摘
建筑物变形观测工程测量中重组成部分着国社会义济建设步伐快速发展高层建筑物工业建筑物等工程设施兴建建筑物建设完工运营程中会产生定量变形种变形超定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物身安全建筑物施工运营期间必须进行监测文首先介绍变形监测基知识述建筑物监测容包括沉降监测建筑物体倾斜度监测接着简描述产生变形原高程系统选择变形监测工程测量方法布网方案研究该变形监测数处理方案终出沉降分析绘制出载荷—时间—沉降曲线图通该高层建筑变形监测研究目保障建筑物施工竣工安全体现出高层建筑建设程中变形监测重性建筑物安全提供必评估数
关键词：变形监测沉降监测倾斜监测 差计算
Abstract
Building deformation monitoring is an important part of engineering survey With the fast pave development of China＇s socialist economic construction and construction of Highrise buildings industrial buildings and other projects and facilities buildings under construction and buildings completed in the period of use will produce distortions Once these distortions exceed a certain limit it will affect the normal use of the building and may endanger the safety of buildings and people in severe cases For this buildings under construction and in the period of use should be monitored This paper firstly introduced the basic knowledge of deformation monitoring discussed the building monitoring which included the monitoring of subsidence and the inclination monitoring of the main building Then it briefly described of the deformation cause elevation system selection survey methods of deformation monitoring engineering and distribution of network programs the data processing program of deformation monitoring also has been researched Finally this paper obtained the subsidence analysis and figured the curve figure named loadtimesubsidence Through the research of this highrise building deformation monitoring this paper aims at safeguarding and reflecting the deformation monitoring importance of buildings under construction and in the period of use which provides necessary evaluation data for the security of buildings
Keywords Deformation monitoring Subsidence monitoring Inclination monitoring Adjustment calculation
目 录
1 综述 1
11 选题背景 1
12 选题目 1
13 高层测区概况 2
14 引起建筑物变形原 2
15 执行标准规范坐标系统选择 3
2 变形监测容方法 4
21 变形监测容 4
22 变形监测目 5
23 变形监测技术发展 7
24 变形观测方法选择 7
3 高层建筑物沉降监测 9
31 引起高层建筑物沉降原 9
32 水准基点位置选择埋设 9
321 水准基点选择求 9
322 水准基点埋设 10
33 监测点位置选择埋设 10
331 监测点位置选择 11
332 监测点位置埋设 11
34 观测精度仪器选择 12
35 观测方法周期 14
36 水准测量精度 15
37 提高观测精度方法 16
4 高层建筑物倾斜监测 17
41 引起建筑物倾斜原 17
42 基准点位置选择埋设 18
43 倾斜观测点位选择埋设 18
44 体倾斜观测观测精度仪器设备选择 19
45 施测方法观测周期 21
46 提高精度方法 23
5 数处理 24
51 变形监测数处理三差方法 24
52 差方法选择 24
53 间接差数处理应 24
54 间接差法求差值计算步骤 24
55 沉降观测数预处理 25
56 沉降监测网差 25
57 倾斜观测差计算 28
6 监测数整理分析 29
61 监测数整理 29
62 监测数分析方法 29
63 变形监测沉降结果分析 30
64 沉降图分析 31
7 交资料 32
8 专题 33
GPS技术高层建筑变形监测中应研究 33
81 GPS技术进行工程变形监测思路 33
82 GPS变形监测模式 34
821 周期性监测模式 34
822 连续性监测模式 34
83 GPS变形监测中测量方法 34
84 准动态特征监测 35
85 实时动态特征监测 37
86 GPS测量数处理 37
87 GPS变形监测解决问题 38
871 GPS变形监测技术足 38
872 整周模糊度解算问题 38
873 路径效应影响 39
总结 40
致谢 41
附录 42
9 参考文献 43
1 综述
11 选题背景
建筑物受种素影响会产生变形变形果超出规定限差会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程施工竣工定时期应进行变形监测
校期间学变形测量原理方法门课程 非常感兴趣希事类工作毕业实期间事建筑物变形监测测量务结合学校学专业知识通实变形监测设计方法理施测全程数差计算整理定验积累更课堂学知识实际相结合参加类工作基础选择毕业设计题目
12 选题目
类社会进步国民济发展加快工程建设进程现代建筑物规模造型难度提出更高求时变形监测工作意义更加重众周知工程建筑物施工运营阶段受种观客观素影响会产生变形变形果超出规定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程建筑物设计施工运营期间采定安全系数安全承受考虑种外荷载影响设计中工程工作条件承载力做出完全考虑施工质量完美缺工程运行程中发生某利变化素掌握建筑物构筑物修建中竣工变形情况正确指导施工保证工程质量检验工程设计正确性利建筑物构筑物安全指定建筑物构筑物进行变形观测非常必
13 高层测区概况
连市位北半球暖温带区具海洋性特点暖温带陆性季风气候冬严寒夏酷暑四季分明年均气温105℃极端气温高378℃低1913℃年降水量550950毫米全年日总时数25002800时
连市区质结构山丘陵原低少整形北高南低北宽南窄势中央轴部东南西北两侧黄渤海倾斜面黄海侧长缓长白山系千山山脉余脉贯区绝部分山久剥蚀成低缓丘陵原低仅零星分布河流入海处山间谷岩溶形处见喀斯特貌海蚀貌较发育
玫瑰东方区二期位辽宁省连市沙河口区五桥东面太原街西面河街背面五路南面8栋高层（1栋32层1栋21层2栋31层4栋30层）2栋11层高层组成占面积43528方米建筑面积161053方米
14 引起建筑物变形原
建筑物变形客观原：建筑物重中动荷载振动风力等素引起附加荷载建筑物结构形式水位升降基础侵蚀作基土荷载水位变化影响产生种工程质现象温度变化建筑物附新工程基扰动等
建筑物变形观原：质勘探充分结果准确设计错误施工质量差施工方法等
1 然条件变化引起建筑物变形建筑物基工程质条件水文质条件土壤物理性质气温度等素引起建筑物变形
2 建筑物身荷载结构类型高度动荷载（风力振动强弱）等引起建筑物变形
3 建筑物施工期间工作做合理周围环境影响产生变形
引起变形素相互联系相互作建筑物作时间段素作强弱已
15 执行标准规范坐标系统选择
执行标准规范
建筑变形测量规程（JGJT 807）中华民国建设部
面沉降水准测量规范（DZT 015495）中华民国质矿产部
国家二等水准测量规范（GBT 128972006）
建筑基基础设计规范GB 50007－2002
工程测量规范GB500262007
建筑物沉降观测方法DGJ32J182006
建筑沉降观测精度等级确定原
次设计根测区概况测区范围方面素设计面坐标系统高程系统采假定坐标系统假定高程系统样节省控制时间费提高控制相精度需已知控制点高程基准点资料需测区附国家控制点联测
2 变形监测容方法
变形监测然界普遍存现象指变形体种荷载作形状位置时间域空间域中变化变形体定范围应允超允许值会发生然灾害带巨员财产损失然界变形危害现象普遍震滑坡崩塌表沉陷火山爆发溃坝桥梁建筑物倒塌等[1]
谓变形监测利测量专仪器方法变形体变形现象进行监视观测工作务确定种载荷外力作变形体形状位置变化空间状体时间特征变形监测工作通变形现象获科学认识检验理假设必手段
变形体范畴整球工程建筑构体包括认工构筑物根变形体研究范围变形监测研究队形分三类：
第类：全球变形研究监测全球板块运动极移动球转速率变化潮等
第二类：区域性变形研究壳形变监测城市面沉降等
第三类：工程局部形变研究监测工程建筑物三维变形滑坡提滑动开采引动表沉等
精密工程测量中具代表性变形体坝桥梁矿区高层建筑物防护堤边坡隧道铁表沉降等[2]
21 变形监测容
变形监测容应根变形体性质基情况定求明确针性重点做全面考虑便正确反映出变形体变化情况达监视变形体安全解变形规律目例：
1 工业民建筑物：包括基础沉降观测建筑物身变形监测基础面言观测容建筑物均匀沉降均匀沉降建筑物身说观测倾斜裂缝高层高耸建筑物应动态变形（振动幅值频率扭转）进行观测工业企业科学实验设施军事设施中种工艺设备导轨等观测容水位移垂直位移
2 水工建筑物：土坝观测项目水位移垂直位移渗透裂缝观测混凝土坝混凝土重力坝例水压力外界温度变化坝体重等素作观测项目垂直位移（求基础坝体转动）水位移（求坝体扭曲）伸缩缝观测容通常称外部变形观测解混凝土坝结构部情况应混凝土应力钢筋应力温度等进行观测容通常称部观测然部观测般测量员进行进行变相监测数处理时特变形原作物理解时必须外部资料结合起进行分析
3 面沉降：建立江河游击层城市工业水需量开采水影响土层结构面发生沉降现象采矿区量采掘会表发生沉降现象种沉降现象严重城市区暴雨发生面积积水影响仓库居民生活时甚造成线破坏危机建筑物安全必须定期进行变形监测掌握沉降回升规律便采取防护措施区应进行表沉降观测
22 变形监测目
