建筑物的沉降观测

建筑物的沉降观测 黑龙江工程学院本科生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 摘 要 随着国家经济的不断发展，科学技术的不断提高以及当代人们对住房要求和品位的提升，各种样式和风格的建(构)筑物不断兴起，随之而来的是人们越来越关注建(构)筑物的技术要求和建设运营管理阶段的安全问题。而建(构)筑物沉降观测为其安全提供最有价值的沉降数据及信息，同时为建筑物设计及安全维护提供依据。因此建筑物沉降观测内容、方法、沉降分析及沉降趋势预测的研究非常必要。针对不同性质或类型的沉降体进行沉降观测及沉降分折的研究，对于一些大型建筑物或构筑物沉降观测进行系统性的讨论研究有待更进一步完善，找出共性的有规律性的东西供日后参考。建(构)筑物沉降观测是测绘工程领域研究的热点之一，本文针对建筑物沉降观测系统进行了较详细的分析和研究，讨论了建(构)筑物沉降监测系统的布设，沉降观测的基本内容、方法、数据处理及沉降分析。结合实例讨论了沉降观测过程的实施，在对沉降体沉降趋势预测模型进行对比分析的基础上，提出了预测模型选取应注意的问题。 关键词:建筑物;沉降观测;沉降分析 I 黑龙江工程学院本科生毕业论文 ABSTRACT With the continuous development of the national economy, science and technology continues to improve and enhance contemporary people's housing requirements and taste a variety of styles and style of the building (structure) building continue to rise, followed by a growing concern(structure) to the safety of the technical requirements of building and the stage of the construction and operation management. Construction (structures) settlement observation for their safety to provide the most valuable settlement data and information, at the same time provide the basis for the design of buildings and safety maintenance. Building settlement observations content, method of settlement analysis and subsidence trend forecasting research is necessary. For a settlement of a different nature or type of settlement observation and settlement of sub-fold of the study, systematic discussion of research needs to be further improved to identify the common regularities of settlement observation for some large buildings or structures for future reference . Building (structure) building settlement observation surveying and mapping engineering research in the field of one of the hot, settlement observation system for building a more detailed analysis and research to discuss the layout of the building (structure) building subsidence monitoring system, settlement observation the basic content, methods, data processing and settlement analysis. Examples to discuss the settlement of the implementation of the observation process, the proposed prediction model selected should be noted that on the basis of comparative analysis on the settlement of settlement trend forecasting model. Key words: Constructions; Sedimentation Analysis ; Settlement Observation II 黑龙江工程学院本科生毕业论文 目 录 摘要?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? I Abstract ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? II 第1章 绪论 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.1 沉降观测的目的和意义 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 1.2 建筑物沉降测量研究现状及发展方向 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.2.1 沉降测量现状 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.2.2 沉降测量发展方向 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 1.3 本论文研究的主要内容 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 第2章 沉降观测网的布设 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 2.1 沉降观测的精度 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 2.1.1 确定沉降观测精度的基本原则 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 2.1.2 沉降观测的精度分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 2.1.3 沉降观测的频率 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 2.2 观测网的布设 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 2.2.1 沉降监测控制网布设 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 2.2.2 水准基点的标志与埋设 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 2.2.3 沉降监测点的标志与埋设 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 10 2.3 系统设计内容及说明书的编制 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 11 2.4 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 第3章 沉降观测的技术方法 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.1 基本方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 3.2 建筑物的沉降观测 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 14 3.3 水准测量原理与操作 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 3.3.1 水准测量基本原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 3.3.2 水准测量的实施与成果整理 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 3.4 数字水准仪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 3.4.1 数字水准仪的原理与特点 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 3.4.2 数字水准仪的编码及读数方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 21 3.5 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 24 第4章 沉降监测数据处理及沉降分析 ??????????????????????????????????????????????????????????? 