中华人民共和国行业标准建 筑 变 形 测 量 规范JGJ8-2007J719-2007 5
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用"必须",反面词采用"严禁";
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用"应",反面词采用"不应"或"不得";
3)表示允许稍可选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用"宜",反面词采用"不宜";
表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用"可"。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为: "应符合……的规定"或"应按……执行"。
中华人民共和国行业标准
建筑变形测量规范
JCJ 8-2007
条文说明
前 言
《建筑变形测量规范》JGJ 8-2007,经建设部2007年9月4日以第710号公告批准发布。
本规范第一版的主编单位是建设部综合勘察研究设计院,参加单位是陕西省综合勘察设计院、中南勘察设计院、南京建筑工程学院、上海市民用建筑设计院、中国有色金属工业西安勘察院。
为便于广大勘测、设计、施工及科研教学等人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,《建筑变形测量规范》编制组按章、节、条顺序编制了本规范的条文说明。在使用中,如发现条文说明中有欠妥之处,请将意见函寄建设综合勘察研究设计院科技质量处(北京东直门内大街177号,邮编:100007)。
1 总 则
1. 0.1 本规范采用"建筑变形测量"一词,主要基于如下考虑:
1 本规范规定的变形测量不仅针对建筑物,也适用于构筑物,因此使用"建筑"作为建筑物、构筑物的通称。而"建筑变形"除包括建筑物、构筑物基础与上部结构的变形外,还包括建筑地基及场地的变形;
2 "变形测量"比"变形观测"更便于概括除获得变形信息的观测作业之外的变形分析、预报等数据处理的内容;
3 建筑变形测量属于工程测量范畴,但在技术方法、精度要求等方面与工程控制测量、地形测量及施工测量等有诸多不同之处,目前已发展成一种具有较完善技术体系的专业测量。
.0.2 本规范主要适用于工业与民用建筑的地基、基础、上部结构及场地的沉降、位移和特殊变形测量。将建筑变形测量分为沉降、位移和特殊变形测量三类,是以观测项目的主要变形性质为依据并顾及建筑设计、施工习惯用语而确定的。这里的沉降测量包括建筑场地沉降、基坑回弹、地基土分层沉降、建筑沉降等观测;位移测量包括建筑主体倾斜、建筑水平位移、基坑壁侧向位移、场地滑坡及挠度等观测;特殊变形测量包括日照变形、风振、裂缝及其他动态变形测量等。
建筑变形测量规程》JGJ/T 8-97将建筑变形分为沉降和位移两类。考虑到日照、风振及裂缝变形的性质与一般的建筑位移是有区别的,本次修订时将这三种变形列为特殊变形测量。同时,由于测量技术的进步,使得人们能够用更先进的仪器捕捉到建筑受风荷载、日照及其他外力作用下的实时变形,根据需要本规范增加了动态变形测量内容,并列入特殊变形测量一章中。
1.0.3 将"确切地反映建筑地基、基础、上部结构及其场地在静荷载或动荷载及环境等因素影响下的变形程度或变形趋势"作为建筑变形测量的基本要求,是由变形测量性质所决定的,应体现在变形测量全过程中。从测量目的考虑,只有使变形测量成果资料符合上述基本要求,才能做到:
1)有效监视新建建筑在施工及运营使用期间的安全,以利及时采取预防措施;
2)有效监测已建建筑以及建筑场地的稳定性,为建筑维修、保护、特殊性土地区选址以及场地整治提供依据;
3)为验证有关建筑地基基础、工程结构设计的理论及设计参数提供可靠的基础数据;
4)在结合典型工程、典型地质条件开展的建筑变形规律与预报以及变形理论与测量方法的研究工作中,依据对系统、可信的观测资料的综合分析,获得有价值的结论。
