建築物變形與裂縫觀測科學頭條網

一、傾斜觀測

在進行觀測之前，首先要在進行傾斜觀測的建築物上設置上、下兩點或上、中、下三點標誌，作為觀測點，各點應位於同一垂直視準面內。如圖4-205所示，M、N為觀測點。如果建築物發生傾斜，MN將由垂直線變為傾斜線。觀測時，經緯儀的位置距離建築物應大於建築物的高度，瞄準上部觀測點M，用正倒鏡法向下投點得N'，如N'與N點不重合，則說明建築物發生傾斜，以a表示N'、N之間的水平距離，a即為建築物的傾斜值。若以H表示其高度，則傾斜度為：

圖4-205 傾斜觀測

i=arcsin（a/H）（4-83）

高層建築物的傾斜觀測，必須分別在互成垂直的兩個方向上進行。

當測定圓形構築物（如煙囪、水塔、煉油塔）的傾斜度時（圖4-206），首先要求得頂部中心對底部中心的偏距。為此，可在構築物底部放一塊木板，木板要放平放穩。用經緯儀將頂部邊緣兩點A、A'投影至木板上而取其中心A₀，再將底部邊緣上的兩點B與B'也投影至木板上而取其中心B₀，A₀B₀之間的距離a就是頂部中心偏離底部中心的距離。同法可測出與其垂直的另一方向上頂部中心偏離底部中心的距離

b。再用矢量相加的方法，即可求得建築物總的偏心距即傾斜值。即：

（4-84）

圖4-206 偏心距觀測

構築物的傾斜度為：

i＝c/H （4-85）

二、裂縫觀測

建築物發現裂縫，除了要增加沉降觀測的次數外，應立即進行裂縫變化的觀測。為了觀測裂縫的發展情況，要在裂縫處設置觀測標誌。設置標誌的基本要求是，當裂縫開展時標誌就能相應的開裂或變化，正確的反映建築物裂縫發展情況。其形式有下列三種：

1．石膏板標誌

用厚10mm，寬約50~80mm的石膏板（長度視裂縫大小而定），在裂縫兩邊固定牢固。當裂縫繼續發展時，石膏板也隨之開裂，從而觀察裂縫繼續發展的情況。

2．白鐵片標誌

如圖4-207所示，用兩塊白鐵片，一片取150mm×150mm的正方形，固定在裂縫的一側，並使其一邊和裂縫的邊緣對齊。另一片為50mm×200mm，固定在裂縫的另一側，並使其中一部分緊貼相鄰的正方形白鐵片。當兩塊白鐵片固定好以後，在其表面均塗上紅色油漆。如果裂縫繼續發展，兩白鐵片將逐漸拉開，露出正方形白鐵上原被覆蓋沒有塗油漆的部分，其寬度即為裂縫加大的寬度，可用尺子量出。

圖4-207 白鐵片標誌

3．金屬棒標誌（圖4-208）

在裂縫兩邊鑿孔，將長約10cm直徑10mm以上的鋼筋頭插入，並使其露出牆外約2cm左右，用水泥砂漿填灌牢固。在兩鋼筋頭埋設前，應先把鋼筋一端銼平，在上面刻畫十字線或中心點，作為量取其間距的依據。待水泥砂漿凝固後，量出兩金屬棒之間的距離，並記錄下來。以後如裂縫繼續發展，則金屬棒的間距也就不斷加大。定期測量兩棒之間距並進行比較，即可掌握裂縫開展情況。

圖4-208 金屬棒標誌

三、位移觀測

當建築物在平面上產生位移時，為了進行位移測量，應在其縱橫方向上設置觀測點及控制點。如已知其位移的方向，則只在此方向上進行觀測即可。觀測點與控制點應位於同一直線上，控制點至少須埋設三個，控制點之間的距離及觀測點與相鄰的控制點間的距離要大於30m，以保證測量的精度。如圖4-209所示，A、B、C為控制點，M為觀測點。控制點必須埋設牢固穩定的標樁，每次觀測前，對所使用的控制點應進行檢查，以防止其變化。建築物上的觀測點標誌要牢固、明顯。