25 4.1 沉降观测的数据整理和分析 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 4.1.1 沉降观测的数据整理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 4.1.2 沉降分析 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 25 I 黑龙江工程学院本科生毕业论文 4.2 监测网沉降分析方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 26 4.3 沉降物理解释的方法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 27 4.3.1 多元线性回归 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 27 4.3.2 非线性回归 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 4.3.3 灰色系统理论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28 4.4 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 29 30 第5章 哈尔滨医科大学研究生公寓沉降监测 ??????????????????????????????????????????????? 5.1 工程概况 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30 5.2 基准点和观测点的布设 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30 5.3 技术要求及观测 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的制定 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 31 5.4 沉降观测成果及分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33 5.5 本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35 结论???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36 参考文献 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 37 致谢???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 38 II 黑龙江工程学院本科生毕业论文 第1章 绪 论 1.1沉降观测的目的和意义 沉降观测是指定期地对沉降体的有关几何量进行测量，并从测量数据中整理、分析出沉降规律的过程。随着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，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。与此同时，沉降监测的意义更加重要。众所周知，工程建筑(构)物在施工和运营期间，由于受多种 ，沉降如果超出了规定的限度，就会影响建筑物主观和客观因素的影响，会产生沉降 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时采用了一定的安全系数，使其能安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于在设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出安全准确的估计，施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发声某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。所以，保证工程建筑物安全是一个十分重要且很现实的问题。为此，沉降监测的首要目的是要掌握沉降的实际性状，为判断其安全提供必要的信息以及在防震救灾和避免工程破坏方面有着重大的意义。 工程建筑(构)物的沉降和变形相似，按其类型来区分,可以分为静态沉降和动态沉降。静态沉降通常是指沉降观测的结果只表示某一期间内的沉降值,也就是说,它是时间的函数。动态沉降是指在外力的影响下而产生的沉降,故它是外力为函数来表示动态系统对于时间的变化,其观测结果是表示建筑(构)物在某个时间的瞬时沉降。沉降观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测,求得其在两个观测周期的变化量,而为了求得瞬时变化,则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。沉降观测的内容,应根据建筑物的性质与地基情况来定。要求有明确的针对性,既要有重点,又要作全面考虑。以便能正确反映出建筑物的变化情况,达到监视建筑物的安全运营,了解其沉降规律之目的。沉降观测的方法要根据建筑的性质、使用情况、观测精度、周围环境以及对观测的要求来选定。一般垂直位移多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法进行观测。通过沉降观测取得第一手资料,监视建筑物的状态变化和工作情况,在发生不正常现象时,及时分析原因,采取措施,防止事故发生,并改善运营方式,以保证安全。 建筑物沉降是有原因的，沉降观测和沉降分析的目的是为了了解沉降体沉降趋势和沉降原因，以便及时采取措施保护建筑物的安全。一般来讲，建筑物沉降的原因主要包括客观原因和主观原因两个方面。客观原因主要包括: 1、荷重影响。当在砂土或粘土的地基上兴建大型建筑物，由于荷重的增加，土壤 1 黑龙江工程学院本科生毕业论文 被逐渐压缩，地基下沉，引起建筑物的沉降。 2、地下水影响。地下水盲目开采引起地下水不规则的升降，从而引起地表建筑物的沉降。 3、地震影响。地震之后会出现大面积的地面升降现象。 4、地下采矿影响。如果地下采矿没有很好地顾及对地表的影响，地面及其建筑物沉降现象会比较重。 5、外界动力影响。由于爆破、重载运输和连续性的机械振动，也会引起建筑物的沉降。 6、其它影响。地表土的冻融、建筑物附近附加荷重以及恶劣气候如台风、海啸等影响，都有可能引起建筑物的沉降。 主观原因主要包括: 1、地质勘探不充分。 2、设计错误。 3、施工质量差。 4、施工方法不当。 通过以上建筑(构)物沉降原因分析，我们可以得出以下的结论:对建筑(构)物坚持长期周密的沉降观测，可以检查出各种建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题防患于未然。在科学理论上，还可以更好地了解沉降体沉降的机理，检验有关工程设计的理论以及建立正确的预报沉降的理论和方法。 沉降观测的任务是通过对建筑物上的沉降观测点进行定期的重复观测，得到若干次观测数据，经过数据处理后，获得其沉降值，然后根据沉降值分析引起沉降原因和预测建筑物的沉降趋势。因此沉降监测可以监视建筑物在施工或运营过程中所处的状态，一旦在发生不正常现象时，便能及时地采取措施，防止事故发生而造成财产损失和人员伤亡。 因此，建筑物沉降观测的意义可以归纳为以下三个方面: 第一、由于各种因素的影响，在建筑物施工和运营期间必须对其进行沉降观测，以确定沉降大小和预测沉降的趋势及其对建筑物安全的影响。如:建筑物地基沉降观测。这种观测的目的是为了保证建筑物的安全，即安全监测。 第二、由于土(地)基组成成分复杂、土力学对实验数据的依赖性很大，有必要在各地对大量不同基础形式的建筑物进行观测，以便为今后的设计积累资料，作为验证设计方法和修改、制定设计方案的依据。 第三、为了对某中新结构、新材料的性能作出科学的或客观的评价，需要在一个 2 黑龙江工程学院本科生毕业论文 较短的时间内，借助于外力让建筑物产生沉降，以取得科学数据。此时，测量工作者要在短时间内以较高的精度测量出一系列的沉降值。 以上三个方面说明了对建筑物进行沉降观测的必要性和现实意义。历史的经验与 沉降观测的理论研究和实际工作是十分重要教训己经很明确地告诉我们，加强建筑物 的，也非常必要。 1.2建筑物沉降测量研究现状及发展方向 1.2.1沉降测量现状 沉降观测方法与测量仪器的发展密切相关。根据建筑(构)物的不同性质，在沿用传统的测量方法的基础上，沉降观测方法变得更加灵活和简单。在仪器使用方面，全站仪、GPS等测量仪器取代了传统的光学仪器并朝着自动化方向发展。 