由于建筑变形测量属于测绘学科与土木工程学科的边缘,人员的技术素质与工作方法也要与之相适应。变形测量工作者除了努力提高有关现代测量理论与技术水平外,还应学习必要的土力学和土木工程基础知识,并在工作中重视与建筑设计、施工及建设单位的密切配合。比如,在编制施测方案时,应与有关设计、施工、岩土工程人员协商,合理解决诸如点位选设、观测周期等问题;在施测过程中,对于发现的变形异常情况,应及时通报项目委托单位,以采取必要措施。
1.0.4 测量仪器的检验检定对于保障建筑变形测量成果的质量具有十分重要的意义。仪器设备应经国家认可机构检定并在检定有效期内使用。大地测量仪器的检验检定在现行有关国家测量规范中已有详细规定,本规范除结合建筑变形测量特点规定其必要的检验技术要求外,对于光学和数字水准仪、光学和电子经纬仪、全站仪、测距仪、GPS接收机及相关配件的检验项目、方 法及维护要求,均应按照现行有关国家规范的规定执行。这些规范主要有:《国家一、二等水准测量规范》GB l2897、《国家三、四等水准测量规范》GB 12898、 《国家三角测量规范》GB/T17942、《中、短程光电测距规范》GB/T 16818、《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T 18314、 《精密工程测量规范》GB/T15314等。此外,关于测量仪器检定还有一些行业标准可供借鉴,如:《水准仪检定规程》JJG 425、《水准标尺检定规程》JJG8、《光学经纬仪检定规程》JJG 414、《全站型电子速测仪检定规程》JJG l00、《光电测距仪检定规程》JJG 703、《全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范》JJF lll8等。使用中应依据这些标准的最新版本。
1.0.5 现代测量技术发展迅速,本规范规定:在建筑变形测量实践中,除使用本规范中规定的各种方法外,也可采用其他测量方法,但这些方法应能满足本规范规定的技术质量要求。
2 术语、符号和代号
本章主要对规范中使用的术语、代号和符号作出说明,以便于理解和使用。
对一些术语主要是按照建筑变形测量的特点和实际工作中的习惯来定义的,如"观测周期"、 "沉降差"等。在本规范中,"沉降差"是指同一建筑的不同部位在同一时间段的沉降量差值。
"地基"、"基础"、"基坑回弹"等主要参考了《岩土工程基本术语标准》GB/T 50279-98。"倾斜"、"日照"等主要参考了《工程测量基本术语标准》GB/T 50228-96。
3 基本规定
3.0.1 为监视建筑及其周围环境在施工和使用期间的安全,了解其变形特征,并为工程设计、管理及科研提供资料,在参考国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002规定的地基基础设计等级和第10.2.9条(强制性条文)及国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001第13.2.5条规定的基础上,本规范提出5类建筑在施工及使用期间应进行变形观测,并将该条作为强制性条文。其中的地基基础设计等级主要使用了GB50007-2002中表3.0.1的规定。为了方便使用,我们将该表列在这里(见表3-1)。
3.0.2 建筑变形测量的平面坐标系统与高程系统通常应优先采用国家或所在地方的平面坐标系统和高程系统。当观测条件困难,难以与国家或地方使用的系统联测时,采用独立系统也可以满足要求,这是因为变形测量主要以测定变形体的变形量为目的。为了便于变形测量成果的进一步使用和管理,当采用独立平面坐标或高程系统时,必须在技术设计书和技术报告书中作出明确说明。
