法、交会法（测边交会、测角前方交会）、极坐标法等；

（3）GPS方法观测监测网。

采用测角前方交会法时，交会角应在60°～120°，最好采用三点交会；采用极坐标法时，其边长应采用电磁波测距仪。

1.基准线法

有时只要求测定建筑物在某特定方向上的位移量，观测时，可在垂直上述方向上建立一条基准线，在建筑物上埋设一些观测标志，定期测量观测标志偏离基准线的距离，就可以了解建筑物随时间位移的情况。这种水平位移方法称为基准线法。

（1）基准线观测水平位移的方法。根据构成基准线的方式不同，基准线法可分为以下三种：

1）用仪器望远镜的视准轴构成基准线的位移观测方法称为视准线法；

2）用拉紧金属线构成基准线的称为引张线法；

3）用激光准直仪的激光束构成基准线的称为激光准直法。

基准线法按其所使用的工具和作业方法的不同，又可分为测小角法和活动觇牌法。

1）测小角法。当基准点和位移观测点基本上在一条直线上，且平行于基准线时，可采用小角法测量，在基准点上测定观测点至基准点的距离和偏离基准面的小角度，从而算出观测点的水平偏离值。

2）活动觇牌法。利用活动觇牌上的标尺，直接测定偏离值。

随着激光技术的发展，出现了由激光束建立基准面的基准线法，根据其确定偏离值的原理，有以激光束替代经纬仪视线的“激光经纬仪准直”和利用光干涉原理的“波带板激光准直”（三点法准直）。

（2）对中、照准装置观测条件的改进。由于建筑物的位移值一般来说是较小的，对位移值的观测精度要求较高（例如混凝土坝位移观测的中误差要求小于1mm），因此在各种测定偏离值的方法中都采取了一些提高精度的措施。对基准线端点的设置、对中装置构造、觇牌设计及观测程序等均进行了不断的改进。

1）观测墩。目前，一般采用钢筋混凝土结构的观测墩。观测墩底座部分要求直接浇筑在基岩上，以确保其稳定性。

为了减少仪器与觇牌的安置误差，在观测墩顶面常埋设固定的强制对中设备，通常要求它能使仪器及觇牌的偏心误差小于0.1mm。满足这一精度要求的强制对中设备式样很多，有采用圆锥、圆球插入式的，也有用埋设中心螺杆的，还有采用置中圆盘的。置中圆盘的优点是适用于多种仪器，对仪器没有损伤，但加工精度要求较高。

2）觇牌图案形状、尺寸及颜色。视准线法的主要误差来源之一是照准误差，研究觇牌形状、尺寸及颜色对于提高视准线的观测精度具有重要的意义。一般来说，觇牌设计应考虑以下五个方面：

①反差大：用不同颜色的觇牌所进行的试验表明，以白色作底色，以黑色作图案的觇牌为最好。白色与红色配合，虽然能获得较好的反差，但是它相对前者而言易使观测者产生疲劳。(www.xing528.com)

②没有相位差：采用平面觇牌可以消除相位差，在视准线观测中一般采用平面觇牌。

③图案应对称。

④应有适当的参考面积：为了精确照准，应使十字丝两边有足够的比较面积，同心圆环图案对精确照准是不利的。

⑤便于安置：所设计的觇牌希望能随意安置，即当觇牌有一定倾斜时仍能保证精确照准。

试验表明，双线标志（白底，标志为黑色）是比较合适的图案。在觇牌的分划板倾斜时，观测者仍可通过十字丝两边楔形面积的比较达到精确照准的目的。

2.极坐标法

当基准点和位移观测点无法布设在一直线上时，可采用光电测距极坐标法。极坐标法比较灵活，每次只要测出各位移点的坐标，再根据本次和上次坐标的偏移量在垂直于基准线方向上的分量，就可以判断位移点的位移和方向。

课后讨论

1.变形监测的作用是什么？

2.变形监测的分类有哪些？

3.《建筑变形测量规范》（JGJ8—2016）规定变形监测可分为哪几级？

4.《建筑变形测量规范》（JGJ8—2016）规定三级变形测量的精度和适用范围是什么？

5.沉降观测的意义是什么？沉降观测水准点可分为哪几类？

6.设置沉降观测点的原则是什么？

7.沉降观测点的一般形式是什么？

8.沉降观测周期如何确定？

9.沉降观测精度有何要求？

10.简述沉降-荷载-时间三者之间的关系。

11.沉降观测的注意事项有哪些？

12.何谓“四固定”？

13.建筑物倾斜观测有哪几种方法？

14.基础沉降差法观测建筑物沉降原理是什么？

15.如何使用激光垂准仪对建筑物进行倾斜观测？

16.混凝土建筑物裂缝观测常用的方法有哪些？

17.简述基准线法进行建筑物水平位移观测的原理。

18.基准线法包括哪几种方法？