类社会进步国民济发展加快工程建设进程现代建筑物规模造型难度提出更高求时变形监测工作意义更加重众周知工程建筑物施工运营阶段受种观客观素影响会产生变形变形果超出规定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程建筑物设计施工运营期间采定安全系数安全承受考虑种外荷载影响设计中工程工作条件承载力做出完全考虑施工质量完美缺工程运行程中发生某利变化素国外工程出现事坝例法国67m高玛尔巴塞拱坝1959年垮塌意利262m高瓦伊昂拱坝1963库岸滑坡导致涌浪翻坝水库淤满失效国板桥石漫滩两座水库土坝1975年洪水漫坝事等等见保证工程建筑物安全十分重现实问题变形监测首目掌握变形体实际性状判断安全提供必信息
目前灾害监测防治已越越受全社会普遍关注级政府部门问题十分重视诸国际学术组织国际测量协会国际测量师联合会国际岩石力学会国际坝委员会国际矿山测量协会等常定期召开专业会议进行学术交流研究策广测量科技工作者工程技术员30年努力变形监测领域取丰硕理研究成果发挥实效益国例：
1 利球物理测量反演1993年准确预测1996年发生丽江震
2 1985年6月12日长江三峡新滩滑坡成功预报确保灾害损失减少低限度仅滑坡区457户1371活泼前夕全部安全撤离伤亡正险区长江游航行11艘客货轮船时避险免遭灾害国家减少直接济损失8700万元誉国滑坡预报研究史奇迹
3 隔河岩坝外观变形GPS动化监测系统1998年长江流域抗洪峰中发挥巨作确保安全度汛避免荆江堤灾难性分洪
科学准确时分析预报工程工程建筑物变形情况工程建筑物施工运营理极重工作术语变形监测范畴变形监测涉测量工程质水文结构力学球物理计算机科学等诸学科知识项跨学科研究正着边缘科学发展已成测量工作者学科专家合作研究领域
变形监测研究理方法涉样3方面容：变形信息获取变形信息分析解释变形预报研究领域成果预报然灾害解变形机理极重工程建筑物变形监测作判断安全耳目外检验设计施工重手段
总言变形监测工作意义重点表现两方面首先意义掌握种建筑物质构造稳定性安全性诊断提供必信息便时发现问题采取措施次科学意义包空更理解机理验证关工程设计理壳运动假说进行反馈设计建立效变形预报模型
23 变形监测技术发展
观国外数10年变形监测技术发展历程传统表变形监测方法采测量法景摄影测量法
常规面测量方法完善发展显著进步全站型仪器广泛尤全动踪全站仪时称测量机器局部工程变形动监测室监测提供种良技术手段进行定范围值守全天候全方位动监测实际工程试验表明测量机器监测精度达亚mm级目前美国加州南部新水库已安装8永久性RTS218棱镜组成面动监测系统TPS缺陷受测程限制测站点般处变形区域范围
面摄影测量技术变形监测中应起步较早摄影距离远加绝精度较低应受局限仅量应高塔烟囱边坡体等变形监测年发展起数字摄影测量实时摄影测量技术变形监测中深入应开拓非常广泛前景
光机电技术发展研制出特殊专变形动监测包空应变测量准直测量倾斜测量
GPS作种全新现代空间定位技术已逐渐越越领域取代常规光学电子测量仪器20世纪80年代尤进入90年代GPS卫星定位导航技术现代通信技术相结合空间定位技术方面引起革命性变化[2]
24 变形观测方法选择
变形测量方法选择取决变形体特征变形监测目变形体变形速度等素全球性变形监测方面空间测量基适技术区域性变形监测方面GPS已成技术手段外年发展起空间观测遥感新技术——合成孔径雷达干涉测量(InSAR Interferometric Synthetic Aperture Radar)监测震变形火山表移动冰川漂移表沉降山体滑坡等方面试验成果精度已达厘米毫米级表现出强技术优势精密水准测量然高精度高程信息获取方法工程局部性变形监测方面面常规测量技术面摄影测量技术特殊专测量手段GPS(Global Positioning System)空间定位技术等均较应
表24变形观测方法
类
监测方法
水位移监测
三角形网极坐标法交会法GPS测量正倒垂线法视准线法引张线法激光准直法精密测距伸缩仪法点位移计倾斜仪等
垂直位移监测
水准测量液体静力水准测量电磁波测距三角高程测量等
三维位移监测
全站仪动踪测量法卫星实时定位测量法摄影测量法等
体倾斜
纬仪投点法差异沉降法激光准直法垂线法倾斜仪电垂直梁等
挠度观测
垂线法差异沉降法位移计挠度计等
监测体裂缝
精密测距伸缩仪位移计测缝计摄影测量等
应力应变监测
应力计应变计
3 高层建筑物沉降监测
31 引起高层建筑物沉降原
沉降监测建筑物变形监测中项重监测容引起建筑物沉降监测原种样
1 建筑物基础设计时没掌握基土性缺乏方案选专家证采基础形式发生事
2 深厚淤泥软土基错误选沉灌注桩沉夯扩桩等基础形式常发生缩颈离析断桩桩长达持力层等事
3 填土软土湿陷性黄土等厚薄均基采条形筏板等基础方案导致建筑物倾斜
4 采强夯处理基时夯击量足影响深度达加固深度求没消填土黄土湿陷性果建筑物程中基浸水必然造成建筑物沉倾斜裂损
5 欠固结填土淤泥等软土基面量回填堆载采桩基方案时忽视负摩擦力作计算常发生布桩数量足导致桩基量沉降断桩等严重事建筑物开裂倾斜
6 栋建筑物选两种基础形式基础置刚度基土层易发生严重事
32 水准基点位置选择埋设
321 水准基点选择求
变形观测网水准基点观测点组成水准基点沉降观测基准点测定设置变形区观测点垂直位移构造布设必须保证稳定变长期保存根测区范围精度求布设基准点
沉降区影响原水准基点高程变化检查水准基点身高程否变动成组埋设选择中意三点构成等边三角形四边形四顶点水准基点定期四水准基点进行复测样便判断水准基点高程否变动般离建筑物30m 外150m 势稳定方选择埋设水准点
322 水准基点埋设
水准基点埋设位置应选择岩层较浅土质较硬段应避开进行施工建筑准备拆修建筑物重保证水准基点测区沉降范围外点位应便寻找长期保存
水准基点标石埋设应稳固耐久定保持垂直方稳定岩层较浅时基点标石应埋设基岩基岩较深时应埋设原土层标石底部应埋设原土层浇灌混凝土基础具体埋设参考图31
图31 水准基点埋设断面图
33 监测点位置选择埋设
变形观测结果准确性数否正确反映出建筑物实际变形变形观测点布设否合理全面直接关系沉降观测点位置确定决定变形量否准确全面反映建筑物变形时间变化趋势发展决定否正确预测建筑物变形情况进采正确措施确定沉降观测点位置非常重必须数量足够点位适沉降观测点选择应便基础沉降现场观测易保存受损坏
331 监测点位置选择
沉降观测点位置全面反映建筑物基变形特征结合质情况建筑结构特点确定沉降观测点布设应遵循原：
1 建筑物四角核心筒四角转角处外墙10～15ｍ处隔2～3根柱基
2 高低层建筑物新旧建筑物横墙等交接处两侧
3 建筑物裂缝浇带沉降缝两侧基础埋深相差悬殊外工基天然基接壤处结构分界处填挖方分界处
4 宽度等15ｍ15ｍ质复杂膨胀土区建筑物承重隔墙中部设墙点室面中心四周设面点
5 邻堆置重物处受振动显著影响部位基础暗浜（沟）处
6 框架结构建筑物部分柱基横轴线设点
7 片筏基础箱形基础底板接基础结构部分四角处中部位置
8 重型设备基础动力设备基础四角基础型式埋深改变处质条件变化处两侧
9 电视塔烟囱水塔油罐炼油塔高炉等高耸建筑物周边基础轴线相交称位置布点点数少4
332 监测点位置埋设
沉降观测标志形式埋设求沉降观测标志根建筑结构类型建筑材料采墙（柱）标志基础标志隐蔽式标志（高级建筑物）等型式
标志埋设位置应避开雨水窗台线暖气片暖水电气开关等碍设标观测障碍物应视立尺需离开墙（柱）面面定距离隐蔽式沉降观测点标志型式图32图33图34规格埋设[3]
图32 窨井式标志 图33 盒式标志
（适建筑物部埋设单位：mm） （适设备基础埋设单位：mm）
图34 螺栓式标志
（适墙体埋设单位：mm）
34 观测精度仪器选择
国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议(1971年)工程测量组提出果观测目变形值超某允许数值确保高层建筑安全观测中误差应允许变形值110～120 1～2mm果观测目研究变形程中误差应少
表341沉降量观测中误差 (mm)
允许沉降量
沉降量观测中误差
观测等级
选值
42
±021
±02
12
±060
±05
二
18
±090
±10
三四
30
±150
±20
五
表342沉降观测观测点测站高差中误差
变形测量等级
沉降观测观测点测站高差中误差mm
适应范围
特级
≤±005
特种精密工程重科研项目
级
≤±015
型建筑物科研项目
二级
≤±050
中等精度求建筑物重建筑物体倾斜观测场滑坡观测
三级
≤±150
低精度建筑般建筑倾斜观测场滑坡观测
注：1：观测点测站高差中误差系指水准测量测站高差中误差静力水准测量相观测点相高差中误差
2：沉降水准测量闭合差求：级03mm二级10mm（中n测站数）
测量仪器采徕卡DNA03精密水准仪配合30米铟瓦水准标尺20米铟瓦水准标尺
工程二级沉降观测求 根建筑物变形测量规程（JGJ 82007）规定采单程观测满足精度求作业时提高观测质量采单程双测站观测
二级建筑沉降观测求控制网沉降点首次观测采返测量形成二等水准闭合环沉降观测点位水准闭合环控制点间应保证双站点沉降观测点单站点时应加零点差改正首次观测成果作次监测基准资料保存第2次开始沉降点观测控制网复测单程双测站观测形成闭合线路支水准线路采单程双测站观测操作求参建筑物变形测量规程（JGJ 82007）中二级水准观测求执行
根实际情况观测时项限差指标量控制12限差范围超23限差保证观测质量
35 观测方法周期
1 沉降观测点观测方法技术求
(1) 测量仪器设备应固定仪器鉴定合格证书作业程中仪器进行2次检校仪器i角均15″（详见仪器检校记录）观测前水准尺零点差进行检测保留记录
(2) 进行观测前仪器应置通风处适应30分钟观测时水准尺圆水准器气泡应居中采辅助杆
(3) 阳光观测应采取遮阳措施迁站时仪器应加防护罩单双站仪器架腿应调转180度
(4) 测站般允许仪器调焦微动螺旋应统采旋进方视距采皮尺丈量测站点应实标定保证次均位置观测
(5) 控制点间次均应保证双站点闭合附合
(6) 观测者作业员应固定次采相观测路线观测方法
(7) 观测时仪器应避免安置空压机搅拌机卷扬机等震动影响范围塔式起重机等施工机械附宜设站
(8) 次观测应记载施工进度增加荷载量等种影响建筑物沉降变化异常情况
(9) 次观测应时观测资料进行整理计算观测点沉降量沉降差周期均沉降量沉降速度
2 沉降否进入稳定阶段种方法进行判断：
(1) 根沉降量时间关系曲线判定
(2) 重点观测科研观测工程三期观测中期沉降量均倍测量中误差认已进入稳定阶段
(3) 般观测工程沉降速度001～004mmd认已进入稳定阶段具体取值宜根区基土压缩性确定
3 沉降观测工作方式
分级观测方式沉降观测布点分三级：水准基点工作基点沉降观测点
沉降观测分两级进行：（1）水准基点——工作基点（2）工作基点——沉降观测点
果建筑物施工场必分级观测水准点应少布设3选择中稳定点作水准基点
4 沉降观测周期观测时间
选择仪器观测方法确定观测周期沉降观测间隔时间观测周期确定般根面两种方法确定：
(1) 荷载阶段确定周期开始施工满荷载第阶段观测周期约10天—1月左右（视工程进度定）满荷载起沉降速度变化趋稳定时第二阶段阶段观测周期适放长应超三月沉降速度稳定基停止沉降时第三阶段观测周期开始时半年年左右次增长2—3年观测次
(2) 沉降速度确定根沉速度确定观测周期精确反映沉降量
玫瑰东方区进行两期沉降观测根建筑物部结构施工着荷载增加增加层荷载观测次封顶时观测次砌体装修竣工观测次阶段第年观测四次第二年间隔半年观测次年观测次