3.0.3 建筑变形测量的基本要求是以确切反映建筑及其场地在静荷载或动荷载及环境等影响下的变形程度或变形趋势,这一要求应体现在变形测量的全过程。变形测量的成果质量取决于各个测量环节,而技术设计尤为重要。因此,应在建筑变形测量开始前,认真做好技术设计,形成书面的技术设计书或施测方案。技术设计书或施测方案的编写要求可参照现行行业标准《测绘技术设计规定》CH/T1004的相关规定进行。
3.0.4 本次修订中,有关建筑变形测量的级别名称、级别划分及精度要求沿用了原《建筑变形测量规程》JGJ/T 8-97的规定。原规程发布后,有一些用户对规程使用"级"而不是"等"有不同的看法。经过分析研究,我们认为,对于建筑变形测量,使用"级"而不是"等"能更好地体现变形测量的精度特征,也便于实际应用的延续性。
建筑变形测量的级别划分及其精度要求系根据原规程的下述分析来进行确定的(本次修订中补充了有关标准当前版本的规定)。
1 沉降测量的级别划分及其精度要求
1)级别划分。采用特级、一级、二级、三级,并分别代表特高精度、高精度、中等精度、低精度等4个级别精度档次。级别精度是按照与我国国家水准测量等级精度指标相靠拢,并能概括国内有关标准对沉降水准测量精度规定综合确定的。国内外有关标准的规定等级及其精度要求参见表3-2。
2)精度指标。考虑到沉降测量的自身特点及其小范围测量的环境,同时为了便于使用和数据处理,宜以观测点测站高差中误差作为精度指标。从表3-2可见,一些沉降测量规范也是采用测站高差中误差作为规定测量精度的依据。
级没m△=±0.28mm(S=5m,r=2),按(3-1)式换算为本规范的特级mo值为±0.056mm;
②按国内所使用的最高精度水准仪DS05型的观测精度,取用本规范第4.4.1条中计算DS05单程观测每测站高差中误差闭。(mm)的经验公式为:
mo=0.025+0.0029S (3-2)
式中S-视线长度,且S≤10m。
按(3-2)式为m。≤±0.054mm;
③按表3-2所列《工程测量规范》规定一测站变形点高程中误差±0.30mm,顾及等影响原则,其测站高差中误差为,当S≤15m时,按(3-1)式可换
算为本规范特级m。值小于或等于±0.051mm。综合上述三种情况,取±0.05mm作为特级精度指标是合理的。同时,这样取值也使相邻绷U沉降观测的精度比例约为1:3,体现了精度系列的系统性。
5)按实测的沉降测量工程项目精度统计,检验本规范规定的精度指标的可行性与合理性。我们统计了近二十年完成的68项大型工程项目,其中水准测量64项、静力水准测量4项,涉及精密工程、科研工程、高层建筑、工业民用建筑、古建筑及场地沉降等,现列于表3-4。
由表3-4可见,用水准测量方法进行沉降观测所得成果精度均在规定的精度范围以内,其分布属一、二级者最多,三级者较少,特级也较少,符合正常规律。同时通过原规程发布后多年的实践和应用,也表明本规范采用的精度级别与精度指标的规定是先进合理、实用的。
2 位移测量的级别划分及其精度指标
1)级别划分。按照与沉降测量的规定相配套考虑,分为特、一、二、三级。
2)精度指标。从有利于概括不同位移的向量性质和使用直观、方便来考虑,本规范采用变形观测点坐标中误差作为精度指标。目前,位移观测中,绝大多
数是使用测定坐标的方法(如全站仪、GPS、测斜仪测量等),规定用坐标中误差作为观测点相对于测站点(工作基点)的测定精度较为方便。对于有些非直接测定观测点坐标的方法(如基准线法、铅垂仪法),可按"与坐标等价"的原则考虑,如基准线法规定为观测点相对基准线的偏差值中误差,铅垂仪法规定为建筑物(或构件)上部观测点相对于底部定点的水平位移分量中误差。另外,有些建筑位移观测规定以点位中误差表示精度时,则可按坐标中误差的倍计算。从原规程发布后多年的工程实践表明,采用观测点坐标中误差作为精度指标是合适的。
3)各级别的精度指标取值。本规范各级别的精度指标取值仍采用原规程的规定。首先确定特级和三级的精度指标值,再以适当比例定出一、二级的精度指标,构成较为合理的精度系列。
①特级的精度指标,以适应特种精密工程变形观测要求为原则,综合考虑表3-5所列几项代表性工程项目的观测精度要求和表3-6所列国内近年来完成的几项典型工程项目实测精度来确定。