沉降分析方法，在20世纪50年代以前，主要是沉降观测资料的整理、计算、分析。使沉降分析得以迅速发展的是下面这些突破性的工作。1971年德国测量学家H?pelzer开始采用统计检验的理论来分析沉降网点的稳定性，随后其他学者也提出了各种不同的方法。当代的沉降分析从各种不同的方向来分析解释建筑物的沉降，例如曲线形态判断法、数据线性回归分析法、非线性曲线预测模型、时间序列预测模型、非平稳监测数据时间序列分析法等，有了众多的分析方法使得更好的分析建筑物的沉降，从而为建筑事业做出与众不同的贡献。 1.2.2沉降测量发展方向 作为工程测量中极为重要的一个分支，沉降观测伴随着变形观测在近几十年来得到了迅速的发展。这主要体现在如下几个方面: 1、在观测手段方面:首先摄影测量技术、激光技术及自动化技术在沉降观测中正在得到越来越广泛的应用。目前，国内对上述技术的应用都进行了成功的试验并已投入了实用，未来的工作是如何进一步地推广并加以完善。GPS定位技术已在区域性沉降观测及大型工程沉降监测中得到应用(如清华大学运用GPS技术成功地对虎门大桥沉降观测);其它如甚长基线干涉(VLBI)及卫星激光测距(SLR)等空间技术在国外已进行了一系列的试验。结果表明:这些方法对于监视地壳的板块运动等都是很有发展前途的。 2、在数据处理和沉降分析方面:理论上更严密、实用上更合理的数据处理方法(如:自由网平差、验后方差估计、抗差估计等)得到了越来越广泛的应用，而且这种趋势仍将长期保持下去。在这方面，除了传统的假设检验、回归分析等建立在统计理论基础之上的方法和建立在力学、物理学基础之上的确定函数模型法以外，其他新的方法也得到了试验和初步的应用。例如运用模糊类分析的方法、灰色理论、人工神经网络进 3 黑龙江工程学院本科生毕业论文 行沉降分析，这些方法将为沉降数据处理和分析带来新的生机。 3、在计算机应用方面:自从二十世纪四十年代美国制造出第一台计算机以来，计算机在各行业的应用一直以迅猛的速度发展，目前己渗透到社会生活的各个方面。在沉降观测的各个环节，也都发挥着其积极的优势。更为可喜的是，在某些方面，国内己经取得了初步的、以及具有一定水平的成果: )观测现场的自动控制; (1 (2)外业观测数据的自动采集; (3)沉降观测数据的处理和分析; (4)沉降观测原始数据和处理成果的保存; (5)各类沉降图件的绘制; 综上所述，我们可以认为:一种能综合各种经验、知识、情况和观测资料采集与沉降分析的专家系统的开发将是未来计算机在沉降观测应用中的发展方向。 1.3本论文研究的主要内容 在前人研究的基础上，本文主要对建筑物沉降观测的以下方面做了研究: 1、建筑物沉降观测基本内容及方法。主要分为控制网的布设、水准基点和沉降观测点的标志与埋设、沉降观测的方法等。 2、沉降观测系统点的布设及其精度的确定。本文对建筑(构)物沉降观测点的布设基本原则及其精度进行了分析说明。 3、沉降监测数据处理及沉降分析。介绍了沉降物理解释的多元线形回归、非线形回归和灰色系统理论三种方法。 4 黑龙江工程学院本科生毕业论文 第2章 沉降观测网的布设 沉降观测的基本原理是:在沉降体上选择一定数量的有代表性的点，通过对这些点重复观测来求出这些几何量的变化值。 沉降观测中的测量点通常分为:基准点、工作点和观测点。 基准点—由于观测点的位置是变化的，为了反映观测点的变化，从理论上讲还必须有一定数量位置固定或变化甚小的点，我们称之为“基准点”或简称为“基点”。基准点通常埋设在比较稳固的基岩上或在沉降区之外，应尽可能长期保存和稳固。 工作点—又称工作基点。由于实际工作的原因，如基点距观测点很远，为了避免观测过程中的误差积累等因素我们还要埋设一些介于观测点和基点之间的过渡点，即所谓的“工作基点”。它一般埋设在被观测对象附近，要求在观测期间内保持相对稳定。 观测点—它是位于沉降体上的具有代表性的点，我们称之为“观测点” 或简称为“测点”。 一般地，我们把由基点、工作基点、测点构成的观测系统叫做“沉降观测系统”。 建筑物沉降观测工作的成败，要受到诸多因素的影响，其中最基本的影响因素是沉降观测方案的设计与布设。它们包括:沉降观测的内容、观测精度的确定、观测周期(频率)的确定、测点、工作基点及基点的布设等，下面分别予以讨论。 2.1 沉降观测的精度 沉降观测的必要精度取决于具体工程允许沉降值的大小和观测目的。观测目的通常分为检查施工、监视建筑物安全和研究沉降过程三种情况。一般说来，检查施工对沉降观测精度的要求较低，监视安全稍高，研究沉降过程要求精度最高。在实际测量中，合理的精度是重要的，因为过高的精度要求使测量工作复杂，费用和时间增加。而精度定得太低又会增加沉降分析的困难，使所估计的沉降参数误差太大，甚至会得出不正确的结论。 讨论沉降观测必要精度的基本思路是:先根据有关因素求出形变观测值(一般是指同一点在不同时期的坐标差(?X，?Y，?H)的必要精度，然后再套用现有的有关规范或采用相应的算法(如优化设计)来确定距离、方向、角度、高差等观测值的精度。第一步则具有沉降观测本身的特点。因此，我们讨论的主要问题是如何确定沉降观测值?X， ?Y，?H必要精度。 2.1.1 确定沉降观测精度的基本原则 一般认为，沉降观测值的必要精度主要应根据沉降观测的目的、允许沉降值的大 5 黑龙江工程学院本科生毕业论文 小、沉降的速度以及工程的性质来确定。 1971年，在FIG第十三届会议上工程测量委员会中的沉降观测及其自动化小组对沉降观测精度方面提交的报告认为:“如果观测的目的是为了使沉降值不超过某一允许 值的1/10,1/20，如果观的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于允许沉降 测的目的是为了研究其沉降的过程，则其中误差应比这个数值小得多。这就概括地说明了沉降观测的必要精度与观测目的、允许沉降值大小之间的关系，也是确定必要精度的一个基本原则。在现阶段，我国在多数沉降观测工作中都是根据这一原则来确定其必要精度的。 2.1.2 沉降观测的精度分析 1、按允许沉降值来确定观测精度 建筑物的允许沉降值大多由设计单位提供或依据有关规程中的规定，一般可以直接套用。设允许沉降值为，则按上述原则有:观测的必要精度(中误差) ,容 。 M,,容10~20 2、按沉降观测实测数据的统计分析确定观测精度 这种方法一般是从实际经验出发并顾及当前的测量技术水平而定的。尽管不同类型工程建筑物，沉降观测的精度要求差别较大而难以定出统一规格，但我们还是可以根据对各类工程多年沉降观测数据统计分析，确定出该类工程的预期最大沉降值，从而定出沉降观测精度。下面给出的是各类工程的综合分析结果。 (1)大型工程建筑物。例如，对于有连续生产线的大型车间(钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物)，通常要求观测工作能反映出lmm的沉降量;对于一般厂房要求能反映出 ,2mm的沉降量。因此，观测点高程的精度为0.5,1mm,这些大型建筑物的平面位移观 ,测精度一般在1,3mm。 (2)水利工程建筑物。根据其结构、形状不同，观测内容和精度也有所差异。即使对于同一建筑物(如拱坝)的不同部位，其观测精度也不相同，沉降大的部位(如拱冠)的观测精度可稍低于沉降小的部位(如拱座)。对于混凝土大坝，其沉降和水平位移观 ,,测的精度都是1,2mm，对于土坝为5,10mm。 ,(3)对于土木工程，测定其沉降值的精度不低于2mm。 至于必要精度与沉降速度关系主要是由于沉降速度的大小决定两次(期)观测之间沉降值的大小，而沉降观测最终要求反映出沉降。因此，当沉降速度大时，两次观测间的沉降量也大，这时可适当地放宽精度;反之，当沉降速度很小时(例如板块运动)，则应适当地提高精度。 总的来说，在确定建筑物的沉降观测精度时，要考虑的作用因素可以归纳如表2.1。 6 黑龙江工程学院本科生毕业论文 表2.1 建筑物沉降观测精度参考因素 因素 精度要求高 精度要求低 (1)沉降观测的目的 安全监测 积累资料 (2)结构或设备对沉降的反映 敏感 不敏感 (3)预期的或正常的沉降 小 大 (4)复测时间间隔 短 长 (5)沉降速度 小 大 (6)建筑物造价 高 低 2.1.3沉降观测的频率 沉降观测的特点之一是重复观测。这就要求我们在设计时要确定重复观测的间隔，即沉降观测的周期或频率。 一般认为:沉降观测的频率应根据沉降观测的目的、沉降值的大小、沉降的速度和工程性质来确定。沉降速度越快，观测间隔要求越短。对于同一工程建筑物，在不同时期，观测间隔要求也不一样。在观测初期，由于对沉降规律不了解，为保险起见，此时要求间隔要短。而在观测后期，在对沉降规律有了一定的了解之后，则可适当地拉长观测间隔。当然，这些原则不是绝对的，出现紧急情况时，应作临时紧急观测。对于旨在详细研究沉降过程的沉降观测，间隔有时要求很短，有时甚至要求连续观测，以及紧急观测(如出现台风、洪峰等情况)。 2.2 观测网的布设 2.2.1 沉降监测控制网布设 沉降监测水准基点必须数量足够、点位适当，监测点的设置一是便于测出建筑物基础的沉降和倾斜等;二是便于现场观测;三是便于保存，并不受损坏。在沉降监测之前，为了消除区域性的地面沉降影响，必须妥善布置基准点、工作基点和沉降监测点的三级布点，或布设水准基点和沉降监测点的两级布点。对于建筑物较少的测区，宜将基准点连同监测点按单一层次布设;对于建筑物多且分散的测区，宜按两个层次布网，即由基准组成的控制网，监测点与所连测的监测点组成扩展网。根据监测精度要求，沉降监测控制网应布设成网形最合理、测站数最少的监测环路,亦可布设成闭合水准路线，或布设成符合水准路线。 在整个监测网中，通常应有四个埋设足够深的水准基点，其余的可埋设为地下或 7 黑龙江工程学院本科生毕业论文 墙上。