观测程发现差异沉降量规定求时阶段沉降量较时方面时通知设计施工部门采取措施方面缩短观测周期进行监测保证建筑物安全[4]
36 水准测量精度
（1）返高差符值Δ计算公里偶然中误差：
（361）
（2）返均值公里偶然中误差：
（362）
（3)公里高差权中误差：
（363）
37 提高观测精度方法
沉降点观测量采较固定方式进行测量沉降测量程中固定观测员固定观测仪器固定施测路线立尺位置转点量次观测环境条件保持致样提高观测速度提高观测精度施测程中应采取必措施提高测量精度水准仪i角变化值次作业前i角进行检查发现i角15秒应时进行检验校正外业观测中采皮尺量取前视距保持前视距相等样提高作业速度减i 角误差影响提高测量精度作业中保证水准尺气泡稳定居中应量采尺撑等辅助设备稳定水准尺保证水准尺测量程中处竖直状态减风力素引起水准尺倾斜误差影响
4 高层建筑物倾斜监测
测定工业民建筑物倾斜度时间变化工作称倾斜监测高层高耸建筑物电视台水塔高层建筑物等基础均匀沉降受风力等影响垂直轴线会发生倾斜倾斜达定程度时会影响建筑物安全必须进行倾斜监测均匀沉降监测
建筑物体倾斜观测应测定建筑物顶部相底部层间层相层水位移高差分计算整体分层倾斜度倾斜方倾斜速度具刚性建筑物整体倾斜通测量顶面基础相沉降间接确定
41 引起建筑物倾斜原
建筑物体倾斜观测原质勘探充分结果准确设计错误施工质量差施工方法等
(1)基础工程施工质量低劣：施工部门偷工减料弄虚作假便减少配筋降低混凝土强度等级采劣质钢材缩基础尺寸减少基础埋深基础施工放线准确等
(2)基处理方面原：目前基处理手段方面问题桩端未进设计持力层桩径未满足设计求强夯未达效影响深度振碎石桩未达振密效果检测手段合理未正确反映实际情况等等
(3)开挖引起面建筑物裂损：城市修建铁街等建筑物者矿区开挖采矿采煤巷道引发面沉降造成面建筑物沉开裂倾斜等损害
(4)相邻深基坑施工引起建筑物损坏：高层建筑基础工程施工中深基坑开挖支护降水止水监测等技术措施造成支护结构倒塌变形基坑量漏水涌土失稳基坑周边面塌陷相邻建筑物基础工程施工相互影响会已建成正建造相邻建筑物造成威胁损坏引发严重事
42 基准点位置选择埋设
建筑体倾斜观测应测定建筑顶部观测点相底部固定点层相层观测点倾斜度倾斜方倾斜速率刚性建筑整体倾斜通测量顶面基础差异沉降间接确定
体倾斜观测点测站点布设应符合列求：
1 建筑外部观测时测站点点位应选倾斜方成正交方线距准目标1．5～2．0倍目标高度固定位置利建筑部竖通道观测时通道底部中心点作测站点
2 整体倾斜观测点底部固定点应着应测站点建筑体竖直线顶部底部应布设分层倾斜应分层部位应布设
3 前方交会法布设测站点基线端点选设应顾测距长度丈量求方线水角法布设测站点应设置定点
43 倾斜观测点位选择埋设
体倾斜观测点位标志设置应符合列求：
1 建筑顶部墙体观测点标志采埋式准标志特殊求时应专门设计
2 便埋设标志塔形圆形建筑竖直构件准视线切高边缘确定位置高度角控制位置作观测点位
3 位面测站点定点根观测求带强制中装置观测墩混凝土标石
4 次性倾斜观测项目观测点标志采标记形式直接利符合位置准求建筑特征部位测站点采标石时性标志[5]
44 体倾斜观测观测精度仪器设备选择
体倾斜观测精度
表41 等级观测点坐标中误差
变形测量
等级
位移观测
范围
观测点坐标中误差
mm
特级
≤03
特高精度求特种精密工程重科研项目变形观测
级
≤10
高精度求型建筑物科研项目变形观测
二级
≤30
中等精度求建筑物科研项目变形观测重建筑物体倾斜观测场滑坡观测
三级
≤100
低精度求建筑物变形观测般建筑物体倾斜观测场滑坡观测
根点位观测观测点坐标中误差允许误差见表41次观测定三级观测观测点坐标中误差5mm
表42 全站仪准确度等级分类
准确度等级
测角标准偏差（mm）
测距标准差mm
Ⅰ
∣∣
∣∣
Ⅱ
1﹤∣∣
3∣∣
Ⅲ
2﹤∣∣
5﹤∣∣
Ⅳ
6﹤∣∣
10﹤∣∣
注：测回水方标准偏差千米测距标准偏差
表43 测距中误差应等级
测距中误差
测距仪精度等级
Ⅰ
<
Ⅱ
<
Ⅲ
根设计求高层建筑物倾斜限差5cm确定倾斜位移中误差需观测全部采全站仪采测角精度测距精度1+2ppm免棱镜全站仪变形监测等级三级更低建筑物仪器距离建筑物距离超200m测角中误差距离采200m极限值进行计算：
方角误差带影响 （441）
式中方角中误差D距离206265常数
测距带误差+ （442）
式中固定误差例误差
点位误差计算公式： （443）
25mm
变形监测等级三级位移观测应满足观测点坐标中误差5mm
次观测定三级观测观测点坐标中误差5mm测距精度14mm
方角误差带影响
测角测距精度指标：
表44 测角精度技术指标
等级
测角中误差（″）
弱边边长相中误差
测回数
三角形闭合差（″）
DJ1
DJ2
DJ4
二等
1
≤120000
12
35
三等
18
≤170000
6
9
7
四等
25
≤140000
4
6
9
表45测距技术求表
面控制网等级
测距仪精度等级
观测次数
总测回数
测回读数较
（mm）
单程测绘较差（mm）
返
二三等
Ⅰ
1
1
6
≤5
≤5
Ⅱ
8
≤10
≤15
四等
Ⅰ
1
1
46
≤5
≤7
Ⅱ
48
≤10
≤15
注：①测回指准目标次读数2～4次程
确定：次监测点测角中误差≤ 49″根工程测量规范确定测角观测等级四等满足观测求
45 施测方法观测周期
建筑物倾斜度测量方法包括(1)激光铅直法(2)纬仪投影法(3)测水角法(4)光学垂准法
建筑物体倾斜观测建筑物变形观测通常项目采种方法均通测量位建筑物体理应竖直线两点间水偏侈量偏移方两点间高差h求建筑物体倾斜度i 倾斜
方
A
P
H
S2
S1
S3
图41 高层建筑物观测图
首先建筑物周围标定 三点监测中转角边长求
资坐标系中坐标然分设站 三点监测建筑物底部夹角取均值样方式监测建筑物顶部角度前方交会原理确定AP坐标[5]
前方交会公式计算P点坐标
（451）
（452）
理前方交会公式计算A点坐标
计算偏距
（453）
建筑物体倾斜观测应测定建筑物顶部观测点相底部观测点偏移值根建筑物高度计算建筑物倾斜度
（454）
式中建筑物体倾斜度
建筑物顶部观测点相底部观测点偏移值
建筑物高度
倾斜角
体倾斜观测周期
体倾斜观测周期视倾斜速度l～3月观测次遇基础附量堆载卸载场降雨长期积水等导致倾斜速度加快时应时增加观测次数建筑突然发生量沉降均匀沉降严重裂缝时应立进行逐日2～3d次连续观测
46 提高精度方法
1 根建筑物周围标定三已知点分设站 三已知点分求出AP两点坐标取坐标均值样提高坐标精度
2 全站仪安置固定测站该测站建筑物距离建筑物高度15倍
3 观测角度边长进行次观测取测角量边均值提高测角量边精度达提高坐标精度
5 数处理
51 变形监测数处理三差方法
常数处理差方法分三种分基典差变形网数处理基秩亏网差数处理基拟稳差变形网数处理[6]
52 差方法选择
布设水准网中四水准基点四水准基点均埋设基岩基础十分稳固沉降观测前假定高程基准者四水准基点已知水准点联测基准点高程点次高程较差求达定限差认水准基点稳定（水准基点高程取稳定两次观测高程均值）水准网作四固定基准水准网采间接差原理进行数处理较合理变形数处理种典差方法[6]
53 间接差数处理应
测绘学科说数处理利测量差基原理外业采集数求优解测量差务处理系列带偶然误差观测值求出未知量佳估值评定测量成果精度
典测量差控制网差时必须具备必起算数必起算数基准确定网点坐标必起算数般称参考基准
变形网实质然确定网点位置测量控制网完全典控制网差方法差确定网点位置考虑变形网图形复杂余观测特点变形网差般采间接差法[7]
54 间接差法求差值计算步骤
1 根差问题性质选择独立量作参数
2 观测量差值分表达成选参数函数函数非线性线性化列出误差方程
3 误差方程系数项 组成法方程法方程数等参数数
4 解算法方程求出参数计算参数差值 （541）
5 误差方程计算求出观测量差值 （542）
6 评定精度
高层变形监测处理变形网高程网测量网中稳定点该稳定点起算点网进行差确定高程点高程然根期观测中网点高程确定网点变形[8]
（543）
网中稳定点步骤计算：
1 意点起算点进行差确定点高程
2 分析确定稳定点述差高程作稳定点已知高程然稳定点固定点期进行差计算
3 根期观测网点高程确定网点变形值
55 沉降观测数预处理
首先外业观测数进行预处理少两分进行检查外业观测数否出现错误然分计算沉降观测点间水准基点间高差记录计算闭合差否符合限差求里包括附水准路线闭合路线闭合差边坡周围形条件限制观测时设立较测站采测站数计算符值闭合差限差闭合差≤10mm（中测站数）
56 沉降监测网差
高程网间接差沉降测量中般节点水准网进行差计算图：
A
D
C
B
X
Y
Z
T
1
2
3
4
图51水准网
ABCD 分已知水准基点1234水准网中节点高差距离图中已标出设XYZT节点1234差高程面求解1234点差高程程：
（1）权确立
距离L测站数n定权
测站数定权PCn
距离定权PCL
（2）列误差方程式
（561）
（562）
（563）
（564）
（565）
（566）
（567）
（568）
（3）组法方程
（569）
（5610）
（5611）
（5612）
（4）计算点差高程值
（5613）
（5614）
（5615）
（5616）
求解程出规律：点高程差值该节点周围线路计算高程带权均值
计算通计差软件完成直接原始观测数(测段高差值)代入程序中沉降观测点高程做简单处理求两次观测数高程差沉降观测点某时期沉降量具体数值[11]
57 倾斜观测差计算
设测角中误差基准点坐标中误差()()
利误差传播定律交会点P精度计算公式
（571）
（572）
（573）
（574）
（575）
（576）
样求出P精度理位楼底部A点求精度值根实测PA坐标计算出差坐标计算偏距[12]
6 监测数整理分析
61 监测数整理
高层变形监测容非常非常复杂切测量符合原始数监测员果表格中记录监测中出现观察异常情况表明原始成果真实性记录表格中原始数意更改
外业观测完成应时分类整理检查外业观测资料进行观测值均值等关计算外业观测成果应快进行计算处理求未知数值变形量变形速率等编制监测日报表期监测技术报告快提交关部门变形监测施工项目必须提交阶段性监测报表提交报表时应提交监测点点位布置图位移量图监测点变形时程曲线等
62 监测数分析方法
变形分析包括两方面容：①高层变形进行分析高层空间变化出描述②高层变形进行物理解释分析成果楼运营状态正确性判断基础常分析方法作图分析统计分析分析建模分析
（1）作图分析
通绘制观测物理量程线特征原量效应量程线图考察效应量时间变化规律趋势常观测资料时间序绘制成程线
通观测物理量程线分析变化规律水位温度等程线研究相互影响关系通绘制效应量原量相关图考察效应量影响素相关程度变化规律种方法简便直观特适初级分析阶段
（2）统计分析
长期观测量值变幅周期观测段时间均值变化率进行统计分析考察观测量间数量变化方面否具致性合理性重现性稳定性等种方法具定量概念分析成果更具实性
（3）分析
较次巡视检查资料定性考察建筑物异常现象部位变化规律发展趋势较类效应量观测值变化规律发展趋势否具致性合理性监测成果理计算实验成果相较观察规律趋势否致性合理性工程某技术预警戒值相较判断工程工作状态否异常
63 变形监测沉降结果分析
根监测时间情况整观测分七周期2012年4月10日首次测量第周期第25天第二周期第49天第三周期第71天第四周期第95天设沉降量S（mm）周期天数d（天）沉降速度V（mmd）见表61