综合表3-5、表3-6所列精度,取特级的观测点坐标中误差为±0.3mm。
②三级的精度指标,以满足具有最大位移允许值的高耸建筑顶部水平位移观测精度要求为原则,综合考虑表3-7所列的几项项目的精度估算结果和表3-8所列几项工程的实测精度确定。
综合表3-7、表3-8的精度,并考虑到《工程测量规范》GB50026-93最低一级水平位移变形点点位中误差为±12mm(换算为坐标中误差为±8.5mm),本规范三级的观测点坐标中误差定为±10mm。
③一、二级的精度指标,按与沉降观测各级别之间精度指标比例相同考虑(即1:3),取一级为±1.0mm、二级为±3.0mm。
④按实测的位移测量工程项目精度统计,验证本规范规定的级别精度指标是可行、实用的。现统计20世纪80年代以来国内完成的57个工程72个观测项目,其中控制网22个、倾斜观测项目19个、滑坡观测项目8个、其他位移观测项目23个。将这72个观测项目实测精度均换算为坐标中误差形式,归纳列于表3-9。从表3-9统计看出,实测成果精度除个别项目外,均在本规范规定的精度范围以内,且分布符合正常情况。本规范表3.0.4中的适用范围,也是参照表3-9中所列各项目实际达到的精度及其在各级别中的一般分布特征来确定的。原规程位移观测精度规定经过多年的工程实践和应用,表明级别精度规定是合适的。
3.0.5 这里涉及的建筑地基变形允许值采用了国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002表5.3.4的规定。关于变形允许值的确定可参见该规范相应的条文说明。为了方便使用,我们将该表列在这里(见表3-10)。
3.0.6 高程控制网和观测点精度设计中的最终沉降量观测中误差是按照下列对变形值观测中误差的分析与估计确定的。
1 对已有变形值观测中误差取值方法的分析国内外有关变形值观测中误差取值方法有很多种,但使用较广泛的是以变形允许值为依据给以一定比例系数确定或直接给出观测中误差值。对一般变形测量,观测值中误差不应超过变形允许值的1/20~l/10,或者±(1~2)mm;而对一些具有科研目的的变形监测,应分别为1/100~1/20,或者±0.2mm。另外,也有少数是以一定小的变形特征值(如,达到稳定指标时的变形量、建筑阶段平均变形量等)为依据给以一定比例系数的取值方法。因此,本规范结合建筑变形特点及测量要求,归纳出以下确定变形值观测精度的基本思路。
1)区分实用目的与科研目的。以前者的取值为依据,视不同要求,取其1/2~1/5作为科研和特殊目的的变形值观测中误差;
2)绝对变形允许值,在建筑设计、施工中通常不作为主要控制指标,其变形值因地质环境影响复杂变化较大,给出的允许值也带有较大概略性,因此绝对变形值的观测精度以按综合分析方法考虑不同地质条件直接确定为宜。除绝对变形允许值之外的各种变形允许值,在建筑设计、施工中通常作为主要控制指标,其数值比较稳定,可信赖性强,对于这类变形的观测精度,宜以允许值为依据给以适当比例系数估算确定;
3)从便于使用考虑,宜对不同变形观测项目类别分别给出比例系数。在按其变形性质所选取的一定概率下,以可忽略的测量误差作为变形值观测误差来估算出比例系数。
2 推导为实用目的变形值观测中误差估算公式按上款确定比例系数的思路,取变形值与测量误差的关系
3 绝对沉降(值)的观测中误差取值,系综合下列估算和已有规定确定。
1)按原《建筑地基基础设计规范》GBJ 7-89对一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量所占最终沉降量之比例规定,取该规范条文说明中根据64幢建筑物
完工时的沉降观测资料所绘经验曲线,可知完工时对于低、中、高压缩性土的沉降量分别为≤20mm、≥40mm、≥120mm。按公式(3-7)、 (3-8),取△为20mm、40mm、120mm,p=0.999,可得1/tλ=l/44,则估算得变形值观测中误差,对低、中、高压缩性土分别为± 0.45mm、± 0.91mm与±2.7mm;