施测时，可选择一些稳定性较好的监测点作为水准路线基点与水准网统一监测和平差。由于施测时不可能将所有的监测点纳入水准线路内，故大部分监测点只能采用中视法测定，而水准转点则会影响成果精度，所以选择一些监测点作为水准转点极为重要。 1、水准基点布设 以下因素:(1)(应布设在拟监测的建筑物之间，距离 布设水准基点时，必须考虑 一般为20~40m，工业与民用建筑物应不小于15m，较大型并略有振动的工业建筑物应不小于25m，高层建筑物应不小于30m;(2)监测单独的建筑物时，至少布设三个水准基点，以便互相检核判断水准点高程有无变动。对占地面积大于5000平方米或高层建筑物，则应适当增加水准基点的个数;(3)当设置水准基点处有基岩漏出时，可以用水泥砂浆直接将水准点浇注在岩层中，一般水准点应埋设在冻土线(各地区不同，如哈尔滨1.99m，上海0.06m)以下0.5m处;(4)各类水准基点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区，以及其它能使标石、标志遭受腐蚀和破坏的地点。水准点的形式与埋设沉降观测水准点的形式与埋设要求，一般与三、四等水准点相同，但也应根据现场的具体条件、沉降观测在时间上的要求等决定。当观测急剧沉降的建筑物和构筑物时，若建造水准点已来不及，可在已有房屋或结构物上设置标志作为水准点，但这些房屋或结构物的沉降必须证明已经达到终止。在山区建设中，建筑物附近常有基岩，可在岩石上凿一洞，用水泥砂浆直接将金属标志嵌固于岩层之中，但岩石必须稳固。当场地为砂土或其他不利情况下，应建造深埋水准点或专用水准点。 2、监测点布设 布设监测点时，应根据建筑物的大小、基础形式、结构特征及地质条件等因素确定。一般可根据下列几方面布置:(1)监测点应布置在建筑物沉降变化较显著的地方，并要考虑到在施工期间和竣工后，能顺利进行监测的地方;(2)在建筑物的四周角点、中点及内部承重墙(柱)上均需埋设监测点，并应沿房屋周长每隔10~12m设置一个监测点，但工业厂房的每根柱子均应埋设监测点;(3)由于相邻影响的关系，在高层和低层建筑物、新老建筑物连接处，以及在相接处的两边都应布设监测点;(4)在人工加固地基与天然地基交接和基础砌深相差悬殊处以及在相接处的两边都应布设监测点;(5)当基础形式不同时，需在情况变化处埋设监测点，地基土质不均匀，可压缩性土层的厚度变化不一等情况需适当埋设监测点;(6)在振动中心基础上要布设监测点，对于烟囱、水塔等刚性整体基础上，应不少于三个监测点;(7)当宽度大于15m的建筑物在设置内墙体监测标志时，应设在承重墙上，并且要尽可能布置在建筑物的纵横轴线上， 8 黑龙江工程学院本科生毕业论文 监测标志上方应有一定的空间，以保证测尺直立;(8)重型设备基础的四周及邻近堆置重物之处，即有大面积堆荷的地方，也应布设监测点;(9)沉降监测点的埋设标高，一般在室外地坪+0.5m较为适宜，但在布置时应根据建筑物层高、管道标高、室内走廊、平顶标高等情况来综合考虑。同时还要注意所埋设的监测点要让开柱间横隔墙、外墙上的雨水管等，以免所埋设的监测点无法监测而影响监测资料的完整性;(10)在浇筑基础时，应根据沉降监测点的相应位置，埋设临时的基础监测点。若基础本身荷载很大，可能在基础施工时就产生一定的沉降，即应埋设临时的垫层监测点，或基础杯口上的临时监测点，待永久监测点埋设完毕后，立即将高程引到永久监测点上。在监测期间，如发现监测点被损坏，应立即补上。 2.2.2 水准基点的标志与埋设 水准基点的标志构造，要根据埋设地区的地址条件，应尽量埋设在基岩上，或者深埋于原状土内，决不允许埋设在人工土内。由于人工土所有时可以达到数米深，所以选点时应谨慎考察，对于重要建筑工程，基准点应力求埋设在基岩中。对于一般的厂房的沉降观测，可参照水准测量中三、四等水准规范进行标识设计与埋设;对于精度高的沉降观测，需要设计和选择专门的水准基点标识。 1、地面岩石标 如果地面上土层很浅，地表有完整的基岩露头时，可埋设基岩标志点。先清理上不得覆盖物，并除去岩石的风化层，然后在新鲜的基岩上开凿一个适当深度的岩坑。在此岩坑开凿一个深度大于0.1m的岩孔，孔内必须用水洗净，灌注1:2的水泥砂浆，埋设保护盖标志。当基岩露头在地面以下深度不超过1.5m时，可在基岩中开挖一个深度小于0.5m的岩坑，浇灌钢筋混凝土柱石。 2、下水井式混凝土标 用于土层较厚的地方，测点标志用不锈钢或陶瓷镶嵌在柱石上。为了防止雨水灌进水准基点井里，井台需要高出地面0.2m当柱石顶面距离地面深度较大时，标石可由柱石和底盘组成，并在上面加混凝土标志保护盖，在保护盖上加覆盖物。 3、深埋钢管标 当地表覆盖的第四纪冲基层较厚时，并且基岩埋藏深度较大时，采用钻孔穿过土层和风化层埋设钢管标志，这类标适于平坦地区，可采用钻孔深埋钢管标志。 为了检查水准基点本身的变化，通常以三点为一组方式布点。地形条件许可时，可组成没变长100m的等边三角形，每个埋设标志。定期测定3点高程变化状况。若地形条件困难，也可以把三点布设成直线连接图形。 9 黑龙江工程学院本科生毕业论文 2.2.3沉降监测点的标志与埋设 沉降监测点的标志可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙(柱)标志、基础标志和隐蔽性标志等形式。各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂。 1(角钢或圆钢头观测点标志与埋设 将30mm×30mm×5mm的角钢锯成长为160,180mm的节，在离地面300,500mm的墙上凿一个孔，深120,140mm。将角钢嵌入孔内，并使角钢与墙面斜成60?角，角钢漏出墙面约40mm，角顶向上。角顶如有毛刺应予磨光，埋设在墙上，用水泥沙浆灌实并与墙抹平，如图2.1所示。为了美观也可以把观测点作成图2.2所示的圆纲头观测点。 图2.1 角钢监测点 图2.2 圆钢头监测 2(钢筋观测点标志与埋设 将直径为18,22mm的钢筋锯成为230,250mm的节，将每节钢筋弯成U形， 一端顶部加工成半球形。在离地面300,500mm的墙上凿孔，孔深120,140mm。如图2.3所示，将钢筋水平嵌入墙孔内，半球端垂直向上，钢筋露出墙面约40mm，用水泥沙浆灌实并与墙面抹平。 图2.3 钢筋监测点 10 黑龙江工程学院本科生毕业论文 3(隐蔽观测点标志与埋设 如图2.7所示，用直径20,30mm，长约300mm的圆钢，一端加工成球状，另一端套丝。另用一节圆钢或钢管加工成套管，套管内壁加工丝扣，与监测点标志的螺丝 ,500mm的墙上凿孔，将套管嵌入，套管口与墙面齐，用水泥相配合。在距地面300 砂浆灌实并与墙面抹平。使用时将观测点标志旋入，不用时卸下保存。 图2.4 隐蔽监测点 2.3 系统设计内容及说明书的编制 沉降观测系统设计是一项复杂、系统的工程，为了了解沉降观测的全貌，现将其主要内容列于下表2.2。 表2.2 沉降观测系统全貌概括 点类 固定基点 工作基点 观测点 要求 稳定 形变小、离测点近 有代表性 布设方法 深埋、远设 沉降体附近 沉降体上 观测 沉降网(基点观测) 测观测点 在工程建筑物进行结构设计的同时，就应进行沉降观测系统的设计，设计内容包括:观测项目和测点布置，观测仪器的选定，如系特殊仪器，还须给出该仪器及附件的设计加工图，观测布置图和施工详图，同时编写详细的设计说明书和观测规程。 为了进行安全监测，首先要设计专门的安全监测方案，编制具体的设计说明书。说明书的内容一般包括以下几个方面: 1、完成沉降测量有关作业依据; 2、有关建筑物、自然条件和工艺生产过程的概述; 3、控制点和沉降点的布置方案; 4、计算和说明各观测阶段的必要精度; 11 黑龙江工程学院本科生毕业论文 5、对测量的仪器、方法和其它相关事项的要求; 6、对观测成果的整理方法、沉降分析和工程实施的建议; 7、观测进度计划表; 8、观测人员的编制和预算; 在第一项中，应指出所依据的测量规范和建筑法规，或主管部门的文件和具体规定。如系承包项目，还应包括所履行 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 的条款，提交成果的内容与期限以及经济责任等内容。 2.4 本章小结 本章主要介绍了沉降观测系统的布设，首先是介绍了确定沉降观测精度的基本原则，以及按允许沉降值和按沉降观测实测数据的统计分析两种方法来确定观测精度。然后，根据沉降观测的特点讲述了确定沉降观测频率的依据。接下来，介绍了沉降观测点的布设，并根据本文主要研究课题，重点讲述建筑物沉降观测点的布设。最后，是系统设计内容及说明书的编制过程。 12 黑龙江工程学院本科生毕业论文 第3章 沉降观测的技术方法 3.1 基本方法 目前，沉陷观测中用得最多的是几何水淮测量。对于中、小型厂房和土工建筑物的沉陷观测一般可采用普通水准测量，而对于大型厂房、高层建筑物及混凝土坝等建筑物，则一般采用精密水准测量。 考虑到沉陷观测本身的特点，为了保证其质量和观测方便，无论建筑物是何种类型，工作在何种场合，除了遵循一般水准测量有关规定之外，还应该注意如下事项: 1、水准路线应尽量构成闭合环，以便为每期观测提供必要的检核，并通过平差适当地提高精度。 2、应采用“三固定”的方法来提高沉陷观测的精度。所谓“三固定”，就是各期观测中固定观测员、固定仪器、固定施测线路。采用“三固定”的方法之所以能提高精度，是因为它在整个沉降观测过程中把偶然误差系统化，从而使其在各期观测的差值中自动消除的缘故。 3、在固定线路上的固定测站、转点位置上设置临时标志和尺桩，以加快观测速度。 