表61 沉降结果分析表
观测周期
1
2
3
4
均沉降量（mm）
105
292
43
65
周期天数d
24
49
71
95
沉降速度（mmd)
0044
006
0061
0068
沉降量计算 ：
总均沉降量(mm)
表61出：阶段沉降速度 观测周期该建筑基础沉降基均匀沉降沉降变化没发现异常现象沉降速度逐渐减分析表数出观测周期次第4期远远没达总设计周期数该数少量数进行预测分析期观测真实数探究预测分析精确性[13]（参阅载荷时间沉降曲线图）
64 沉降图分析
图61 A1A10沉降趋势图
图62 载荷时间沉降量图
沉降趋势图载荷时间沉降图出工程前期楼层沉降趋势较缓期开始加快前期工程进度慢引起楼层载荷相较期楼层载荷断加沉降明显观测工期较短暂沉降没达终衡继续沉原楼未完工预计楼层封顶沉降基停止
7 交资料
设计书观测数变形量计算成果差成果变化曲线等监测工作全部结束应提交完整监测技术总结报告总结报告少包括容：①工程概况②监测容控制指标③监测点布置预埋设方法④监测仪器仪表监测方法数处理方法监测精度⑤监测周期频率⑥项监测成果汇总表⑦结合项监测结果关图件进行变形分析⑧结建议
8 专题
GPS技术高层建筑变形监测中应研究
传统变形监测方法两类物理学传感器方法二常规测量方法物理传感器方法观测限局部变形常规测量方法工作量效率低受气候影响求监测点基点通视年发展GPS测量技术具高精度三维定位力监测种工程变形提供极效手段正具高精度高效益全天候需通视等优点逐渐代常规测量方法
81 GPS技术进行工程变形监测思路
GPS技术变形监测中应步骤
1 基准设计基准设计项反映形变体监测成果否准确工作GPS测量需通视作业距离长应GPS技术完全基准点选变形区外保证数性
2 图形设计根监测目图选点然野外踏勘保证选点位满足布网求野外观测具备条件施测概略点位根接收机台数少布网原设计网观测图形
3 观测周期时段设计针观测时段周期工程工程变形性质(长时期缓慢变化连续较快变化剧烈变化等)结合起分析做出利实现分析成果监测意图佳观测周期结合目前天空卫星分布情况卫星健康状况时段长短白天黑夜气象等外界素种分析出佳观测时段
4 确立外业观测模式通常进行相静态定位方法利某时间段观测(步)数利差分等手段求点点间坐标量连续断工程变形获时间段点位间直接关系值
5 选定监测面外业数采集完成利建筑物整体形变模型刻画监测面刚性运动状态通期连续观测反映建筑物形变信息
82 GPS变形监测模式
821 周期性监测模式
形变体变形速率相缓慢局部时间域空间域认稳定动时利GPS进行周期性变形监测监测频率视具体情况数月年甚数年久时采GPS静态相定位方法测量2台GPS接收机安置观测点步观测段时间观测时段长度时段数监测精度求定种方法尤适长边监测网边长相精度高达10 9
822 连续性监测模式
连续性变形监测指采固定监测仪器进行长时间数采集获变形数系列时监测数连续具较高时间分辨率根变形体特征 GPS连续性监测采静态相定位动态相定位两种数处理方法进行观测般求变形响应实时性监测目获取变形信息特性数处理分析事进行系统精度求设定目前高监测精度达亚毫米级
83 GPS变形监测中测量方法
监测象求 GPS变形监测中选择静态测量法快速静态测量法动态测量法三种
1 静态测量法静态测量法3 台GPS接收机时安置观测点步观测定时段般1时2 时等边连接方法构网处理软件解算基线差计算求定观测点三维坐标种方法定位精度高适长边测边相精度达10 9
2 快速静态测量法种方法尤适监测点观测工作原理两台GPS接收机安置基准点固定动连续观测1～4台接收机监测点移动次观测5～10分钟(采样间隔2秒) 事处理解算出监测点三维坐标根次观测解算出三维坐标精度水位移±3～ ±5 mm垂直位移±5～ ±8 mm距离3 km水精度5 mm + 1 ppm·D垂直精度8 mm + 1 ppm·D
3 动态测量法该方法分准动态测量方法实时动态测量法实时动态测量方法RTK方法(Real Time Kinematic) 载波相位观测量根实时差分GPS测量技术原理基准站安置台GPS接收机见GPS卫星进行连续观测观测数通线电传输设备实时发送监测点移动观测(1～3秒钟)GPS接收机移动GPS接收机接收GPS信号时通线电接收设备基准观测数根差分定位原理实时计算出监测点三维坐标精度精度达2～5 cm基准点监测点5颗视GPS卫星精度达1～2 cm
静态动态优缺点根实际需选择般基准网应采静态测量方法基准网边长超10 km考虑基准网起算点国际IGS站联测基线量 算时采精密星历保证基线解算精度监测点进行测量时采快速静态测量法桥梁监测时选择实时动态测量果距离基准点监测点5 颗视GPS卫星时精度达1～2 cm[16]
84 准动态特征监测
高层建筑物进行监测时准动态特征监测项非常重工作引入高层建筑物整体形变模型利期观测数反映建筑物准动态特征建筑物整体形变(沉降水位移倾斜)体现监测面姿态变化刻画监测面刚性运动状态模型形象描述建筑物整体形变状态[ 3～6 ] 例 某楼28 层 高97m离该楼场约400 m方三等水准点作检测点街行道边空四等水准测量测设水准基点S作基础监测面A高程基准基准点S便观测易保存位楼形变影响范围外利GPS网楼附观测条件较方(街行道边座居民楼) 建立两基准点分作基准站参考站监测方案图1示中AB分两监测面
图1 楼准动态特征监测示意图
楼面第层砼柱布设监测点组成基础监测面A检测面A作检测楼基础否移动楼顶层布设3GPS监测点组成整体监测面B通研究监测面B运动状态描述建筑物准动态特征研究模拟高层建筑物形变监测特定环境实验表明 静态测量模式获较定位结果获较精确形变监测结果应静态测量模式观测采双频接收机观测时段时间长度设30～120 min卫星高度角限值设15°配合工程应坐标系统采独立坐标系统表1监测面B3监测点前两期坐标值
表1 监测面B监测点第12期坐标值
点号
第1期
第2期
x
y
z
x
y
z
1
26511
29433
181210
26589
29706
181186
2
25836
20516
181485
25909
20432
181478
3
26411
29112
181305
26300
29130
181286
表1中监测点坐标值代入建筑物整体形变检测模型求出监测面B第1期第2期转动矢量转角 (负左旋)数绘出楼整体形变图沉量转角较情况形象显示出楼沉旋转说明模型反映高层建筑物整体形变状态灵敏性效性利期GPS监测数获建筑物形变动态规律
85 实时动态特征监测
高层建筑物实时动态特征监测安全运营维护设计关重尤实时准实时监测高层建筑物受震台风洪水等外界素作动态特征高层建筑物摆动幅度(相位移)频率图3示应GPS动态定位模式该楼进行动态特征监测研究风载脉动外界素影响振特性外业观测时采Trimble双频GPS接收机中台接收机设置视野开阔周边环境较面点作基准站台接收机设置距基准站约250 m固定点位作参考点第三台接收机设置楼顶层开阔处样求周围干扰源GPS1GPS3距离约190 mGPS动态观测时接收机采样间隔设置1 s卫星高度角限值15°动态定位观测模式连续观测时间约1 h
图2 楼实时动态监测方案
X方坐标变化例绘制时程曲线图图4示图知整时程曲线变化量水方标准偏差±213 mm偏差 1612 mm符合动态GPS测量正常精度表明GPS观测质量
86 GPS测量数处理
GPS数处理程划分基线解算网差两阶段数处理软件进行GPS网差需步骤进行(见图3)
1)提取基线量构建GPS基线量网
2)三维约束差
3)约束差联合差
4)质量分析控制
图3 GPS网差总体流程
87 GPS变形监测解决问题
871 GPS变形监测技术足
GPS技术高层建筑变形监测存足处 GPS接收机高山峡谷建筑物密集区密林深处卫星信号遮挡路径效应影响监测精度性高法进行监测GPS动态变形监测时GPS动态测量精度达厘米级微变形量 GPS测量误差成强噪声受强噪声干扰序列观测数中提取微弱变形信息GPS动态监测应解决关键技术问题 GPS般全站仪测斜仪等监测设备相设备成较高般3台GPS接收机 GPS误差源传统测量手段相 GPS定位结果观测值间函数关系复杂误差源数处理程中环节处理影响终监测精度
872 整周模糊度解算问题
模糊度解算快速确定GPS载波相位测量中初始整周模糊度GPS载波相位测量动态测量关键问题时模糊度正确求解获高精度GPS基线量解先决条件般精度GPS定位中定位需时间实际正确整周模糊度需时间快速确定整周模糊度提高GPS定位作业效率具极重作
整周模糊度动态解算方法(Ambiguity ResolutionOn2The2Fly 简称OTF法) 该法达厘米级精度满足高精度动态变形监测需外动态变形监测监测点短时间变形微表现种弱信号误差成强噪声受强噪声干扰序列观测数中提取微弱特征信息提高变形监测精度GPS动态监测系统应解决关键技术问题目前问题通常采数滑Kalman滤波方法时域进行处理变形频率幅值等变形特征分析通常采频谱分析法时域数序列通Fourier级数转换频域进行分析方法身存缺陷非稳非等时间间隔观测信号变形特征提取存局限性
873 路径效应影响
GPS测量中果测站周围反射物反射卫星信号(发射波)进入接收机天线直接卫星信号(直接波)产生干涉观测值偏离真值产生谓路径误差种路径信号传播引起干涉时延效应称做路径效应具体GPS高层建筑变形监测中路径影响GPS接收机旁边高物路径影响高层建筑屋顶路径影响路径效应GPS测量中种重误差源严重损害GPS测量精度必须路径效应影响进行处理具体处理方法施测器材方面数处理方面施测器材方面采接收机天线接收机加抑流圈适减路径
效应影响数处理方面次观测中路径效应影响会出现复现性数处理时针复现性进行建摸剔适削弱路径效应影响
总结
文研究变形监测流程变形监测成果实现通差计算变形点做出分析变形安全监测进行变形预测前提条件整信息化施工重环节成功预测期变形具重影响建筑物变形变形发展趋势进行早准确预测变形测量追求探索目标建立数学模型预测建筑物变形量相关规定求少10周期观测数积累满足求数建立数学模型觉滞建筑物整建筑期观测周期达规定求建立数学模型早提供预测数完全满足工程需定程度损失沉降观测成果价值土建施工关变形测量中沉降观测然重监测手段
1 高层建筑物变形监测沉降观测通周期性沉降观测整建筑施工定期提供安全数确保建筑物施工应期安全性
2 沉降观测项严格数分析观测程数采集分析具严格连续性沉降观测期间必须严格保证数超限果数超限严重影响沉降观测精确性观测期间果出现数超限情况必须重测
3 高层建筑物倾斜观测精度求较高仪器测角精度测距精度较高求测距建筑物倾斜测量中仪器距离建筑物距离般会太远测距误差固定误差测距精度影响较该选固定误差较全站仪
4 差计算部分具体阐述差理设计差程序者根相关软件进行数差计算简单快速准确
5 检测周期外业监测工作业解算结束应根数进行科学综合分析旦变形量达报警值遇异常情况时应立通知关方采取措施减缓安全隐患
致谢
毕业毕业设计学学专业知识总结半学期忙碌设计终接尾声时间里方面验足学容够扎实遇困难老师时督促指导做毕业设计阶段查阅资料设计草案确定修改中期检查期详细设计等整程中予悉心指导
通次设计学样切实学知识里感谢老师感谢母校感谢帮助真心家说声谢谢
附录
水 准 法 观 测 记 录 表
日 期： 天气： 仪器型号：
观测者： 记录： 复 核：
测站编号
距
距
方尺度
标尺读数
高差中数
备注
前距
前距
第次
第二次
视距差d
∑d
前
前
h
前
前
h
前
前
h
前
前
h
前
前
h
9 参考文献