2)国内有些单位实测中,按不同沉降情况,采用的沉降量观测中误差为±0.5mm、 ±1.Omm与±2.Omm;
3)前苏联的沉降观测规范规定,对岩石和半岩石,沙土、黏土及其他压缩性土,填土、湿陷土、泥炭土及其他高压缩性土等三类地基土,分别规定测定沉降的允许误差为不大于lmm、2mm与5mm,即相应的沉降观测中误差为±0.5mm、±1.Omm、±2.5mm。
上述三种取值基本接近,综合考虑国内外经验,作出规定:对低、中、高压缩性土的绝对沉降观测中误差分别为±0.5mm、±1.Omm与±2.5mm。
4 绝对沉降之外的各种变形的观测中误差。按公式(3-7)、(3-8)估算确定,其采用的概率户与比例系数1/tλ从分别为:
1)对于相对沉降(如沉降差、基础倾斜、局部倾斜)和具有相对变形性质的局部地基沉降(如基坑回弹、地基土分层沉降)、膨胀土地基沉降,取P=0.995,则1/tλ≤1/20;
2)结构段变形(如平置构件挠度),取P=0.950,则l/tλ≤1/6。
3.0.7 平面控制网和观测点精度设计中的变形值观测中误差取值,按本规范第3.0.6条条文说明中提出的基本思路和估算方法确定。需要注意的是采用的变形值应在向量意义上与作为级别精度指标的坐标中误差相协调,即所估算的变形值观测中误差应是位移分量的观测中误差;对应的变形允许值应是变形允许值的分量值,并约定以允许值的1/作为允许值分量。
1 对于绝对位移(如建筑基础水平位移、滑坡位移等)的允许值,现行的建筑规范中未有规定,也难以给定,因此可不估算其位移值的观测中误差,根据经验或结合分析,直接按照本规范表3.0.4的规定选取适宜的精度等级。
2 对于绝对位移之外各项位移分量的观测中误差,则可按本规范第3.0.6条条文说明中的公式(3-7)、 (3-8)估算确定,其取用的概率P与比例系数1/tλ为:
1)对相对位移(如基础的位移差、转动、挠曲等)和具有相对变形性质的局部地基位移(如受基础施工影响的建筑物或地下管线位移,挡土墙等设施的位移)的观测中误差,可取p=0.995,即1/tλ≤1/20;
2)对建筑整体性位移(如建筑顶部水平位移、建筑全高垂直度偏差、桥梁等工程设施水平轴线偏差)的观测中误差,可取p=0.980,即1/tλ≤1/10;
3)对结构段变形(如高层建筑层间相对位移、竖直构件的挠度、垂直偏差等)的观测中误差,可取p=0.950,即1/tλ≤l/6;
4)对于科研及特殊项目的位移分量观测中误差,取与沉降观测中误差的规定相同,即将上列各项变形值观测中误差,再乘以1/5~1/2的适当系数采用。
3.0.8 建筑变形测量中观测点与控制点应按照变形观测周期进行观测,其观测周期应根据变形体的特征、变形速率和变形观测精度要求及外界因素影响等综合确定。当有多种原因使某一变形体产生变形时,可分别以各种因素确定观测周期后,以其最短周期作为观测周期。
3.0.9 变形测量的时间性很强,它反映某一时刻变形体相对于基点的变形程度或变形趋势,因此首次观测值(初始值)是整个变形观测的基础数据,应认真观测,仔细复核,增加观测量,进行两次同精度独立观测,以保证首次观测成果有足够的精度和可靠性。
3.0.10 一个周期的观测应在尽可能短的时间内完成,以保证同一周期的变形观测数据在时态上基本一致。对于不同周期的变形测量,采用相同的观测网形(路线)和观测方法,并使用同一仪器和设备等观测措施,其目的是为了尽可能减弱系统误差影响,提高观测精度,保证成果质量。
3.0.11 为了保证建筑及周围环境在施工或运营期间的安全,当变形测量过程中出现各种异常或有异常趋势时,必须立即报告委托方以便采取必要的安全措施。同时,应及时增加观测次数或调整变形测量方案,以获取更准确全面的变形信息。本条第2款中的预警值通常取允许变形值的60%。本条作为强制性条文,必须严格, 执行。
4 变形控制测量
4.1 一般规定