4、施工阶段的沉陷观测，应利用建筑物平面图分段记录观测时的施工进度，以便绘制沉陷量与荷载的关系曲线图。 根据编制的工程施测方案及确定的观测周期，首次观测应在观测点安定稳固后及时进行。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应从基础开始，在基础的纵横轴线上(基础局边)按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的)，等临时观测点稳固好后进行首次观测。 首次观测的各个沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用测量高差中误差不大于?0.1mm的精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。 随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500 mm)，然后每施工一层就复测一次，直至竣工。 5、将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值，从而确定出沉降量。 6、统计表汇总及成果整理提交 13 黑龙江工程学院本科生毕业论文 根据备观测周期平差计算的沉降量，列统计表进行汇总。 绘制各观测点的下沉曲线。首先建立下沉曲线坐标，横坐标为时间坐标，纵坐标上半部为荷载值，下半部为各沉降观测周期的沉降量。将统计表中各观测点对应的观测周期所测得的沉降量画于坐标中，并将相应的载荷量也画于坐标中，连线，就得到对应于荷载值的沉降曲线。 根据沉降量统计表和沉降曲线图，我们可以预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时地反馈到有关主管部门，正确地指导施工。特别是座在沉降量较大的地基上的重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。 3.2 建筑物的沉降观测 对于建筑物，沉陷观测的主要内容是基础沉陷观测。其基点一般为深埋标志，观测时，对于中、小型厂房可采用三等水准;而对于大型厂房、连续生产的设备基础和动力基础、高层的混凝上建筑物则一般采用二等水准。关于二、三等水准作业的方法可参考有关规范，但沉陷观测的水准视线较短，视距一般不超过25m。 在软土上挖掘深基础(8,10m以上)时，随着基坑的开挖，其底部会逐渐隆起。当建筑物荷载加上去以后，这部分隆起(回弹量)多半会重新沉下去。如果我们不知值基坑隆起了多高，就会把坑底“超挖”。这样，或者要消耗大量的建筑材料去抵偿这些超挖量，或者建筑物将低于设计标高，以至会误认为它是施工建筑物的沉降量。因此，在软土上挖掘深基础时应进行“基坑回弹观测”。 “基坑回弹观测”的要点是在基坑开挖之前先测得坑底土层的高程，待基坑挖到一定的深度以后，复测土层的高程，其与初始高程之差即为基坑回弹量。为此，在基坑开挖之前就要在该土层中将观测时所用的标志埋设在基础各部分所钻的钻孔中，标志顶部高程应低于基坑底面0.5m左右。标志的形式一般为一节钢管，管顶焊一半圆形端头，管壁钻有孔眼，埋设时，先将标志吊入钻孔底部，浇筑水泥砂浆，使标志与土层或岩层固结。 对于这类深式高程变化的观测，一般采用一种特制的钢线尺或钢尺悬吊重锤与标顶接触的办法。测量时必须使重锤与水准标志点很好地接触，因此需要多次地将重锤拉上放下，进行检查。 对于埋设在基础上的观测点，在砌筑墙壁或安装设备后机器开始运转之前，一旦埋设工作完成，就需开始第一次观测，往后随着荷重的逐步增加而重复进行观测.在运行期间，根据沉陷的快慢再确定重复观测的周期。每月、每季、每半年或每年观测一次，一直到沉陷完全停止为止。 由于在观测各个测点时水准路线往往不很长，并且其闭合差一般不会超过l, 14 黑龙江工程学院本科生毕业论文 2mm，因此闭合差可按测站平均分配。如果观测点之间的距离相差很大，则闭合差可以按距离成比例地分配。 3.3水准测量原理与操作 3.3.1水准测量基本原理 、水准测量概述 1 水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。 图3.1 水准测量基本原理 a —— 后视读数 A —— 后视点 b ——- 前视读数 B ——- 前视点 (1)、A 、 B 两点间高差: h,H,H,a,b ABBA h (2)、测得两点间高差后，若已知 A 点高程，则可得B点的高程 HABA H,H，hBAAB H,H，a,H，b (3)、视线高程: iAB (4)、转点 TP(turning point) 的概念:当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。 15 黑龙江工程学院本科生毕业论文 2.连续水准测量 图3.2 连续水准测量 如图所示，在实际水准测量中， A 、 B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A 、 B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点(用作传递高程)。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A 、 B 两点间的高差值，有: n h = a , b 111 h = a , b 222 …… 则: h = h + h +…… + h = h = a , b ,,,AB12n 结论: A 、 B 两点间的高差h等于后视读数之和减去前视读数之和。 AB 3.3.2 水准测量的实施与成果整理 1.水准点 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点 BM ，一般用表示。有 永久性和临时性两种。(见图3.3) 16 黑龙江工程学院本科生毕业论文 图3.3水准点 2.水准路线 水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式: 闭合水准路线 (closed leveling line) 。是水准测量从已知高程的水准点开始，最后 又闭合到其实点上的水准路线。这种形式的水准路线也可以使测量结果得到检核。 附合水准路线 (annexed leveling line) 。是水准测量从一个高级水准点开始，结束 于另一高级水准点的水准路线。这种形式的水准路线可使测量成果得到可靠的检核。 支水准路线 (spur leveling line) 。 是由一已知高程的水准点开始，最后又闭合到 起始点上的水准路线。这种形式的水准路线由于不能对测量成果自行检核，所以必 须进行往 测和返测，或者用两组仪器进行并测。 水准网:若干条单一水准路线相互连接构成的图形。 图3.4水准路线 17 黑龙江工程学院本科生毕业论文 3.水准测量的实施(外业) 水准测量的技术要求 如图，有: (1)水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。 (2)为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺法”。 两次仪器高法:高差之差 h-h'< ?5mm ;双面尺法，?红黑面读数差 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 码(参考信号)按一定方式进行比较，即可获得高度读数。数字水准仪测量系统的测量原理如图3.9所示，它由条码尺和主机两部分构成。其中条码尺由宽度相等或不等的黑白(黄)条码按照某种编码规则进行有序排列而成，这些黑白条码的不同排列方法就构成了目前各数字水准仪生产厂家编码标尺自主知识产权的核心。数字水准仪主机是在自动安平水准仪的基础上发展起来的。从世界上第一台数字水准仪NA2000到当今精度最高的数字水准仪Dini12，各厂家的数字水准仪主机采用了大体一致的结构，其基本构造由光学机械部分、自动安平补偿装置和电子设备组成，电子设备主要包括调焦编码器、光电传感器(线阵CCD器件)、读取电子元件、单片微处理机、CSI接口(外部电源和外部存储记录)、显示器件、键盘和测量键以及影像、数据处理软件等。 20 黑龙江工程学院本科生毕业论文 图3.7 数字水准测量系统原理图 各厂家数字水准仪测量系统不仅结构大体一致，其基本测量原理也相似:即采用编码标尺，水准仪内装CCD光电传感器和图像数据处理系统。编码标尺用不同宽度的条码组合来表征尺面的不同位置，人工完成照准及调焦后，标尺条码一方面被成像在望远镜分划板上，供目视观测，另一方面经过分光镜的反射又被成像在CCD器件上，随后转化成电信号，经整形后进入模数转换系统(A/D)，从而输出数字信号送入微处理器进行处理和存储，并将其与内存的标准码(参考信号)按一定的方式进行比较，即可获得编码标尺的高程读数。 各厂家标尺编码的条码图案不同，不能互换使用。各公司标尺的编码方式和电子读数求值过程仅仅是由于专利权的原因而完全不同。目前照准标尺和调焦仍需人工目视进行。如果使用传统水准标尺，数字水准仪又可以象普通自动安平水准仪一样使用，但是由于其没有光学测微器，若用作普通自动安平水准仪使用时，测量精度低于电子测量的精度。 3.4.2 数字水准仪的编码及读数方法 虽然各厂家数字水准仪测量系统结构大体一致，基本测量原理也相似，但是各厂家在测量算法上有较大的差别。当前数字水准仪测量系统主要有三种原理上相差较大的测量算法，三种测量算法与其相应的编码标尺的编码法则相关联。 1.