建筑工程测量：7.4.2建筑物位移观测

建筑物位移是指建筑物在规定的平面位置上随时间变化的位移量和位移速度。建筑物位移观测就是根据平面控制点测定建筑物的平面位置随时间而移动的大小及方向，也称为水平位移观测。位移观测的工作程序简单来说就是在建筑物周围建立平面控制网，依据控制网定期对埋设在建筑物上的位移观测点进行观测，根据观测结果分析各观测点的位移大小和方向。

1）位移观测的平面控制网

位移观测的平面控制网是整个位移观测过程中的工作基准，其精度和稳定性直接决定了后期的位移观测质量。根据位移观测的规模，平面控制网可选择两个层次布设和单一层次布设；较大规模的位移观测宜由选定的控制点组成控制网、由沉降观测点和联测的控制点组成扩展网；对于单个建筑物上部或构件的位移观测，可将控制点连同观测点按单一层次布网。位移观测的平面控制网可以采用测角网、测边网、边角网、导线网和GPS控制网；单一层次布网或扩展网可采用测角网、侧边网、边角网、导线网、GPS控制网、基准线和附合导线等形式。

2）位移观测点的布设

建筑物上的位移观测点应选在墙角、柱基、裂缝两侧及其他必要部位，可采用墙上或基础标志，其设置类型应符合规范要求。观测点上的照准觇牌应尽量具备以下特点：反差大、没有相位差、图案对称、有适当的参考面积而且便于安置。位移观测基点处应设置强制对中固定观测墩。

3）位移观测的方法

位移观测的主要方法有前方交会法、精密导线测量法、基准线法、近景摄影测量法和GPS实时观测法等。各种观测方法的选择可根据需要与现场条件选用，见表7.4。

表7.4　水平位移观测方法的选择

本项目主要介绍常用前方交会法和基准线法，其他方法可参看相关书籍。

（1）前方交会法

图7.13为某双曲线拱坝变形观测示意图。为了精确地测定拱坝上B1，B2，…，Bn等观测点的水平位移，在大坝的下游合适的位置选定供变形观测用的两个工作基准点E，F；为了对工作基点的稳定性进行检核，根据地形条件和精度要求，在周围设置一定数量的检核基点C，D，G，并组成良好图形的控制网。在各基点上建立永久性的观测墩，并利用强制对中装置和专用的照准觇牌。对两个工作基准点E，F除了满足以上要求外，在使用前方交会法时，为了保证交会点的精度，交会角不得小于30°，且不大于150°。

图7.13　前方交会法位移观测示意图

观测点应预先埋设好合适的、稳定的照准标志，标志的图形和式样应考虑在交会测量中观测方便、照准误差小。此外，在前方交会观测中，最好能在各个观测周期中由同一观测人员以同样的方法使用同一台仪器进行。

图7.13中，假设第一次观测时，依据E，F两个基点观测B1点，测定的两个水平角α1，β1，根据角度前方交会计算公式，可求得B1点坐标（x′B1，y′B1）。第二次观测时，依据E，F两个基点观测B1点，测定的两个水平角α2，β2，可求得B1点坐标（x″B1，y″B1）。

两次位移观测期间，B1点的位移大小ΔD为：(www.xing528.com)

B1点的位移方向αΔB1为：

用同样方法可求其他点在任意观测周期内的位移大小和位移方向。

前方交会法还有距离交会法、边角交会法等，可根据仪器设备和具体情况选用。

（2）基准线法

某些建筑物只要求测定某特定方向上的位移量，如大坝在水压力方向上的位移量，这种情况可采用基准线法进行水平位移观测。基准线法有视准线法、激光准直法、引张线法等，在此仅介绍视准线法。视准线法有测小角法和活动觇牌法。测小角法是基准线测定水平位移常用的方法，是用精密经纬仪（精密全站仪）精确测出基准线与观测线之间的微小角度，以此计算观测点的位移量；活动觇牌法是在观测点上安置活动觇牌，观测点的位移值是在觇牌上直接读数来确定。

①测小角法。如图7.14所示，观测时先在位移方向的垂直方向上建立一条基准线AB，A，B为控制点，Pi为观测点。只要定期测量观测点Pi与基准线AB的角度变化值Δβ，即可测定水平位移量。

Δβ测量方法：在A点安置经纬仪，第一次观测水平角∠BAP=β1，第二次观测水平角∠BAP=β2，两次观测水平角的角值之差Δβ为：

观测点距离A点的水平距离可以测量出来，假如为Di，其位移量可按下式计算：

图7.14　基准线法位移观测示意图

图7.15　活动觇牌

②活动觇牌法。如图7.14所示，在A点安置精密经纬仪，精确瞄准B点，瞄准后基准线就建立好了，此时仪器不能左右转动，必须保持稳定；然后依次在观测点上安置活动觇牌（图7.15），观测者在A点观测活动觇牌（仪器不动），指挥活动觇牌的工作人员利用觇牌上的微动螺旋左右移动活动觇牌，使之精确对准经纬仪的视准线；最后再在活动觇牌上直接读数，同一观测点各期读数的差值就是该点的水平位移值。