圖4-209 位移觀測

位移觀測可採用正倒鏡投點的方法求出位移值。亦可採用測角的方法。如圖4-209所示，設第一次在A點所測之角度為β₁，第二次測得之角度為β₂，兩次觀測角度的差數△β＝β₂－β₁，則建築物之位移值

（4-86）

式中 ρ＝206265"。

位移測量的允許偏差為±3mm，進行重複觀測評定。

四、用三角高程測量法測定建築物的沉降變形

在興建和運營管理期間對大型工程建築物的沉降觀測，通常採用靜力水準測量或高精度水準測量，這就要求要設置精緻的標誌，使用精密的水準尺及其他高精度設備。為了降低成本和滿足沉降觀測的急需，可採用短邊三角高程測量法進行建築物的沉降觀測，其方法如下：

如圖4-210所示，在建築物上分別固定標誌1和2，在建築物之間安置精密光學經緯儀，測定傾斜角α₁及α₂。當α₁及α₂很小的情況下，標誌的高程H，可按下式計算：

圖4-210

（4-87）

式中 l——儀器到標誌的斜距；

ρ＝206265"。

則兩個標誌之間的高差h₁₂即可求得。當l

₁≈l₂≈l，和α₁≈α₂≈α時，且測角和量距誤差對高差為等影響時，則對量距和測角的精度要求為：

由式（4-88）可知測角和量距誤差的大小，都與m

_k有關，其影響大小，分別如表4-49及表4-50所示。

由表中數字可以看出，當傾斜角α愈大、距離l愈長則對測角、量距的精度要求愈高。例如當要求建築物沉降觀測中誤差為m_沉＝±0.5mm時，則在1測站上測定高差的中誤差為：

根據使用010光學經緯儀觀測結果表明，當l＝2~15m，α＝0°~5°時，一測回測角中誤差為±1"。

採用三角高程測量法測定建築物的沉降，在我國剛剛開始，而國外已經廣泛應用於混凝土地基、高層樓房等建築物的沉降觀測。

五、用基準線法測定建築物的水平位移

水平位移觀測的任務是測定建築物在平面位置上隨時間變化的移動量。當要測定某大型建築物的水平位移時，可以根據建築物的形狀和大小，佈設各種形式的控制網進行水平位移觀測，當要測定建築物在某一特定方向上的位移量時，這時可以在垂直於待測定的方向上建立一條基準線，定期地測量觀測標誌偏離基準線的距離，就可以瞭解建築物的水平位移情況。

建立基準線的方法有“視準線法”、“引張線法”和“激光準直法”。

1．視準線法

由經緯儀的視準面形成基準面的基準線法，稱為視準線法。視準線法又分為角度變化法（即小角法）和移位法（即活動覘牌法）兩種。

小角法是利用精密光學經緯儀，精確測出基準線與置鏡端點到觀測點視線之間所夾的角度。由於這些角度很小，觀測時只用旋轉水平微動螺旋即可。

設α為觀測的角度，d_i為測站點到照準點之間的距離，則觀測標誌偏離基準線的橫向偏差q_i為：

（4-92）

在小角法測量中，通常採用T2型經緯儀，角度觀測四個測回。距離d_i的丈量精度要求不高，以1/2000的精度往返丈量一次即可。

活動覘牌法是直接利用安置在觀測點上的活動覘牌來測定偏離值。其專用儀器設備為精密視準儀、固定覘牌和活動覘牌。施測步驟如下：

（1）將視準儀安置在基準線的端點上，將固定覘牌安置在另一端點上。

（2）將活動覘牌仔細地安置在觀測點上，視準儀瞄準固定覘牌後，將方向固定下來，然後由觀測員指揮觀測點上的工作人員移動活動覘牌，待覘牌的照準標誌剛好位於視線方向上時，讀取活動覘牌上的讀數。然後再移動活動覘牌從相反方向對準視準線進行第二次讀數，每定向一次要觀測四次，即完成一個測回的觀測。