徕卡数字水准仪的读数原理 徕卡公司的NA2002/A3003系列数字水准仪条码标尺编码采用了伪随机码，读数 使用了相关法。为便于理解，先介绍一下有关伪随机码和相关的知识。 2.徕卡数字水准仪伪随机码编码原理及其特性 在现代数字通信技术中，广泛使用二进制数(即“0”和“1”及其组合)来表示各种信 息。这些表达不同信息的二进制数及其组合，便称为码，它是一组二进制的数码序 21 黑龙江工程学院本科生毕业论文 列，又可以表达成以0和1为幅度的时间函数。一组码序列ul(t)，对某一时刻来说，码元是0或1完全是随机的，但其出现的概率均为1/2。这种码元幅度的取值，是完全无规律的码序列，通常称为随机码序列。随机码的特性是其自相关性好。将随机码序列ul(t)平移k个码元，由此便得到一个新的随机序列，设为u2(t)。如果两随机序列ul(t)和u2(t)所对应的码元中，相同的码元数(同为0或1)为Au，相异的码元数为Bu，则随机序列ul(t)的自相关系数R(t)定义为: A,BuuRt,，， (3.1) A，Buu 很明显，当平移的码元数k=0时，说明这是两个结构相同的随机码序列，其相应的码元均相互对齐，即Bu=0，则自相关系数R(t)=l;而当k?0时，说明这是两个结构不同的随机码序列。由于码序列的随机性，当序列中的码元数充分大时，便有Au?Bu，则自相关系数R(t)?0。于是根据码序列自相关系数的取值，我们便可以判断两个随机码序列的相应码元是否已经相互对齐。 虽然随机码具有良好的自相关特性，但由于它是一种非周期性的序列，不服从任何编码规则，所以实际上无法复制和利用。为了实际的应用，由一种称为“多极反馈移位寄存器”的装置产生一种伪随机码，它的主要特点是，不仅具有类似随机码的良好自相关特性，而且具有某种确定的编码规则。它是周期性的，可以容易地复制。 徕卡公司的数字水准仪存储器的个数与存储器能够表达的状态(条码的总数)M之间存在下述关系: r2,M (3.2) 徕卡公司数字水准仪的条码标尺选用的基本码元为2.025毫米，各条码的标称长度为基码宽度的整数倍，条码结构“黑+白”，其中黑条码和白条码各有15种宽度，共可以组成225种类型的条码。由式(3.2)得知:r的最小值为11，这时有2048个基本码元信息可以利用。 3、相关法读数原理 徕卡数字水准仪的数值处理以相关原理为基础，这就是事先将代表水准标尺伪随机码的图像存储在数字水准仪中，作为参考信号或基准信号;标尺条码经过望远镜系统后成像在CCD探测器上形成测量信号，读数时将两信号进行比较，即按一定步距移动参考信号直至两个信号获得最大相关系数，由此获得标尺读数和视距，这就是相关过程，此方法称为相关法。图3.10表示了这种读数方法的原理。 22 黑龙江工程学院本科生毕业论文 图3.8 相关法读数原理 由一于仪器到标尺的距离不同，条码在探测器上成像的宽窄也将不同，即图3.12中片段条码的宽窄会变化，随之电信号的“宽窄”也将改变。这将会引起相关的困难。NA系列仪器采用二维相关法来解决这个问题，也就是根据精度要求以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”，与探测器采集到的测量信号相比较，如果没有相同的两信号，则再改变，再进行一维相关，直到两信号相同为止，可以确定读数。参考信号的“宽窄”与视距相对应，“宽窄”相同的两信号相比较是求视线高的过程，因此二维相关中，一维是视距，另一维是视线高。 为了找到相关函数的最大值，必需在整个测量范围内进行系统搜索，在参考信号同测量信号重合的位置上会出现明显突出于其它相关系数的峰值，也就是要在距离一高度格网的每一个交点上都进行相关系数计算，这个计算量是相当大的，使得读数时间过长。为了缩短读数时间(二维相关时间)，NA系列仪器内部设计有调焦移动量传感器，它用来采集调焦的移动量，由此可以反算出视距，初步可以确定物像比例，对仪器内部参考信号的“宽窄”进行缩放，使其接近探测器采集到的测量信号的“宽窄”，然后再进行二维相关。 23 黑龙江工程学院本科生毕业论文 3.5本章小结 本章介绍了沉降观测用到的主要仪器——水准仪。通过对水准测量的原理与操作的介绍，进一步分析了数字水准仪的工作原理、读数方法及误差来源;数字水准仪具有读数客观，精度高，速度快，效率高，仪器重量轻，操作简便，减轻作业员的劳动强度，易于实现测量内外一体化等优点，从而为沉降观测提供有力的技术方法。 24 黑龙江工程学院本科生毕业论文 第4章 沉降监测数据处理及沉降分析 4.1 沉降观测的数据整理和分析 沉降观测的最终目的是保证建筑物安全运行提供可靠详尽的沉降数据，因此，要使沉降观测充当其施工、运营管理的耳目，起到指导安全使用和充分发挥其效益的作用。要达到沉降观测的目的，我们就不能停留在野外观测这个初始阶段。我们还必须对观测数据作进一步的内业工作，采用科学的方法对大量的零乱的数据进行整理，削弱偶然误差的影响，找出包括判断形变是否发生在内的真正的形变信息。更进一步讲，我们还应建立起形变与其它几何、物理因素之间的关系，找出沉降产生的内在机制和发展的规律，以便采取适当的措施。 4.1.1 沉降观测的数据整理 通过野外观测，我们获得了有关沉降体形变信息的原始数据。但是，这些数据还难以直接反映出形变的本质。这是因为:一方面数据中存在着难以避免的偶然误差或其它非固定系统误差的影响，它们有可能掩盖了真实的形变信息;另一方面，沉降观测的数据量大，在未经整理前，显得很零乱，这就使我们很难直接从这些数据中发现沉降的本质性规律。 观测资料的整理、分析，主要包括以下具体内容: 1、观测资料的整理。这一阶段的主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理将数据进行平差计算、编制成图表和说明，使它们成为便于使用的成果。 2、观测资料的分析，亦称沉降分析。这一阶段是分析、归纳建筑物沉降过程、沉降规律、沉降幅度及分析沉降的原因，找出沉降值与引起沉降因素之间的关系，进而判断建筑物工作情况是否正常。在积累了大量观测数据后，又可以进一步找出建筑物沉降的内在原因和规律，从而修正设计的理论和采用的经验系数。 由此可知，所谓沉降分析就是对野外观测所得到的数据进行科学的整理、分析，找到真正的形变信息和形变规律的过程。沉降观测的目的可以是实用的，也可以是科研的。沉降分析为实现这些目标起着重要的作用。 4.1.2 沉降分析 沉降分析的内容主要有几何分析与物理解释。 几何分析:其目的是得到沉降体的几何状态及其变化。它要解决的主要问题是:沉降是否发生，如果发生的话，在几何分析的基础上，求出沉降的速度与加速度。几何分析采用的方法一般是统计检验中的有关方法。同时，也通过绘制一定的沉降图、 25 黑龙江工程学院本科生毕业论文 表来描述建筑物的运营状态。 物理解释:它的目的是在几何分析确认存在沉降的基础上进一步确定沉降与各种物理因素的关系。例如大坝沉降与水位、温度、地质情况等因素的关系。物理解释采用的方法一般有作过程曲线图、回归分析和确定函数模型法。过程曲线图一般是在同一张图上同时绘制形变过程线和其它物理因素的变化过程线。回归分析法则是以观测数据为基础，统计地建立形变与物理因素的关系，由于该法利用的是已经获得的观测数据，故具有后验的性质，且要求观测的数据不能太少。确定函数模型法则是以弹性理论为基础，解析地建立形变与物理因素的关系，和回归分析法相似，确定函数法也具有后验的性质。 实际工作中，上述内容及采用的各种方法都不应截然分开，而应有机地结合、互为补充。 作为研究建筑物沉降而布设的沉降观测系统，一般为固定基点—工作基点—观测点的形式。固定基点和工作基点一般被纳入一个统一的沉降网(有时又称为监测网)内。由于沉降网的观测周期、精度及观测方法与测点观测完全不同，所以二者的沉降分析一般也是分开进行的。 对于沉降网的沉降分析，其主要内容是寻找稳定点和确定工作基点位移的大小。前者是为沉降分析提供可靠的基准，后者是为了给测点观测的成果加以适当的改正。在沉降网的沉降分析中，一般要用到自由网平差和线性假设检验的有关理论。当沉降网内含有不同类观测数据时，还要采用平差随机模型验后估计的有关方法。同时，为了提高沉降分析成果的可靠性，排除粗差及其它模型误差对沉降分析成果的干扰，在网的设计和平差过程中，一般要利用误差处理与可靠性的有关理论和优化设计的有关方法。 对于测点观测的沉降分析，其主要内容是:绘制有关沉降过程图表，描述沉降状态以及寻找或确定沉降与其他因素的关系。 4.2 监测网沉降分析方法 一般我们把固定基点和工作点纳入同一个控制网之内，并要求网形具有一定的图形强度以保证基点观测的精度和可靠性。这种由固定基点和工作基点构成的控制网通常称为沉降网(监测网)。沉降监测网一般分为参考网(又称绝对网)和相对网。相对网的所有点都在沉降体上，通过测量网点之间的相对移动来确定沉降体的几何沉降状态。参考网所有的点一般设在沉降体外，其目的是用于测量沉降体上观测点的“绝对”沉降。参考网测量的目的是验证参考网本身的稳定性。参考网是一个基准网，只有在参考网本身稳定的情况下，才能对沉降体进行沉降观测和位移计算，因此在沉降分析中应首 26 黑龙江工程学院本科生毕业论文 先对参考网点的稳定性进行分析。 在沉降观测中，沉降体的位移是相对于参考点的。如果参考点是稳定的，那么所求的位移是真正的位移，利用所求位移及其精度可以进行沉降体的趋势的估计。可以看出，参考点的稳定性检验是至关重要的。可以用逐次定权迭代法鉴别不稳定的参考点。 4.3 沉降物理解释的方法 沉降的几何分析仅对沉降体的形状和大小的变化作几何描述，还不能对沉降的原因作出解释。确定沉降体的沉降和沉降原因之间的关系，是沉降观测物理解释的任务。 沉降体的沉降往往是由多方面的因素引起的。例如，高层建筑物的沉降可能是由建筑物本身的重量、日照、风荷载等作用产生的。