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郑州大学 宋建学 研究生课程讲义
第二章 建筑工程监测技术
2.1 概述
2．1．1安全监测的意义
工程结构物在施工过程和施工完成后，由于其改变了建筑地基的应力状态，地基的变形不可避免；另外，由于工程结构物从施工开始就承受各种外部作用（重力、风力、温度变化等等）相互交叉的复杂影响，其弹塑性变形也不可避免。工程安全监测的意义在于严密监测结构物的变形幅度和速度，并依据工程力学和结构工程的相关知识，对变形产生的影响做出正确评价，以确保结构物正常工作。历史上，由于没有对工程结构物及时进行安全监测，造成重大损失的例子不计其数。1963年意大利的Vajaut拱坝（高266m）发生大滑坡，在7min之内就毁灭了一座城市及周围的几个小镇，造成3000人死亡。相反，1984年前后，我国对长江三峡滑坡体进行了长期的安全监测，并成功预报了滑坡的发生，使滑坡体上居民能够及时撤离，挽救了11 000人的生命。1994年1月17日，美国加州Northridge大地震中，一些建筑物虽经受主震而未倒塌，但结构已存在过度损伤变形而未发现，在后来的余震作用下倒塌造成人员伤亡。1999年我国台湾省台中大地震也发生过类似的情况。在建筑工程中，结构的安全监测结果是进行安全评价，确定危险房屋的基本依据。除了上述实际意义外，安全监测还是验证现行变形计算理论，发展切合实际的结构分析与设计理论的根本途径。
工程安全监测就是利用观测结果，研究工程结构物的变形规律，以达到监测建筑物安全，验证工程设计理论和检验施工质量的目的。对安全监测取得的数据进行整理、加工和分析，做出变形预报，这是安全监测中数据处理的任务。数据处理工作包括：观测数据的检验和质量评定；变形的几何分析，即对结构物空间状态变化做出几何描述，包括变形值的大小和方向；变形的物理解释，即对变形原因做出合理判断，并对变形的发展做出预报，为施工决策提供技术支持。由此可见，安全监测的根本目的就是获是结构物变形的空间状态和时间特性，进而反演结构的质量、刚度分布，确定结构物的工作状态，为结构物的施工、运营提供健康状态评价。
安全监测的主要内容包括沉降观测，位移观测、挠度观测、裂缝观测和振动
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观测等。每一种建筑物的观测内容，应根据建筑物的具体情况和实际要求综合确定测量项目。安全监测方法与测量仪器的发展密切相关。目前，GPS定位技术已经在区域性变形观测和大型工程变形监测中应用，并具有实时、连续、自动监测的优点，甚至与远程数据传输相结合，实现监测与决策智能化。
2.1.2、安全监测的一般规定
建筑安全监测的等级划分及其精度要求应符合表2.1-1的规定。表中观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量相邻观测点相对高差中误差；观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点(如工作基点等)的坐标中误差、坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑物(或构件)相对底部固定点的水平位移分量中误差。
表2.1-1 建筑安全监测的等级及其精度要求
沉降观测 观测点变形测 测站高量等级 差中误差 (mm) 特级 一级 二级 ≤0.05 ≤0.15 ≤0.50 位移观测 观测点坐 标中误差 (mm) ≤0.3 ≤1.0 ≤3.0 适 用 范 围 三级
≤1.50 ≤10.0 特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测 高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测 中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测 低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测 对一个实际工程，安全监测的精度等级应根据各类建(构)筑物的变形允许值的规定（见表2.1-2），按以下原则确定：
（1）绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）的观测中误差，对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定；对于其他精度要求的工程，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm。
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（2） 相对沉降（如沉降差、基础倾斜、局部倾斜等）、局部地基沉降（如基坑回弹、地基土分层沉降等）以及膨胀土地基变形等的观测中误差，均不应超过其变形允许值的1/20。
（3）建筑物整体性变形(如工程设施的整体垂直挠曲等)的观测中误差，不应超过允许垂直偏差的1/10。
（4）结构段变形（如平置构件挠度等）的观测中误差，不应超过变形允许值的1/6。
（5）对于科研项目变形量的观测中误差，可视所需提高观测精度的程度，将上列各项观测中误差乘以1/5—1/2系数后采用。
表2.1-2 建筑物的地基变形允许值 变形特征 地基土类别 中低压缩性土 高压缩性土 0.002 0.003 砌体承重结构基础的局部倾斜 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 0.002l 0.003l （1） 框架结构 0.0007l 0.001l （2） 砌体墙填充的边排柱 0.005l 0.005l （3） 当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 200 单层排架结构（柱距为6m）柱基的沉降量（mm） （120） 桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑） 0.004 纵向 0.003 横向 多层与高层建筑的整体倾斜 Hg≤24 24 14 郑州大学 宋建学 研究生课程讲义 4 倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。 测量工作开始前，应根据变形类型、测量目的、任务要求以及测区条件进行施测方案设计。重大工程或具有重要科研价值的项目，尚应进行监测网的优化设计。施测方案应经实地勘选、多方案精度估算和技术经济分析比较后择优选取。 2.2 工程沉降观测 在荷载影响下，建筑基础下土层的压缩是逐步实现的，因此，基础的沉降量亦是逐渐增加的。一般认为，建筑在砂土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间已完成大部分；而建筑在粘土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间只完成了一部分。图2.2-1为不同类土层上建筑物沉降过程的典型曲线。由图可知，对于砂性土层上的建筑，基础的沉降过程可分为四个阶段：第一阶段是在施工期间，随着地基上荷载的增加，沉降速度很大，年沉降量达20-70mm；到第二阶段，沉降速度就显著地变慢，年沉降量大约为20mm；第三阶段为平稳下沉阶段，其速度大约为每年1-2 mm ；第四阶段沉降曲线几乎是水平的，也就是说到了沉降停止的阶段。相反，粘性土地基上的建筑物，其沉降会有一个快速发展——逐渐收敛的缓慢过程。因此，变形监测应贯串整个兴建工程建筑物的全过程，即建筑之前、之中及运营期间。 图2.2-1 建筑物典型沉降-时间曲线 《中华人民共和国行业标准·建筑变形测量规程JGJ/T 8-97》规定：建筑 15