4.1.1~4.1.4 变形测量基准点的基本要求是应在整个变形观测阶段保持稳定可靠,因此除了对其位置有要求外,还应定期对其进行复测和稳定性分析。
设置工作基点的主要目的是为方便较大规模变形测量工程的每期变形观测作业。由于工作基点一般距待测目标较近,因此在每期变形观测时,应将其与基准点进行联测。
需要说明的是,原规程中将高程控制和平面控制分别列为两章,本次修订将其合并为一章,并作了较多的补充、修改和顺序调整。
4.2 高程基准点的布设与测量
4.2.1 本规范规定"特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个、其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个"是为了保证有足够数量的基准点可用于检测其稳定性,从而保证沉降观测成果的可靠性。高程控制网不能布设成附合路线,只能独立布设成闭合环或布设成由附合路线构成的结点网,这主要是为了便于检核校验。
4.2.2 根据地基基础设计的规定和经验总结,规定高程基准点和工作基点位置选择的要求,以便保证高程基准点的稳定和长期保存以及工作基点的适用性。关于基准点位置的进一步分析还可参见本规范第5.2.2条的条文说明。
4.2.3 高程基准点标石、标志的形式有多种,本规范附录A仅给出了一些常用的形式。
4.2.4 在建立沉降观测高程控制网的方法中增加电磁波测距三角高程测量,主要是考虑到在一些二、三级沉降观测高程控制测量中,可能难以进行高效率的水准测量作业。为减少垂线偏差和折光影响,对电磁波测距三角高程测量观测视线的路径要高度重视,尽可能使两个端点周围的地形相互对称,并提高视线高度,使视线通过类似的地貌和植被。
4.3 平面基准点的布设与测量
4.3.2 平面基准点标石、标志的形式有多种,本规范附录B仅给出了几种常用的形式。
4.3.5 一般测区的一、二、三级平面控制网技术要求,系按下列思路分析确定:
1 主要思路:
1)取一般建筑场地的规模、按一个层次布设控制网点,以常用网形和观测精度考虑; -
2)测角、测边网的最弱边边长中误差,按相邻点间边长中误差与点的坐标中误差近似相等的关系,取与相应等级精度指标的观测点坐标中误差等值,导线(网)的最弱点点位中误差取与相应级别观测点坐标中误差的√2倍等值;
3)控制网精度设计,主要考虑测角、测距精度及网的构形,未计及起始数据误差影响。
2 本规范表4.3.5-l中的技术要求(按三角网进行估算):
1)精度估算按下列公式:
2)各项技术要求的确定取实际布网中常遇三角形(三个角度分别为45°、60°、75°)作为推算路线的图形,平均的R值为5.7。
一级网,主要用于建筑或场地的高精度水平位移观测。一般控制面积不大,边长较短,取平均边长D=200m。按三角网,布设两条起算边,传算三角形个数为3,因K=1/3,则1/PlgD=5.7;按四边形网,布设一条起算边,传算三角形个数为2,因K=0.4,则1/PlgD=4.6;按五边中点多边形网,布设一条起算边,传算三角形个数为3,因K=0.35,则1/PlgD=6.0。取mD=±1.Omm,即T=200000,由公式(4-3)可得出上述三种网形的Mβ值分别为:三角网±O.9″,四边形网±1.0″,五边中点多边形网±O.9″,取用±l.0″。
二级网,主要用于中等精度要求的建筑水平位移观测和重要场地滑坡观测。一般控制面积较大,边长较长,取平均边长D=300m。按三角网,布设两条起算边,传算三角形个数为4,即1/PlgD=7.6;按四边形网,布设一条起算边,传算三角形个数为2,即1/PlgD=4.6;按六边中点多边形网,布设一条起算边,传算三角形个数为3,因K=0.45,则1/PlgD=7.7。取mD=3.Omm,即T=100000,由公式(4-3)可得上述三种网形的Mβ分别为:三角网±1.6″,四边形网±2.0″,六边中点多边形网±1.6″,取用±1.5″。