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建筑物变形观测工程测量中重组成部分着国社会义济建设步伐快速发展高层建筑物工业建筑物等工程设施兴建建筑物建设完工运营程中会产生定量变形种变形超定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物身安全建筑物施工运营期间必须进行监测文首先介绍变形监测基知识述建筑物监测容包括沉降监测建筑物体倾斜度监测接着简描述产生变形原高程系统选择变形监测工程测量方法布网方案研究该变形监测数处理方案终出沉降分析绘制出载荷—时间—沉降曲线图通该高层建筑变形监测研究目保障建筑物施工竣工安全体现出高层建筑建设程中变形监测重性建筑物安全提供必评估数
关键词：变形监测沉降监测倾斜监测 差计算
Abstract
Building deformation monitoring is an important part of engineering survey With the fast pave development of China＇s socialist economic construction and construction of Highrise buildings industrial buildings and other projects and facilities buildings under construction and buildings completed in the period of use will produce distortions Once these distortions exceed a certain limit it will affect the normal use of the building and may endanger the safety of buildings and people in severe cases For this buildings under construction and in the period of use should be monitored This paper firstly introduced the basic knowledge of deformation monitoring discussed the building monitoring which included the monitoring of subsidence and the inclination monitoring of the main building Then it briefly described of the deformation cause elevation system selection survey methods of deformation monitoring engineering and distribution of network programs the data processing program of deformation monitoring also has been researched Finally this paper obtained the subsidence analysis and figured the curve figure named loadtimesubsidence Through the research of this highrise building deformation monitoring this paper aims at safeguarding and reflecting the deformation monitoring importance of buildings under construction and in the period of use which provides necessary evaluation data for the security of buildings
Keywords Deformation monitoring Subsidence monitoring Inclination monitoring Adjustment calculation
目 录
1 综述 1
11 选题背景 1
12 选题目 1
13 高层测区概况 2
14 引起建筑物变形原 2
15 执行标准规范坐标系统选择 3
2 变形监测容方法 4
21 变形监测容 4
22 变形监测目 5
23 变形监测技术发展 7
24 变形观测方法选择 7
3 高层建筑物沉降监测 9
31 引起高层建筑物沉降原 9
32 水准基点位置选择埋设 9
321 水准基点选择求 9
322 水准基点埋设 10
33 监测点位置选择埋设 10
331 监测点位置选择 11
332 监测点位置埋设 11
34 观测精度仪器选择 12
35 观测方法周期 14
36 水准测量精度 15
37 提高观测精度方法 16
4 高层建筑物倾斜监测 17
41 引起建筑物倾斜原 17
42 基准点位置选择埋设 18
43 倾斜观测点位选择埋设 18
44 体倾斜观测观测精度仪器设备选择 19
45 施测方法观测周期 21
46 提高精度方法 23
5 数处理 24
51 变形监测数处理三差方法 24
52 差方法选择 24
53 间接差数处理应 24
54 间接差法求差值计算步骤 24
55 沉降观测数预处理 25
56 沉降监测网差 25
57 倾斜观测差计算 28
6 监测数整理分析 29
61 监测数整理 29
62 监测数分析方法 29
63 变形监测沉降结果分析 30
64 沉降图分析 31
7 交资料 32
8 专题 33
GPS技术高层建筑变形监测中应研究 33
81 GPS技术进行工程变形监测思路 33
82 GPS变形监测模式 34
821 周期性监测模式 34
822 连续性监测模式 34
83 GPS变形监测中测量方法 34
84 准动态特征监测 35
85 实时动态特征监测 37
86 GPS测量数处理 37
87 GPS变形监测解决问题 38
871 GPS变形监测技术足 38
872 整周模糊度解算问题 38
873 路径效应影响 39
总结 40
致谢 41
附录 42
9 参考文献 43
1 综述
11 选题背景
建筑物受种素影响会产生变形变形果超出规定限差会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程施工竣工定时期应进行变形监测
校期间学变形测量原理方法门课程 非常感兴趣希事类工作毕业实期间事建筑物变形监测测量务结合学校学专业知识通实变形监测设计方法理施测全程数差计算整理定验积累更课堂学知识实际相结合参加类工作基础选择毕业设计题目
12 选题目
类社会进步国民济发展加快工程建设进程现代建筑物规模造型难度提出更高求时变形监测工作意义更加重众周知工程建筑物施工运营阶段受种观客观素影响会产生变形变形果超出规定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程建筑物设计施工运营期间采定安全系数安全承受考虑种外荷载影响设计中工程工作条件承载力做出完全考虑施工质量完美缺工程运行程中发生某利变化素掌握建筑物构筑物修建中竣工变形情况正确指导施工保证工程质量检验工程设计正确性利建筑物构筑物安全指定建筑物构筑物进行变形观测非常必
13 高层测区概况
连市位北半球暖温带区具海洋性特点暖温带陆性季风气候冬严寒夏酷暑四季分明年均气温105℃极端气温高378℃低1913℃年降水量550950毫米全年日总时数25002800时
连市区质结构山丘陵原低少整形北高南低北宽南窄势中央轴部东南西北两侧黄渤海倾斜面黄海侧长缓长白山系千山山脉余脉贯区绝部分山久剥蚀成低缓丘陵原低仅零星分布河流入海处山间谷岩溶形处见喀斯特貌海蚀貌较发育
玫瑰东方区二期位辽宁省连市沙河口区五桥东面太原街西面河街背面五路南面8栋高层（1栋32层1栋21层2栋31层4栋30层）2栋11层高层组成占面积43528方米建筑面积161053方米
14 引起建筑物变形原
建筑物变形客观原：建筑物重中动荷载振动风力等素引起附加荷载建筑物结构形式水位升降基础侵蚀作基土荷载水位变化影响产生种工程质现象温度变化建筑物附新工程基扰动等
建筑物变形观原：质勘探充分结果准确设计错误施工质量差施工方法等
1 然条件变化引起建筑物变形建筑物基工程质条件水文质条件土壤物理性质气温度等素引起建筑物变形
2 建筑物身荷载结构类型高度动荷载（风力振动强弱）等引起建筑物变形
3 建筑物施工期间工作做合理周围环境影响产生变形
引起变形素相互联系相互作建筑物作时间段素作强弱已
15 执行标准规范坐标系统选择
执行标准规范
建筑变形测量规程（JGJT 807）中华民国建设部
面沉降水准测量规范（DZT 015495）中华民国质矿产部
国家二等水准测量规范（GBT 128972006）
建筑基基础设计规范GB 50007－2002
工程测量规范GB500262007
建筑物沉降观测方法DGJ32J182006
建筑沉降观测精度等级确定原
次设计根测区概况测区范围方面素设计面坐标系统高程系统采假定坐标系统假定高程系统样节省控制时间费提高控制相精度需已知控制点高程基准点资料需测区附国家控制点联测
2 变形监测容方法
变形监测然界普遍存现象指变形体种荷载作形状位置时间域空间域中变化变形体定范围应允超允许值会发生然灾害带巨员财产损失然界变形危害现象普遍震滑坡崩塌表沉陷火山爆发溃坝桥梁建筑物倒塌等[1]
谓变形监测利测量专仪器方法变形体变形现象进行监视观测工作务确定种载荷外力作变形体形状位置变化空间状体时间特征变形监测工作通变形现象获科学认识检验理假设必手段
变形体范畴整球工程建筑构体包括认工构筑物根变形体研究范围变形监测研究队形分三类：
第类：全球变形研究监测全球板块运动极移动球转速率变化潮等
第二类：区域性变形研究壳形变监测城市面沉降等
第三类：工程局部形变研究监测工程建筑物三维变形滑坡提滑动开采引动表沉等
精密工程测量中具代表性变形体坝桥梁矿区高层建筑物防护堤边坡隧道铁表沉降等[2]
21 变形监测容
变形监测容应根变形体性质基情况定求明确针性重点做全面考虑便正确反映出变形体变化情况达监视变形体安全解变形规律目例：
1 工业民建筑物：包括基础沉降观测建筑物身变形监测基础面言观测容建筑物均匀沉降均匀沉降建筑物身说观测倾斜裂缝高层高耸建筑物应动态变形（振动幅值频率扭转）进行观测工业企业科学实验设施军事设施中种工艺设备导轨等观测容水位移垂直位移
2 水工建筑物：土坝观测项目水位移垂直位移渗透裂缝观测混凝土坝混凝土重力坝例水压力外界温度变化坝体重等素作观测项目垂直位移（求基础坝体转动）水位移（求坝体扭曲）伸缩缝观测容通常称外部变形观测解混凝土坝结构部情况应混凝土应力钢筋应力温度等进行观测容通常称部观测然部观测般测量员进行进行变相监测数处理时特变形原作物理解时必须外部资料结合起进行分析
3 面沉降：建立江河游击层城市工业水需量开采水影响土层结构面发生沉降现象采矿区量采掘会表发生沉降现象种沉降现象严重城市区暴雨发生面积积水影响仓库居民生活时甚造成线破坏危机建筑物安全必须定期进行变形监测掌握沉降回升规律便采取防护措施区应进行表沉降观测