混凝土大坝的沉降是由水库水压的作用、坝体内温度的变化、建筑材料的蠕变、基础地质的塑性沉降所造成的。 确定沉降体的沉降和沉降原因之间的关系有两种基本方法:统计分析法(或回归分析)和确定函数模型法。 4.3.1 多元线性回归 我们知道，描述自然界事物之间的关系大致有两种:一种是确定性关系，另一种是相关性关系。确定性关系说明变量之间存在一种显示的制约，在己知自变量的情况下，即可求出因变量。例如圆的周长与直径的关系。相关关系则只能说明变量之间存在着一种趋势，例如身高与体重的关系。回归分析就是一种以统计理论为基础来确定这种相关关系(或者说使上述趋势定量化)的数学方法。 在进行回归时变量有自变量和因变量之分，且假定自变量为非随机变量，因变量是正态变量，其方差是固定值。同时还要求不同的观测数据都是独立观测得到的。 在沉降分析时，结合有关知识，我们往往知道沉降量与某些因素之间可能存在着一定的相关关系。如大坝在垂直于坝轴线方向上的位移与水位之间就存在相关关系。然而，我们不能仅停止在这种定性的结论上。还希望解决如下的问题: 1、就分析的实际问题而言，沉降量到底与哪类因素相关、与哪些因素无关或关系不大，相关程度怎样?解决了这个问题就可以从众多的因素中找出主要的因素，以便有的放矢地采取措施。 2、沉降量与各种相关的因素之间关系怎样?或者说，根据实际问题找到沉降量与有关因素之间的定量化关系。有了这种关系，就可以对未来某种情况下的沉降量作出具有一定统计意义的预报，以便采取预防措施。回归分析法是通过分析观测的沉降和外因之间的相关性，来建立沉降与荷载之间关系的数学模型。统计分析法利用过去的沉降观测数据，因此具有“后验”的性质。回归分析法目前用得比较广泛，回归分析方 27 黑龙江工程学院本科生毕业论文 法有线性与非线性回归之分，很多非线性回归可以通过变量变换转化成线性回归。 在实际问题中，多元线性回归模型只是我们对问题初步分析所得的一种假设，故在求得多元线性回归方程后，还需对其进行统计检验。检验分两步，即回归方程显著性(有效性)检验与回归系数(因子)显著检验。通常包括回归方程显著性检验和回归系数显著检验。 4.3.2 非线性回归 在沉降观测的实践中，沉降值与沉降因素之间的关系并非都是线性的，常常会出现非线性关系。解决这类非线性回归问题，一般是通过变量的代换化为线性回归问题:即将自变量和因变量进行适当的变换，把非线性方程化为线性方程。进行非线性回归分析的方法是:先根据专业经验或散点图确定函数类型，即配上合适的曲线，再把它化为直线，使之变成直线回归。 4.3.3 灰色系统理论 回归分析法尽管是目前国内外广泛采用的沉降物理解释方法，但在实际应用中它存在如下不足: 1、由于多元回归具有“后验”的性质，它需要累积一定量的沉降资料后才能对建筑物的沉降做出预报;当建筑物发生以往未曾发生的情况时，多元回归的预报偏差很大。 2、由于回归分析中自变量之间的相关性，使回归系数的稳定性较差，有时甚至出现回归系数在符号上的变化。回归系数的不稳定，造成多元回归分析的预报偏差较大。 3、实例分析表明，多元回归分析所得的残差序列{s}不服从正态分布的要求，这表明回归方程还遗漏了某些对沉降有影响的因素。或者由于各因素对沉降的影响很复杂，模型未能很好的拟合。 沉降按其时间特性分为:静态式、运动式、动态式。动态式沉降的特点是具有周期性。工程建筑物的沉降既受观测时刻各种因素的影响，还受到观测时刻以前各种因素的影响，观测所得到的是一组以时间为坐标的观测数据，叫“时间序列”。灰色系统理论把时间序列看作是一定时空区域变化的灰色过程，认为无规则的离散时空数列是潜在的有规序列的一种表现，因而通过生成变换可将无规序列变成有规序列。也就是说，灰色系统理论的建模，实际上是对生成数列的建模，它对原始数据没有大样本的要求，只要原始数列有4个以上的数据就可通过生成变换来建立灰色模型(Grey Mode即GM)。它克服多元回归分析在这些方面的不足。 灰色系统理论将某个幅值区间变化的量，称为灰(色)量，将某个随时间而变的灰量，称为灰过程。灰色系统是指信息部分明确、部分不明确的系统，己知的信息称为白色，未知的信息称为黑色。它通过对原始数据重新生成，将没有规律的原始数据序 28 黑龙江工程学院本科生毕业论文 列通过累加或累减处理而成为具有较强规律性的新数列，再用微分方程来描述这一新的数列，解此微分方程即得到自变量与因变量的关系。 1、GM模型的建立 灰色系统所建模型简称GM模型。对h个变量采用前面提到过的累加生成，用n阶微分方程建立的模型称GM(n,h)。 2、PGM模型建立 目前人们通常采用GM(1,1)模型进行沉降进行变型预测，GM(1,1)预测模型是以固定的背景值(1-AGO 的紧邻均值)为基础进行建模的。由于紧邻值的前值和后值之间可能会出现突变量，故采用紧邻加权平均值作为背景进行灰色建模要合理一些。根据新的背景值取法，将GM(1,1)模型扩展为PGM(1,1)模型，并用该模型进行了实际的沉降预测。实际应用结果表明，所建的PGM(1,1)模型比GM(1,1)模型拥有更好的预测效果。 4.4 本章小结 沉降观测的最终目的是保证建筑物安全运行提供可靠详尽的沉降数据，因此，本章主要研究了沉降观测的数据整理和沉降分析。观测资料的整理、分析，主要包括对现场观测所取得的资料加以整理、编制成图表和说明，并分析、归纳建筑物沉降过程、沉降规律、沉降幅度及分析沉降的原因，判断建筑物工作情况是否正常。 29 黑龙江工程学院本科生毕业论文 第5章 哈尔滨医科大学研究生公寓沉降监测 5.1 工程概况 哈尔滨医科大学第一附属医院的研究生公寓楼，位于哈尔滨市南岗区一曼街，改造工程由黑龙江省信诚电站工程有限公司承担。大楼高七层，采用桩基基础，框架结构。因为地势高低原因在南侧面临一曼街的楼体显示为二层结构，而在北侧观察则实为7层。近期在北侧中们的门口正前方因为需要下管道的原因进行了深挖坑的施工，同时在地下日夜不停的用抽水机抽出大量的地下水。因为工程量较大，坑的深度较深，抽出的水量也比较大，医大的领导层本着对学生安全负责的态度聘请我校测绘工程专业的师生对次大楼进行沉降监测。主要工作是对大楼主体进行沉降观测和倾斜观测。经系领导的同意我有幸随老师参加了这次难得的学习机会，同时为自己的毕业论文收集数据资料。老师制定的监测计划是每隔一天进行一次，且要求我们一定按照做一等水准的态度对待这次工作，从此可以看出老师的负责态度和对我们的严格要求。 5.2 基准点和观测点的布设 建筑物的沉降量是以基准点来衡量的,因此,基准点应该选择在沉降影响范围以外而且便于长期保存的稳固位置,使用时应作稳定性检查或检验,并以稳定点作为测定沉降的参考点。工作基点应选设在靠近观测目标且方便联测的稳固位置,使用前应利用基准点对其进行稳定性 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 。基准点是判定建筑物沉降变化的依据,设置时应满足牢固和长久保存的条件,以便开展施测和日后能够继续跟踪观测。根据现场的环境条件,我们在刚下桥进门的附近，远离被测大楼大概400米的地方深埋了19、20号点作为观测的工作基点，工作完成后对该工作基点进行了稳定性的检测，最终确定了这个工作基点。其中5号点是基准点，1、2、3、4、6—10号点是监测点。 观测点的布设是沉降观测工作中很重要的环节,观测点布设的优劣不仅直接影响到观测数据能否反映出建筑物的整体沉降趋势和局部沉降特征,而且影响工作效率,因此在布设沉降观测点时,综合考虑了几个因素:(1)建筑物的结构和形状;(2)地质条件;(3)荷载因素;(4)点位的保存及方便观测。经过分析,在建筑物的墙壁上选择了7个观测点按设计的要求,沉降观测点分布如下图5.1: 30 黑龙江工程学院本科生毕业论文 图5.1 沉降点分布图 5.3 技术要求及观测方案的制定 一般而言,建筑物沉降测量的等级划分为特级、一级、二级和三级,对一个实际的工程,沉降测量的精度等级应根据建筑物的沉降允许值进行估算,对于未规定或难以规定沉降允许值的观测项目,可根据设计、施工的原则要求,选取适宜的精度等级。考虑到本大楼属于高层大型建筑物,地质条件也不好,因此,根据《建筑物沉降测量规程》(JGJ/T8-97)和《工程测量规范》(GB50026-93)等的规定以及设计的要求,我系工作组决定按二级沉降测量技术要求施测。具体技术要求见下表: 31 黑龙江工程学院本科生毕业论文 表5.1 一、二等水准测量作业限差 任一测站上前后视线高度 等级 仪器类型 视线长度 前后视距差 视距差累积 (下丝读数) ?30 ?0.5 ?1.5 ?0.5 一等 DSZ05，DS05 ?50 ?1.0 ?3.0 ?0.3 二等 DS1，DS05 注:下丝为近地面的视距丝 和每公里水准测量的全中误差一般不得超过每公里水准测量的偶然误差MM,, 表5.2的规定数值。 表5.2 一、二等水准测量中误差 测量等级 一等 二等 M0.45 1.0 , M1.0 2.0 , 使用仪器:本次沉降观测采用莱卡电子水准仪、莱卡全站仪、铟瓦钢尺两根、尺垫、两个、测签、三脚架、棱镜、30米卷尺。外业数据采集后，将观测成果输到计算机上采用清华三维等软件进行数据处理。 高程监测网按二级沉降测量精度布设，基准点布设4个，组成一个闭合路线。基准点布设在沉降区域外坚实稳固的地方，使用墙水准标志和钢桩标志采用深埋方法。监测网使用瑞士LEICA DNA03自动安平水准仪，配合:因瓦条码水准尺观测。水准仪性能指标为:望远镜放大倍数为24倍;自动安平精度为?0.3";估读值为0.01mm。每公里往返高差中误差0.3mm，观测前应对测量仪器进行全面检验，均符合相应规范技术要求。