三级网,主要用于低精度要求的建筑水平位移观测和一般场地滑坡观测。一般控制面积大,边长长,取平均边长为500m。按三角网,布设两条起算边,传算三角形个数为6,即1/PlgD=11.4;如布设一条起算边,传算三角形个数为3,因K=2/3,则1/PlgD=11.4;按七边中点多边形,布设一条起算边,传算三角形个数为4,因K=0.52,则1/PlgD=11.8。取mD=+10.0mm,即T=50000,由公式(4-3)可得出上述三种网形
的Mβ分别为±2.6″、±2.6″、±2.5″,取用±2.5″。
需要说明的是,目前由于高精度全站仪的普及应用,三角网更多地使用边角网。边角网具有测角和测边精度的互补特性,受网形影响小,布设灵活,精度也高,应优先采用。在边角网中应以测边为主,加测部分角度。测角和测边精度匹配的原则是使Mα/ρ≈mD/D 。本规范表4.3.5-1的技术要求宜分别采用准确度为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等级的全站仪,从其相应的出厂标称准确度来看,其测角和测边精度完全可以满足上述技术要求。
3 本规范表4.3.5-2中的导线测量技术要求:
1)确定技术要求的主要思路为:导线设计,以直伸等边的单一导线分析为基础,再用等权代替法、模拟计算法等推广到导线网。单一导线包括附合导线和独立单一导线,本规范表4.3.5-2中的规定是以附合导线的技术要求为依据,在有关参数上给以乘系数即可又用于独立单一导线和导线网。考虑点位布设条件与要求的不同,导线边长取比测角网为短.边长测量以电磁波测距为主,视需要亦可采用直接钢尺丈量;
2)精度估算按下列公式进行:
①附合导线。根据导线起算数据误差对导线中点(最弱点)的横向影响与纵向影响相等、导线中点的横向测量误差与纵向测量误差相等的原则,可推导出如下估算式:
3)各项技术要求的确定:取MZ为等级精度指标观测点坐标中误差的拒倍值;导线平均边长,对一级为150m,二级为200m,三级为250m;导线边数n,对附合导线取5,对独立单一导线取6。将这些估算参数代人公式(4-5)~(4-10),可得估算结果如表4-1:
从表4-1估算结果可知:
①两种导线,在要求的MZ与平均边长D相同条件下,Mβ与1/T也基本相同。在各自的边数相差不大时,独立单一导线的mD可比附合导线的mD放宽约倍;
②对于导线网,亦可采用附合导线的技术要求,只是需将附合点与结点间或结点与结点间的长度,按附合导线长度乘以小于或等于0.7的系数采用。
4 在执行本规范表4.3. 5-1、表4.3.5-2的规定时,需注意表列技术要求系以一般测量项目采用的级别精度下限指标值和一般场地条件选取的网点方案为依据来确定的。当实际平均边长、导线总长均与规定相差较大时以及对于复杂的布网方案,应当另行估算确定适宜的技术要求。
4.4 水准测量
4.4.1 本条中DS05、DSZ05型仪器的mo值估算经验公式(4.4.1-2)系根据有关测量规范(原《国家水准测量规范》、《大地形变测量规范(水准测量)》)说明中给出的实例数据以及华北电力设计院、中南勘测设计研究院、北京市测绘设计研究院等8个单位的实测统计资料,经统计分析求出的。一些数据检验表明,该mo估算式较为合理、可靠。
4.4.2 各级别几何水准观测的视线要求和各项观测限差的规定依据,说明如下:
1 水准观测的视线要求:
1)视线长度规定为特级≤10m、一级≤30m、二级≤50m、三级≤75m,系综合考虑实际作业经验和现行有关标准规定而确定。其中一、二、三级的视线长
度与现行《国家一、二等水准测量规范》及《国家三、四等水准测量规范》规定的一、二、三等水准测量一致,二、三级的视线长度也与现行《工程测量规范》的相关规定一致;
2)视线高度规定为特级≥0.8m、一级≥0.5m、二级≥0.3m、三级≥0.2m,是根据确定的视线长度并考虑变形观测条件,参照现行《国家一、二等水准测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》与《工程测量规范》的相关规定确定的;