22 变形监测目
类社会进步国民济发展加快工程建设进程现代建筑物规模造型难度提出更高求时变形监测工作意义更加重众周知工程建筑物施工运营阶段受种观客观素影响会产生变形变形果超出规定限度会影响建筑物正常严重时会危建筑物安全社会民生活带巨损失工程建筑物设计施工运营期间采定安全系数安全承受考虑种外荷载影响设计中工程工作条件承载力做出完全考虑施工质量完美缺工程运行程中发生某利变化素国外工程出现事坝例法国67m高玛尔巴塞拱坝1959年垮塌意利262m高瓦伊昂拱坝1963库岸滑坡导致涌浪翻坝水库淤满失效国板桥石漫滩两座水库土坝1975年洪水漫坝事等等见保证工程建筑物安全十分重现实问题变形监测首目掌握变形体实际性状判断安全提供必信息
目前灾害监测防治已越越受全社会普遍关注级政府部门问题十分重视诸国际学术组织国际测量协会国际测量师联合会国际岩石力学会国际坝委员会国际矿山测量协会等常定期召开专业会议进行学术交流研究策广测量科技工作者工程技术员30年努力变形监测领域取丰硕理研究成果发挥实效益国例：
1 利球物理测量反演1993年准确预测1996年发生丽江震
2 1985年6月12日长江三峡新滩滑坡成功预报确保灾害损失减少低限度仅滑坡区457户1371活泼前夕全部安全撤离伤亡正险区长江游航行11艘客货轮船时避险免遭灾害国家减少直接济损失8700万元誉国滑坡预报研究史奇迹
3 隔河岩坝外观变形GPS动化监测系统1998年长江流域抗洪峰中发挥巨作确保安全度汛避免荆江堤灾难性分洪
科学准确时分析预报工程工程建筑物变形情况工程建筑物施工运营理极重工作术语变形监测范畴变形监测涉测量工程质水文结构力学球物理计算机科学等诸学科知识项跨学科研究正着边缘科学发展已成测量工作者学科专家合作研究领域
变形监测研究理方法涉样3方面容：变形信息获取变形信息分析解释变形预报研究领域成果预报然灾害解变形机理极重工程建筑物变形监测作判断安全耳目外检验设计施工重手段
总言变形监测工作意义重点表现两方面首先意义掌握种建筑物质构造稳定性安全性诊断提供必信息便时发现问题采取措施次科学意义包空更理解机理验证关工程设计理壳运动假说进行反馈设计建立效变形预报模型
23 变形监测技术发展
观国外数10年变形监测技术发展历程传统表变形监测方法采测量法景摄影测量法
常规面测量方法完善发展显著进步全站型仪器广泛尤全动踪全站仪时称测量机器局部工程变形动监测室监测提供种良技术手段进行定范围值守全天候全方位动监测实际工程试验表明测量机器监测精度达亚mm级目前美国加州南部新水库已安装8永久性RTS218棱镜组成面动监测系统TPS缺陷受测程限制测站点般处变形区域范围
面摄影测量技术变形监测中应起步较早摄影距离远加绝精度较低应受局限仅量应高塔烟囱边坡体等变形监测年发展起数字摄影测量实时摄影测量技术变形监测中深入应开拓非常广泛前景
光机电技术发展研制出特殊专变形动监测包空应变测量准直测量倾斜测量
GPS作种全新现代空间定位技术已逐渐越越领域取代常规光学电子测量仪器20世纪80年代尤进入90年代GPS卫星定位导航技术现代通信技术相结合空间定位技术方面引起革命性变化[2]
24 变形观测方法选择
变形测量方法选择取决变形体特征变形监测目变形体变形速度等素全球性变形监测方面空间测量基适技术区域性变形监测方面GPS已成技术手段外年发展起空间观测遥感新技术——合成孔径雷达干涉测量(InSAR Interferometric Synthetic Aperture Radar)监测震变形火山表移动冰川漂移表沉降山体滑坡等方面试验成果精度已达厘米毫米级表现出强技术优势精密水准测量然高精度高程信息获取方法工程局部性变形监测方面面常规测量技术面摄影测量技术特殊专测量手段GPS(Global Positioning System)空间定位技术等均较应
表24变形观测方法
类
监测方法
水位移监测
三角形网极坐标法交会法GPS测量正倒垂线法视准线法引张线法激光准直法精密测距伸缩仪法点位移计倾斜仪等
垂直位移监测
水准测量液体静力水准测量电磁波测距三角高程测量等
三维位移监测
全站仪动踪测量法卫星实时定位测量法摄影测量法等
体倾斜
纬仪投点法差异沉降法激光准直法垂线法倾斜仪电垂直梁等
挠度观测
垂线法差异沉降法位移计挠度计等
监测体裂缝
精密测距伸缩仪位移计测缝计摄影测量等
应力应变监测
应力计应变计
3 高层建筑物沉降监测
31 引起高层建筑物沉降原
沉降监测建筑物变形监测中项重监测容引起建筑物沉降监测原种样
1 建筑物基础设计时没掌握基土性缺乏方案选专家证采基础形式发生事
2 深厚淤泥软土基错误选沉灌注桩沉夯扩桩等基础形式常发生缩颈离析断桩桩长达持力层等事
3 填土软土湿陷性黄土等厚薄均基采条形筏板等基础方案导致建筑物倾斜
4 采强夯处理基时夯击量足影响深度达加固深度求没消填土黄土湿陷性果建筑物程中基浸水必然造成建筑物沉倾斜裂损
5 欠固结填土淤泥等软土基面量回填堆载采桩基方案时忽视负摩擦力作计算常发生布桩数量足导致桩基量沉降断桩等严重事建筑物开裂倾斜
6 栋建筑物选两种基础形式基础置刚度基土层易发生严重事
32 水准基点位置选择埋设
321 水准基点选择求
变形观测网水准基点观测点组成水准基点沉降观测基准点测定设置变形区观测点垂直位移构造布设必须保证稳定变长期保存根测区范围精度求布设基准点
沉降区影响原水准基点高程变化检查水准基点身高程否变动成组埋设选择中意三点构成等边三角形四边形四顶点水准基点定期四水准基点进行复测样便判断水准基点高程否变动般离建筑物30m 外150m 势稳定方选择埋设水准点
322 水准基点埋设
水准基点埋设位置应选择岩层较浅土质较硬段应避开进行施工建筑准备拆修建筑物重保证水准基点测区沉降范围外点位应便寻找长期保存
水准基点标石埋设应稳固耐久定保持垂直方稳定岩层较浅时基点标石应埋设基岩基岩较深时应埋设原土层标石底部应埋设原土层浇灌混凝土基础具体埋设参考图31
图31 水准基点埋设断面图
33 监测点位置选择埋设
变形观测结果准确性数否正确反映出建筑物实际变形变形观测点布设否合理全面直接关系沉降观测点位置确定决定变形量否准确全面反映建筑物变形时间变化趋势发展决定否正确预测建筑物变形情况进采正确措施确定沉降观测点位置非常重必须数量足够点位适沉降观测点选择应便基础沉降现场观测易保存受损坏
331 监测点位置选择
沉降观测点位置全面反映建筑物基变形特征结合质情况建筑结构特点确定沉降观测点布设应遵循原：
1 建筑物四角核心筒四角转角处外墙10～15ｍ处隔2～3根柱基
2 高低层建筑物新旧建筑物横墙等交接处两侧
3 建筑物裂缝浇带沉降缝两侧基础埋深相差悬殊外工基天然基接壤处结构分界处填挖方分界处
4 宽度等15ｍ15ｍ质复杂膨胀土区建筑物承重隔墙中部设墙点室面中心四周设面点
5 邻堆置重物处受振动显著影响部位基础暗浜（沟）处
6 框架结构建筑物部分柱基横轴线设点
7 片筏基础箱形基础底板接基础结构部分四角处中部位置
8 重型设备基础动力设备基础四角基础型式埋深改变处质条件变化处两侧
9 电视塔烟囱水塔油罐炼油塔高炉等高耸建筑物周边基础轴线相交称位置布点点数少4
332 监测点位置埋设
沉降观测标志形式埋设求沉降观测标志根建筑结构类型建筑材料采墙（柱）标志基础标志隐蔽式标志（高级建筑物）等型式
标志埋设位置应避开雨水窗台线暖气片暖水电气开关等碍设标观测障碍物应视立尺需离开墙（柱）面面定距离隐蔽式沉降观测点标志型式图32图33图34规格埋设[3]
图32 窨井式标志 图33 盒式标志
（适建筑物部埋设单位：mm） （适设备基础埋设单位：mm）
图34 螺栓式标志
（适墙体埋设单位：mm）
34 观测精度仪器选择
国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议(1971年)工程测量组提出果观测目变形值超某允许数值确保高层建筑安全观测中误差应允许变形值110～120 1～2mm果观测目研究变形程中误差应少
表341沉降量观测中误差 (mm)
允许沉降量
沉降量观测中误差
观测等级
选值
42
±021
±02
12
±060
±05
二
18
±090
±10
三四
30
±150
±20
五
表342沉降观测观测点测站高差中误差
变形测量等级
沉降观测观测点测站高差中误差mm
适应范围
特级
≤±005
特种精密工程重科研项目
级
≤±015
型建筑物科研项目
二级
≤±050
中等精度求建筑物重建筑物体倾斜观测场滑坡观测
三级
≤±150
低精度建筑般建筑倾斜观测场滑坡观测
注：1：观测点测站高差中误差系指水准测量测站高差中误差静力水准测量相观测点相高差中误差
2：沉降水准测量闭合差求：级03mm二级10mm（中n测站数）
测量仪器采徕卡DNA03精密水准仪配合30米铟瓦水准标尺20米铟瓦水准标尺
工程二级沉降观测求 根建筑物变形测量规程（JGJ 82007）规定采单程观测满足精度求作业时提高观测质量采单程双测站观测
二级建筑沉降观测求控制网沉降点首次观测采返测量形成二等水准闭合环沉降观测点位水准闭合环控制点间应保证双站点沉降观测点单站点时应加零点差改正首次观测成果作次监测基准资料保存第2次开始沉降点观测控制网复测单程双测站观测形成闭合线路支水准线路采单程双测站观测操作求参建筑物变形测量规程（JGJ 82007）中二级水准观测求执行
根实际情况观测时项限差指标量控制12限差范围超23限差保证观测质量
35 观测方法周期
1 沉降观测点观测方法技术求
(1) 测量仪器设备应固定仪器鉴定合格证书作业程中仪器进行2次检校仪器i角均15″（详见仪器检校记录）观测前水准尺零点差进行检测保留记录
(2) 进行观测前仪器应置通风处适应30分钟观测时水准尺圆水准器气泡应居中采辅助杆
(3) 阳光观测应采取遮阳措施迁站时仪器应加防护罩单双站仪器架腿应调转180度
(4) 测站般允许仪器调焦微动螺旋应统采旋进方视距采皮尺丈量测站点应实标定保证次均位置观测
(5) 控制点间次均应保证双站点闭合附合
(6) 观测者作业员应固定次采相观测路线观测方法
(7) 观测时仪器应避免安置空压机搅拌机卷扬机等震动影响范围塔式起重机等施工机械附宜设站
(8) 次观测应记载施工进度增加荷载量等种影响建筑物沉降变化异常情况
(9) 次观测应时观测资料进行整理计算观测点沉降量沉降差周期均沉降量沉降速度
2 沉降否进入稳定阶段种方法进行判断：
(1) 根沉降量时间关系曲线判定
(2) 重点观测科研观测工程三期观测中期沉降量均倍测量中误差认已进入稳定阶段
(3) 般观测工程沉降速度001～004mmd认已进入稳定阶段具体取值宜根区基土压缩性确定
3 沉降观测工作方式
分级观测方式沉降观测布点分三级：水准基点工作基点沉降观测点
沉降观测分两级进行：（1）水准基点——工作基点（2）工作基点——沉降观测点
果建筑物施工场必分级观测水准点应少布设3选择中稳定点作水准基点
4 沉降观测周期观测时间
选择仪器观测方法确定观测周期沉降观测间隔时间观测周期确定般根面两种方法确定：
(1) 荷载阶段确定周期开始施工满荷载第阶段观测周期约10天—1月左右（视工程进度定）满荷载起沉降速度变化趋稳定时第二阶段阶段观测周期适放长应超三月沉降速度稳定基停止沉降时第三阶段观测周期开始时半年年左右次增长2—3年观测次
(2) 沉降速度确定根沉速度确定观测周期精确反映沉降量
玫瑰东方区进行两期沉降观测根建筑物部结构施工着荷载增加增加层荷载观测次封顶时观测次砌体装修竣工观测次阶段第年观测四次第二年间隔半年观测次年观测次