（3）在第二測回開始時，儀器必須重新定向，其步驟相同，一般對每個觀測點需進行往測、返測各2~6個測回。

2．引張線法

引張線法是在兩固定端點之間用拉緊的金屬絲作為基準線，用於測定建築物水平位移。引張線的裝置由端點、觀測點、測線（不鏽鋼絲）與測線保護管四部分組成。

在引張線法中假定鋼絲兩端固定不動，則引張線是固定的基準線。由於各觀測點上之標尺是與建築物體固定連接的，所以對於不同的觀測週期，鋼絲在標尺上的讀數變化值，就是該觀測點的水平位移值。引張線法常用在大壩變形觀測中，引張線安置在壩體廊道內，不受旁折光和外界影響，所以觀測精度較高，根據生產單位的統計，三測回觀測平均值的中誤差可達0.03mm。

3．激光準直法

激光準直法可分為兩類：第一類是激光束準直法。它是通過望遠鏡發射激光束，在需要準直的觀測點上用光電探測器接收。由於這種方法是以可見光束代替望遠鏡視線，用光電探測器探測激光光斑能量中心，所以常用於施工機械導向的自動化和變形觀測。第二類是波帶板激光準直系統，波帶板是一種特殊設計的屏，它能把一束單色相干光會聚成一個亮點。波帶板激光準直系統由激光器點光源、波帶板裝置和光電探測器或自動數碼顯示器三部分組成。第二類方法的準直精度高於第一類，可達10

^-6~10^-7以上。

六、用前方交會法測定建築物的水平位移

在測定大型工程建築物（例如塔形建築物、水工建築物等）的水平位移時，可利用變形影響範圍以外的控制點用前方交會法進行。

如圖4-211所示，1，2點為互不通視的控制點，T₁為建築物上的位移觀測點。由於γ_l及γ₂不能直接測量，為此必須測量連接角γ'₁及γ'₂，則γ_l及γ₂通過計算可以求得：

圖4-211

七、用後方交會法測定建築物的水平位移

建築物的平面位移觀測，在我國用於水利工程上較多，例如大壩、護坡、護岸等工程。位移觀測的方法很多，有方向線法、三角測量法、綜合測量法，還有視準線法、引張線法，正、倒垂線法等等。在上一節我們介紹了用角度前方交會法測定建築物的水平位移，本節我們將介紹用後方交會法測定建築物的水平位移。

為了測定單體建築物的水平位移，可在被測建築物本體上設立測站，要求測站標誌必須和建築物連成一個整體。在建築物周圍，當然應在變形範圍之外，尋找4~5個固定方向，要求測站點和觀測點都有強制歸心設備，以克服偏心誤差的影響。常見的對中裝置有下列三種：

1．三叉式對中盤：如圖4-212所示，盤上銑出三條輻射形凹槽，三條凹槽夾角為120°，對中時必須先把基座的底板卸掉，將三隻腳螺旋尖端安放在三條凹槽中後，經緯儀就在對中盤上定位了。

圖4-212 三叉式對中盤

2．點、線、面式對中盤：如圖4-213所示，盤上有三個小金屬塊，分別是點、線、面。“點”是金屬塊上有一個圓錐形凹穴，腳螺旋尖端對準放上去後即不可移動；“線”是金屬塊上，有一條線形凹槽，腳螺旋尖端在凹槽內可以沿槽線移動。第三塊是一個平面，腳螺旋尖端在上面有二維自由度，當腳螺旋間距與這三個金屬塊間距大致相等時，儀器可以在對中盤上精確就位。