高程监测网首期观测两次，按二级沉降测量精度限差要求观测，在计算机上进行平差计算，取各基准点的平均值作为沉降观测的起算高程，环线闭合差及往返较差需满足: (n为测站数)。在以后的沉降观测过程中定期对基准点进,,,hn1.0mm 行检测，以验证各基准点的稳定性，检测已测高差之差。 ,,1.5mm n 1、工作基点的布设与施测 工作基点布设2个，在建筑场地附近既便于工作又不易破坏的位置，使用钢桩标志采用深埋方法。观测方法和技术要求与基准点相同。应定期与基准点联测，进行检查。检测已测高差之差，n为测站数。 ,,1.5mm n 2、沉降观测点的布设与施测及观测方案 32 黑龙江工程学院本科生毕业论文 (1)沉降观测点的布设与施测 根据规范要求，沉降观测点布设在建筑物的拐角处、沉降缝两侧及重要的承重部位。沉降观测点根据甲方提供的点位在现场实地布设。点位高度应在室外坪以上0.25m处，点位正上方3.0m范围内不应有突出物，以便于立尺观测。标志机械墙上打孔并将标志连接在建筑物的主体上，确保沉降观测精度。首次观测方法及技术要求与基准点相同。首次观测2次，取各点平均值作为沉降观测点首期观测成果。 (2)观测方案 该工程采用任意高程基准。采用二等水准测量进行观测。根据甲方要求随着建筑工程的进展，从测量任务开始起每隔1天左右(视工程进展情况而定，由甲方通知乙方)进行一次测量。 5.4 沉降观测成果及分析 在做好前期埋点、绘制工作地形图等准备工作以后每间隔一天进行一次水准测量，将采集的数据进行处理后可以得出此大楼的沉降沉降量。 表5.3 第三次测量成果 第三次 2009.5.19 点号 高程/m 沉降量/m 累积沉降量/m 8 100.972865 -0.00002 -0.00002 7 100.58445 0.0000225 0.0000225 4 100.29956 0.000025 0.000025 3 100.51046 0.0000825 0.0000825 2 100.477305 0.000145 0.000145 1 100.82263 0.00002 0.00002 11 100.744205 -0.0002325 -0.0002325 33 黑龙江工程学院本科生毕业论文 表5.4 第四次测量成果 第四次 2009.5.21 点号 高程/m 沉降量/m 累积沉降量/m 8 100.972655 -0.00021 -0.00023 7 100.584275 -0.000175 -0.0001525 4 100.299525 -0.000035 -0.00001 3 100.51041 -0.00005 0.0000325 2 100.47715 -0.000155 -0.00001 1 100.82228 -0.00035 -0.00033 11 100.74412 -0.000085 -0.0003175 表5.5 第五次测量成果 第五次 2009.5.25 点号 高程/m 沉降量/m 累积沉降量/m 8 100.972685 0.00003 -0.0002 7 100.58417 -0.000105 -0.0002575 4 100.299275 -0.00025 -0.00026 3 100.510205 -0.000205 -0.0001725 2 100.477075 -0.000075 -0.000085 1 100.822295 0.000015 -0.000315 11 100.744135 0.000015 -0.0003025 34 黑龙江工程学院本科生毕业论文 图5.3 绘制曲线图 曲线说明:将沉降量放大1万倍，纵坐标为各沉降监测点的沉降量，横坐标为各点所在位置。将每次监测各点所得的沉降量用圆滑的曲线相连即得此图。如图所示三条圆滑曲线分别由第一次、第二次、第三次测量数据绘制而成。 内业计算与成果分析: 本次沉降观测使用LEICA DNA03电子精密水准仪，外业自动记录，内业传 入计算机中用清华三维软件平差得出数据。 (1)对基准点及沉降观测点精度成果数据统计来看，观测精度符合有关技术要求; (2)LEICA DNA03仪器检测前后精度变化值比较稳定，可以保证沉降数据的连续使用; (3)通过以上精度分析，观测成果符合有关规定要求，观测成果真实可靠。 结论: 自2009年5月17日至6月2日的观测成果分析，该建筑物的各观测点沉降量变化都很小，其中2号点累积变化量最大为0.000335，7号点变化最小为-0.0000125。每次测量的变化量都在误差范围内，所以可以说明建筑物是基本稳定的。 5.5 本章小结 本章本主要根据哈尔滨医科大学第一附属医院的研究生公寓大楼沉降观测实例，综合前几章所述内容，运用实例说明了基准点和观测点的布设，技术要求及沉降观测和倾斜观测方案的制定。并且对所得的数据进行了处理和分析，从而得出对此次沉降监测工作的结论。 35 黑龙江工程学院本科生毕业论文 结 论 科学、准确、及时的分析和预报工程及工程建筑物的沉降情况，对工程建筑物的施工和运营管理极为重要，这一工作属于沉降监测的范畴。由于沉降监测涉及到测量、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，并正向边缘学科的方向发展，也已成为测量工作者和其他学科专家合作研究的领域。 建筑物沉降观测是建筑物施工和运营管理过程中安全监测的必要手段。它能为验证设计计算参数、检验施工质量，建成后安全运营以及工程质量事故判断与处理提供必要的数据和评价资料。沉降测量成果是建筑物建筑工程质量检查主要依据，是竣工验收的主要文件之一，是工程技术档案的一部分。对于特殊的建筑物沉降观测成果为建筑科学试验研究提供重要的设计参数。 沉降测量是一门交叉学科。建筑物沉降观测系统设计应根据具体工程与建筑设计单位等相关部门在利用已有工程勘探资料、水文资料以及周边相关建筑物布局特征的基础上，确定沉降观测内容、观测精度、方法以及观测周期。对沉降观测的成果在数据处理方面，方法更严密。沉降分析方面在几何分析的同时进行物理解释，确定引起沉降的因素及权重，为建筑物安全维护提供依据。沉降体沉降趋势通过对不同的数学模型预测的结果进行分析比较来确定最佳预测模型的准确性。 沉降观测在我国起步较晚，但发展很快。有许多业内专家和学者对沉降观测方法、观测数据处理以及沉降分析进行系统地研究和探讨。另外，摄影测量技术也是当前和今后沉降观测手段之一，它具有信息丰富、工作量小、信息采集时间短，无需直接接触沉降体等优点.特别是地面摄影测量技术，随着摄影测量仪器分辨率的提高，影像信息处理软件的日臻完善，其优势更加突出。 总而言之，沉降监测工作的意义重点表现在两个方面:首先是实用上的意义，主 构的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时要是掌握各种建筑物和地质结 发现问题并采取措施;其次是科学上的意义，包括更好的理解沉降的机理，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沉降预报模型。 36 黑龙江工程学院本科生毕业论文 参考文献 [1]张正禄，黄全义，文鸿雁，邓跃进等.工程的变形监测分析与预报[M].北京:测绘出 版社，2007.11. 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[21]Michad F.Goochind The National center for Geographic information and Analysis surveying and land information systems[J], 1990,179-188. 37 黑龙江工程学院本科生毕业论文 致 谢 时光飞逝，四年的大学学习生涯即将结束，我的毕业论文也己定稿，回首往事，感憾万千! 首先我要感谢我的学校给了我4年丰富多彩的大学生活，在这期间里我学会了适应社会，学会了面对挫折，学会了我将从事一生的专业技能。至今我仍然为我当年的选择感到骄傲。时间证明了我的选择，因为在这四年的学习时间里我已经深深的爱上了我的专业，在即将到来的工作学习生活中，我一定尽我最大的努力为学校争光，把学校的测绘精神发扬光大。 其次，要感谢我的指导老师鲍建宽老师,本篇论文的顺利完成离不开老师的悉心指导，在此我谨致以崇高的敬意和衷心的感谢!忘不了在确定本次研究选题时对我的教导和启发;忘不了在写开题报告时的精心指导;忘不了在论文写作过程中的谆谆教导。每当遇到自己不能解决的问题时，老师总是不厌其烦地开导我，从开题报告到题纲的设计，从实践操作到理论分析，从论文撰写到定稿，无不体现了老师对我的关怀。在论文的完成过程中，他深厚的学术功底、严谨的治学态度、和蔼可亲的为师之道和不知疲倦的进取精神，让我受益颇深，为我树立了人生道路上的榜样，是我今后从事教育事业道路上的楷模。 同时,我还要感谢大学期间各位任课老师在学习上给予我的指导和帮助，是他们在四年的本科学习中指导我们学习，指导我们如何做学问,教给了我们许多做人治学的道理，你们的高尚的人格和行为风范，将为我今后的工作和生活产生久远的影响。 还要感谢我的家人，漫漫求学历程中，你们始终对我报以殷切的希望，付出了多少无私的关爱和心血。给我鼓励，给我信心，让我在人生路上勇敢地向前踏出每一步，谢谢你们，我会铭记你们的关爱～ 最后,感谢我的同窗学友，因为我们有共同的理想与追求。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意～虽然此文历经几次修改，但由于笔者水平有限，文中仍会存在许多不足和缺陷，敬请诸位老师和学友不吝批评指正，以使我更加深入地研究和提高～ 38