观测程发现差异沉降量规定求时阶段沉降量较时方面时通知设计施工部门采取措施方面缩短观测周期进行监测保证建筑物安全[4]
36 水准测量精度
（1）返高差符值Δ计算公里偶然中误差：
（361）
（2）返均值公里偶然中误差：
（362）
（3)公里高差权中误差：
（363）
37 提高观测精度方法
沉降点观测量采较固定方式进行测量沉降测量程中固定观测员固定观测仪器固定施测路线立尺位置转点量次观测环境条件保持致样提高观测速度提高观测精度施测程中应采取必措施提高测量精度水准仪i角变化值次作业前i角进行检查发现i角15秒应时进行检验校正外业观测中采皮尺量取前视距保持前视距相等样提高作业速度减i 角误差影响提高测量精度作业中保证水准尺气泡稳定居中应量采尺撑等辅助设备稳定水准尺保证水准尺测量程中处竖直状态减风力素引起水准尺倾斜误差影响
4 高层建筑物倾斜监测
测定工业民建筑物倾斜度时间变化工作称倾斜监测高层高耸建筑物电视台水塔高层建筑物等基础均匀沉降受风力等影响垂直轴线会发生倾斜倾斜达定程度时会影响建筑物安全必须进行倾斜监测均匀沉降监测
建筑物体倾斜观测应测定建筑物顶部相底部层间层相层水位移高差分计算整体分层倾斜度倾斜方倾斜速度具刚性建筑物整体倾斜通测量顶面基础相沉降间接确定
41 引起建筑物倾斜原
建筑物体倾斜观测原质勘探充分结果准确设计错误施工质量差施工方法等
(1)基础工程施工质量低劣：施工部门偷工减料弄虚作假便减少配筋降低混凝土强度等级采劣质钢材缩基础尺寸减少基础埋深基础施工放线准确等
(2)基处理方面原：目前基处理手段方面问题桩端未进设计持力层桩径未满足设计求强夯未达效影响深度振碎石桩未达振密效果检测手段合理未正确反映实际情况等等
(3)开挖引起面建筑物裂损：城市修建铁街等建筑物者矿区开挖采矿采煤巷道引发面沉降造成面建筑物沉开裂倾斜等损害
(4)相邻深基坑施工引起建筑物损坏：高层建筑基础工程施工中深基坑开挖支护降水止水监测等技术措施造成支护结构倒塌变形基坑量漏水涌土失稳基坑周边面塌陷相邻建筑物基础工程施工相互影响会已建成正建造相邻建筑物造成威胁损坏引发严重事
42 基准点位置选择埋设
建筑体倾斜观测应测定建筑顶部观测点相底部固定点层相层观测点倾斜度倾斜方倾斜速率刚性建筑整体倾斜通测量顶面基础差异沉降间接确定
体倾斜观测点测站点布设应符合列求：
1 建筑外部观测时测站点点位应选倾斜方成正交方线距准目标1．5～2．0倍目标高度固定位置利建筑部竖通道观测时通道底部中心点作测站点
2 整体倾斜观测点底部固定点应着应测站点建筑体竖直线顶部底部应布设分层倾斜应分层部位应布设
3 前方交会法布设测站点基线端点选设应顾测距长度丈量求方线水角法布设测站点应设置定点
43 倾斜观测点位选择埋设
体倾斜观测点位标志设置应符合列求：
1 建筑顶部墙体观测点标志采埋式准标志特殊求时应专门设计
2 便埋设标志塔形圆形建筑竖直构件准视线切高边缘确定位置高度角控制位置作观测点位
3 位面测站点定点根观测求带强制中装置观测墩混凝土标石
4 次性倾斜观测项目观测点标志采标记形式直接利符合位置准求建筑特征部位测站点采标石时性标志[5]
44 体倾斜观测观测精度仪器设备选择
体倾斜观测精度
表41 等级观测点坐标中误差
变形测量
等级
位移观测
范围
观测点坐标中误差
mm
特级
≤03
特高精度求特种精密工程重科研项目变形观测
级
≤10
高精度求型建筑物科研项目变形观测
二级
≤30
中等精度求建筑物科研项目变形观测重建筑物体倾斜观测场滑坡观测
三级
≤100
低精度求建筑物变形观测般建筑物体倾斜观测场滑坡观测
根点位观测观测点坐标中误差允许误差见表41次观测定三级观测观测点坐标中误差5mm
表42 全站仪准确度等级分类
准确度等级
测角标准偏差（mm）
测距标准差mm
Ⅰ
∣∣
∣∣
Ⅱ
1﹤∣∣
3∣∣
Ⅲ
2﹤∣∣
5﹤∣∣
Ⅳ
6﹤∣∣
10﹤∣∣
注：测回水方标准偏差千米测距标准偏差
表43 测距中误差应等级
测距中误差
测距仪精度等级
Ⅰ
<
Ⅱ
<
Ⅲ
根设计求高层建筑物倾斜限差5cm确定倾斜位移中误差需观测全部采全站仪采测角精度测距精度1+2ppm免棱镜全站仪变形监测等级三级更低建筑物仪器距离建筑物距离超200m测角中误差距离采200m极限值进行计算：
方角误差带影响 （441）
式中方角中误差D距离206265常数
测距带误差+ （442）
式中固定误差例误差
点位误差计算公式： （443）
25mm
变形监测等级三级位移观测应满足观测点坐标中误差5mm
次观测定三级观测观测点坐标中误差5mm测距精度14mm
方角误差带影响
测角测距精度指标：
表44 测角精度技术指标
等级
测角中误差（″）
弱边边长相中误差
测回数
三角形闭合差（″）
DJ1
DJ2
DJ4
二等
1
≤120000
12
35
三等
18
≤170000
6
9
7
四等
25
≤140000
4
6
9
表45测距技术求表
面控制网等级
测距仪精度等级
观测次数
总测回数
测回读数较
（mm）
单程测绘较差（mm）
返
二三等
Ⅰ
1
1
6
≤5
≤5
Ⅱ
8
≤10
≤15
四等
Ⅰ
1
1
46
≤5
≤7
Ⅱ
48
≤10
≤15
注：①测回指准目标次读数2～4次程
确定：次监测点测角中误差≤ 49″根工程测量规范确定测角观测等级四等满足观测求
45 施测方法观测周期
建筑物倾斜度测量方法包括(1)激光铅直法(2)纬仪投影法(3)测水角法(4)光学垂准法
建筑物体倾斜观测建筑物变形观测通常项目采种方法均通测量位建筑物体理应竖直线两点间水偏侈量偏移方两点间高差h求建筑物体倾斜度i 倾斜
方
A
P
H
S2
S1
S3
图41 高层建筑物观测图
首先建筑物周围标定 三点监测中转角边长求
资坐标系中坐标然分设站 三点监测建筑物底部夹角取均值样方式监测建筑物顶部角度前方交会原理确定AP坐标[5]
前方交会公式计算P点坐标
（451）
（452）
理前方交会公式计算A点坐标
计算偏距
（453）
建筑物体倾斜观测应测定建筑物顶部观测点相底部观测点偏移值根建筑物高度计算建筑物倾斜度
（454）
式中建筑物体倾斜度
建筑物顶部观测点相底部观测点偏移值
建筑物高度
倾斜角
体倾斜观测周期
体倾斜观测周期视倾斜速度l～3月观测次遇基础附量堆载卸载场降雨长期积水等导致倾斜速度加快时应时增加观测次数建筑突然发生量沉降均匀沉降严重裂缝时应立进行逐日2～3d次连续观测
46 提高精度方法
1 根建筑物周围标定三已知点分设站 三已知点分求出AP两点坐标取坐标均值样提高坐标精度
2 全站仪安置固定测站该测站建筑物距离建筑物高度15倍
3 观测角度边长进行次观测取测角量边均值提高测角量边精度达提高坐标精度
5 数处理
51 变形监测数处理三差方法
常数处理差方法分三种分基典差变形网数处理基秩亏网差数处理基拟稳差变形网数处理[6]
52 差方法选择
布设水准网中四水准基点四水准基点均埋设基岩基础十分稳固沉降观测前假定高程基准者四水准基点已知水准点联测基准点高程点次高程较差求达定限差认水准基点稳定（水准基点高程取稳定两次观测高程均值）水准网作四固定基准水准网采间接差原理进行数处理较合理变形数处理种典差方法[6]
53 间接差数处理应
测绘学科说数处理利测量差基原理外业采集数求优解测量差务处理系列带偶然误差观测值求出未知量佳估值评定测量成果精度
典测量差控制网差时必须具备必起算数必起算数基准确定网点坐标必起算数般称参考基准
变形网实质然确定网点位置测量控制网完全典控制网差方法差确定网点位置考虑变形网图形复杂余观测特点变形网差般采间接差法[7]
54 间接差法求差值计算步骤
1 根差问题性质选择独立量作参数
2 观测量差值分表达成选参数函数函数非线性线性化列出误差方程
3 误差方程系数项 组成法方程法方程数等参数数
4 解算法方程求出参数计算参数差值 （541）
5 误差方程计算求出观测量差值 （542）
6 评定精度
高层变形监测处理变形网高程网测量网中稳定点该稳定点起算点网进行差确定高程点高程然根期观测中网点高程确定网点变形[8]
（543）
网中稳定点步骤计算：
1 意点起算点进行差确定点高程
2 分析确定稳定点述差高程作稳定点已知高程然稳定点固定点期进行差计算
3 根期观测网点高程确定网点变形值
55 沉降观测数预处理
首先外业观测数进行预处理少两分进行检查外业观测数否出现错误然分计算沉降观测点间水准基点间高差记录计算闭合差否符合限差求里包括附水准路线闭合路线闭合差边坡周围形条件限制观测时设立较测站采测站数计算符值闭合差限差闭合差≤10mm（中测站数）
56 沉降监测网差
高程网间接差沉降测量中般节点水准网进行差计算图：
A
D
C
B
X
Y
Z
T
1
2
3
4
图51水准网
ABCD 分已知水准基点1234水准网中节点高差距离图中已标出设XYZT节点1234差高程面求解1234点差高程程：
（1）权确立
距离L测站数n定权
测站数定权PCn
距离定权PCL
（2）列误差方程式
（561）
（562）
（563）
（564）
（565）
（566）
（567）
（568）
（3）组法方程
（569）
（5610）
（5611）
（5612）
（4）计算点差高程值
（5613）
（5614）
（5615）
（5616）
求解程出规律：点高程差值该节点周围线路计算高程带权均值
计算通计差软件完成直接原始观测数(测段高差值)代入程序中沉降观测点高程做简单处理求两次观测数高程差沉降观测点某时期沉降量具体数值[11]
57 倾斜观测差计算
设测角中误差基准点坐标中误差()()
利误差传播定律交会点P精度计算公式
（571）
（572）
（573）
（574）
（575）
（576）
样求出P精度理位楼底部A点求精度值根实测PA坐标计算出差坐标计算偏距[12]
6 监测数整理分析
61 监测数整理
高层变形监测容非常非常复杂切测量符合原始数监测员果表格中记录监测中出现观察异常情况表明原始成果真实性记录表格中原始数意更改
外业观测完成应时分类整理检查外业观测资料进行观测值均值等关计算外业观测成果应快进行计算处理求未知数值变形量变形速率等编制监测日报表期监测技术报告快提交关部门变形监测施工项目必须提交阶段性监测报表提交报表时应提交监测点点位布置图位移量图监测点变形时程曲线等
62 监测数分析方法
变形分析包括两方面容：①高层变形进行分析高层空间变化出描述②高层变形进行物理解释分析成果楼运营状态正确性判断基础常分析方法作图分析统计分析分析建模分析
（1）作图分析
通绘制观测物理量程线特征原量效应量程线图考察效应量时间变化规律趋势常观测资料时间序绘制成程线
通观测物理量程线分析变化规律水位温度等程线研究相互影响关系通绘制效应量原量相关图考察效应量影响素相关程度变化规律种方法简便直观特适初级分析阶段
（2）统计分析
长期观测量值变幅周期观测段时间均值变化率进行统计分析考察观测量间数量变化方面否具致性合理性重现性稳定性等种方法具定量概念分析成果更具实性
（3）分析
较次巡视检查资料定性考察建筑物异常现象部位变化规律发展趋势较类效应量观测值变化规律发展趋势否具致性合理性监测成果理计算实验成果相较观察规律趋势否致性合理性工程某技术预警戒值相较判断工程工作状态否异常
63 变形监测沉降结果分析
根监测时间情况整观测分七周期2012年4月10日首次测量第周期第25天第二周期第49天第三周期第71天第四周期第95天设沉降量S（mm）周期天数d（天）沉降速度V（mmd）见表61
表61 沉降结果分析表
观测周期
1
2
3
4
均沉降量（mm）
105
292
43
65
周期天数d
24
49
71
95
沉降速度（mmd)
0044
006
0061
0068
沉降量计算 ：
总均沉降量(mm)
表61出：阶段沉降速度 观测周期该建筑基础沉降基均匀沉降沉降变化没发现异常现象沉降速度逐渐减分析表数出观测周期次第4期远远没达总设计周期数该数少量数进行预测分析期观测真实数探究预测分析精确性[13]（参阅载荷时间沉降曲线图）
64 沉降图分析
图61 A1A10沉降趋势图
图62 载荷时间沉降量图
沉降趋势图载荷时间沉降图出工程前期楼层沉降趋势较缓期开始加快前期工程进度慢引起楼层载荷相较期楼层载荷断加沉降明显观测工期较短暂沉降没达终衡继续沉原楼未完工预计楼层封顶沉降基停止
7 交资料
设计书观测数变形量计算成果差成果变化曲线等监测工作全部结束应提交完整监测技术总结报告总结报告少包括容：①工程概况②监测容控制指标③监测点布置预埋设方法④监测仪器仪表监测方法数处理方法监测精度⑤监测周期频率⑥项监测成果汇总表⑦结合项监测结果关图件进行变形分析⑧结建议
8 专题
GPS技术高层建筑变形监测中应研究
传统变形监测方法两类物理学传感器方法二常规测量方法物理传感器方法观测限局部变形常规测量方法工作量效率低受气候影响求监测点基点通视年发展GPS测量技术具高精度三维定位力监测种工程变形提供极效手段正具高精度高效益全天候需通视等优点逐渐代常规测量方法
81 GPS技术进行工程变形监测思路
GPS技术变形监测中应步骤
1 基准设计基准设计项反映形变体监测成果否准确工作GPS测量需通视作业距离长应GPS技术完全基准点选变形区外保证数性
2 图形设计根监测目图选点然野外踏勘保证选点位满足布网求野外观测具备条件施测概略点位根接收机台数少布网原设计网观测图形
3 观测周期时段设计针观测时段周期工程工程变形性质(长时期缓慢变化连续较快变化剧烈变化等)结合起分析做出利实现分析成果监测意图佳观测周期结合目前天空卫星分布情况卫星健康状况时段长短白天黑夜气象等外界素种分析出佳观测时段
4 确立外业观测模式通常进行相静态定位方法利某时间段观测(步)数利差分等手段求点点间坐标量连续断工程变形获时间段点位间直接关系值
5 选定监测面外业数采集完成利建筑物整体形变模型刻画监测面刚性运动状态通期连续观测反映建筑物形变信息
82 GPS变形监测模式
821 周期性监测模式
形变体变形速率相缓慢局部时间域空间域认稳定动时利GPS进行周期性变形监测监测频率视具体情况数月年甚数年久时采GPS静态相定位方法测量2台GPS接收机安置观测点步观测段时间观测时段长度时段数监测精度求定种方法尤适长边监测网边长相精度高达10 9
822 连续性监测模式
连续性变形监测指采固定监测仪器进行长时间数采集获变形数系列时监测数连续具较高时间分辨率根变形体特征 GPS连续性监测采静态相定位动态相定位两种数处理方法进行观测般求变形响应实时性监测目获取变形信息特性数处理分析事进行系统精度求设定目前高监测精度达亚毫米级
83 GPS变形监测中测量方法
监测象求 GPS变形监测中选择静态测量法快速静态测量法动态测量法三种
1 静态测量法静态测量法3 台GPS接收机时安置观测点步观测定时段般1时2 时等边连接方法构网处理软件解算基线差计算求定观测点三维坐标种方法定位精度高适长边测边相精度达10 9
2 快速静态测量法种方法尤适监测点观测工作原理两台GPS接收机安置基准点固定动连续观测1～4台接收机监测点移动次观测5～10分钟(采样间隔2秒) 事处理解算出监测点三维坐标根次观测解算出三维坐标精度水位移±3～ ±5 mm垂直位移±5～ ±8 mm距离3 km水精度5 mm + 1 ppm·D垂直精度8 mm + 1 ppm·D
3 动态测量法该方法分准动态测量方法实时动态测量法实时动态测量方法RTK方法(Real Time Kinematic) 载波相位观测量根实时差分GPS测量技术原理基准站安置台GPS接收机见GPS卫星进行连续观测观测数通线电传输设备实时发送监测点移动观测(1～3秒钟)GPS接收机移动GPS接收机接收GPS信号时通线电接收设备基准观测数根差分定位原理实时计算出监测点三维坐标精度精度达2～5 cm基准点监测点5颗视GPS卫星精度达1～2 cm
静态动态优缺点根实际需选择般基准网应采静态测量方法基准网边长超10 km考虑基准网起算点国际IGS站联测基线量 算时采精密星历保证基线解算精度监测点进行测量时采快速静态测量法桥梁监测时选择实时动态测量果距离基准点监测点5 颗视GPS卫星时精度达1～2 cm[16]
84 准动态特征监测
高层建筑物进行监测时准动态特征监测项非常重工作引入高层建筑物整体形变模型利期观测数反映建筑物准动态特征建筑物整体形变(沉降水位移倾斜)体现监测面姿态变化刻画监测面刚性运动状态模型形象描述建筑物整体形变状态[ 3～6 ] 例 某楼28 层 高97m离该楼场约400 m方三等水准点作检测点街行道边空四等水准测量测设水准基点S作基础监测面A高程基准基准点S便观测易保存位楼形变影响范围外利GPS网楼附观测条件较方(街行道边座居民楼) 建立两基准点分作基准站参考站监测方案图1示中AB分两监测面
图1 楼准动态特征监测示意图
楼面第层砼柱布设监测点组成基础监测面A检测面A作检测楼基础否移动楼顶层布设3GPS监测点组成整体监测面B通研究监测面B运动状态描述建筑物准动态特征研究模拟高层建筑物形变监测特定环境实验表明 静态测量模式获较定位结果获较精确形变监测结果应静态测量模式观测采双频接收机观测时段时间长度设30～120 min卫星高度角限值设15°配合工程应坐标系统采独立坐标系统表1监测面B3监测点前两期坐标值
表1 监测面B监测点第12期坐标值
点号
第1期
第2期
x
y
z
x
y
z
1
26511
29433
181210
26589
29706
181186
2
25836
20516
181485
25909
20432
181478
3
26411
29112
181305
26300
29130
181286
表1中监测点坐标值代入建筑物整体形变检测模型求出监测面B第1期第2期转动矢量转角 (负左旋)数绘出楼整体形变图沉量转角较情况形象显示出楼沉旋转说明模型反映高层建筑物整体形变状态灵敏性效性利期GPS监测数获建筑物形变动态规律
85 实时动态特征监测
高层建筑物实时动态特征监测安全运营维护设计关重尤实时准实时监测高层建筑物受震台风洪水等外界素作动态特征高层建筑物摆动幅度(相位移)频率图3示应GPS动态定位模式该楼进行动态特征监测研究风载脉动外界素影响振特性外业观测时采Trimble双频GPS接收机中台接收机设置视野开阔周边环境较面点作基准站台接收机设置距基准站约250 m固定点位作参考点第三台接收机设置楼顶层开阔处样求周围干扰源GPS1GPS3距离约190 mGPS动态观测时接收机采样间隔设置1 s卫星高度角限值15°动态定位观测模式连续观测时间约1 h
图2 楼实时动态监测方案
X方坐标变化例绘制时程曲线图图4示图知整时程曲线变化量水方标准偏差±213 mm偏差 1612 mm符合动态GPS测量正常精度表明GPS观测质量
86 GPS测量数处理
GPS数处理程划分基线解算网差两阶段数处理软件进行GPS网差需步骤进行(见图3)
1)提取基线量构建GPS基线量网
2)三维约束差
3)约束差联合差
4)质量分析控制
图3 GPS网差总体流程
87 GPS变形监测解决问题
871 GPS变形监测技术足
GPS技术高层建筑变形监测存足处 GPS接收机高山峡谷建筑物密集区密林深处卫星信号遮挡路径效应影响监测精度性高法进行监测GPS动态变形监测时GPS动态测量精度达厘米级微变形量 GPS测量误差成强噪声受强噪声干扰序列观测数中提取微弱变形信息GPS动态监测应解决关键技术问题 GPS般全站仪测斜仪等监测设备相设备成较高般3台GPS接收机 GPS误差源传统测量手段相 GPS定位结果观测值间函数关系复杂误差源数处理程中环节处理影响终监测精度
872 整周模糊度解算问题
模糊度解算快速确定GPS载波相位测量中初始整周模糊度GPS载波相位测量动态测量关键问题时模糊度正确求解获高精度GPS基线量解先决条件般精度GPS定位中定位需时间实际正确整周模糊度需时间快速确定整周模糊度提高GPS定位作业效率具极重作
整周模糊度动态解算方法(Ambiguity ResolutionOn2The2Fly 简称OTF法) 该法达厘米级精度满足高精度动态变形监测需外动态变形监测监测点短时间变形微表现种弱信号误差成强噪声受强噪声干扰序列观测数中提取微弱特征信息提高变形监测精度GPS动态监测系统应解决关键技术问题目前问题通常采数滑Kalman滤波方法时域进行处理变形频率幅值等变形特征分析通常采频谱分析法时域数序列通Fourier级数转换频域进行分析方法身存缺陷非稳非等时间间隔观测信号变形特征提取存局限性
873 路径效应影响
GPS测量中果测站周围反射物反射卫星信号(发射波)进入接收机天线直接卫星信号(直接波)产生干涉观测值偏离真值产生谓路径误差种路径信号传播引起干涉时延效应称做路径效应具体GPS高层建筑变形监测中路径影响GPS接收机旁边高物路径影响高层建筑屋顶路径影响路径效应GPS测量中种重误差源严重损害GPS测量精度必须路径效应影响进行处理具体处理方法施测器材方面数处理方面施测器材方面采接收机天线接收机加抑流圈适减路径
效应影响数处理方面次观测中路径效应影响会出现复现性数处理时针复现性进行建摸剔适削弱路径效应影响
总结
文研究变形监测流程变形监测成果实现通差计算变形点做出分析变形安全监测进行变形预测前提条件整信息化施工重环节成功预测期变形具重影响建筑物变形变形发展趋势进行早准确预测变形测量追求探索目标建立数学模型预测建筑物变形量相关规定求少10周期观测数积累满足求数建立数学模型觉滞建筑物整建筑期观测周期达规定求建立数学模型早提供预测数完全满足工程需定程度损失沉降观测成果价值土建施工关变形测量中沉降观测然重监测手段
1 高层建筑物变形监测沉降观测通周期性沉降观测整建筑施工定期提供安全数确保建筑物施工应期安全性
2 沉降观测项严格数分析观测程数采集分析具严格连续性沉降观测期间必须严格保证数超限果数超限严重影响沉降观测精确性观测期间果出现数超限情况必须重测
3 高层建筑物倾斜观测精度求较高仪器测角精度测距精度较高求测距建筑物倾斜测量中仪器距离建筑物距离般会太远测距误差固定误差测距精度影响较该选固定误差较全站仪
4 差计算部分具体阐述差理设计差程序者根相关软件进行数差计算简单快速准确
5 检测周期外业监测工作业解算结束应根数进行科学综合分析旦变形量达报警值遇异常情况时应立通知关方采取措施减缓安全隐患
致谢
毕业毕业设计学学专业知识总结半学期忙碌设计终接尾声时间里方面验足学容够扎实遇困难老师时督促指导做毕业设计阶段查阅资料设计草案确定修改中期检查期详细设计等整程中予悉心指导
通次设计学样切实学知识里感谢老师感谢母校感谢帮助真心家说声谢谢
附录
水 准 法 观 测 记 录 表
日 期： 天气： 仪器型号：
观测者： 记录： 复 核：
测站编号
距
距
方尺度
标尺读数
高差中数
备注
前距
前距
第次
第二次
视距差d
∑d
前
前
h
前
前
h
前
前
h
前
前
h
前
前
h
9 参考文献
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