3)前后视距差△d系按下式关系确定:
5)检测已测测段高差之差△检
检测与已测的时间间隔不长,且均按相同精度要求观测,则可得:
各级别△检的估算结果取值见表4-3。
4.4.6~4.4.7 在一些场合中,静力水准测量具有相对优越性,是沉降观测的有效作业方法之一。这里根据静力水准测量的作业经验,对其技术和作业要求进行了规定。
4.4.8 由于自动静力水准设备的类型、规格和性能都有很大的不同,因此,对于不同的设备应分别制定相应的作业规程,以保证满足本规范规定的精度要求。
4.5 电磁波测距三角高程测量
4.5.1 最近20多年来的大量实践表明,电磁波测距三角高程测量在一定条件下可以代替一定等级的水准测量。就建筑变形测量而言,对于某些使用水准测量作业困难、效率低的场合,可以使用电磁波测距三角高程测量方法进行二、三级高程控制测量。本节有关技术指标和要求是在认真总结相关应用案例并考虑变形测量特点的基础上给定的。对于更高精度或特殊要求下的电磁波测距三角高程测量,应进行专门的技术设计和论证。
4.5.3 电磁波测距三角高程测量作业可分别采用中间设站观测方式(即在两照准点中间安置仪器)或每点设站、往返观测方式(即在每一照准点上安置仪器并进行对向往返观测)。这两种方式可同时或交替使用。实际作业中,应优先使用中间设站方式,因为这种方式作业迅速方便、不需量测仪器高。规定中间设站方式下的前后视线长度差及累积差限差是为了有效地消减地球曲率与大气垂直折光影响。
4.5.4 边长和垂直角的观测顺序对不同观测方式分别为:
1 当按单点设站、对向往返观测方式时,边长和垂直角应独立测量,观测顺序为:
往测时:观测边长一观测垂直角;
返测时:观测垂直角一观测边长。
2 当按中间设站观测方式时,垂直角应采用单程双测法,在特制觇牌的两个照准目标高度上独立地分两组观测,以避免粗差并消减垂直度盘和测微器的分划系统性误差,同时可评定每公里偶然中误差。如采用本规范附录C图C 0.1(b)、(d)所示觇牌,观测顺序为:
第一组:观测边长一观测垂直角(此处"为规程规定的垂直角观测测回数)
1)照准后视点反射镜,观测边长2测回(结束后安置觇牌);
2)照准前视点反射镜,观测边长2测回(结束后安置觇牌);
3)照准后视觇牌上目标,正倒镜观测垂直角n/2测回;
4)照准前视觇牌上目标,正倒镜观测垂直角n/2测回;
5)照准前视觇牌上目标,正倒镜观测垂直角n/2测回;
6)照准后视觇牌上目标,正倒镜观测垂直角n/2测回。
第二组:观测垂直角一观测边长
1)照准前视觇牌下目标,正倒镜观测垂直角n/2测回;
2)照准后视觇牌下目标,正倒镜观测垂直角n/2测回;
3)照准后视觇牌下目标,正倒镜观测垂直角n/2测回(结束后安置反射镜);
4)照准前视觇牌下目标,正倒镜观测垂直角n/2测回(结束后安置反射镜);
5)照准后视点反射镜,观测边长2测回;
6)照准前视点反射镜,观测边长2测回。
3 应该注意到,电子经纬仪和全站仪的垂直角观测精度比光学经纬仪要高。按照国家计量检定规程《全站型电子速测仪检定规程》JJG 100-1994和《光学经纬仪检定规程》JJG 414-1994规定的一测回垂直角中误差:1″级全站仪和电子经纬仪为1″,而DJl型光学经纬仪为2″;2″级全站仪和电子经纬仪为2″而DJ2型光学经纬仪为6″;6″级全站仪和电子经纬仪为6″,而DJ6型光学经纬仪为10"。因此,有条件时,应尽可能使用电子经纬仪和全站仪以提高观测精度和速度。作业时,应避免在折光系数急剧变化的时间段内观测,尽量缩短观测时间,观测顺序要对称。
4.5.5 电磁波测距三角高程测量的验算项目包括:
4.6 水平角观测
4.6.1 水平角观测的测回数估算系根据以下分析确定:
1 对于特级水平角观测和当有可靠的实测精度数据时,采用估算方法确定测回数,可以适应水平角观测的多样性需要(如不同精度要求的测角网点和导线点的观测、独立测站点上的观测等)。
2 估算公式主要根据长江流域规划办公室勘测处对23个高精度短边三角网观测成果的统计结果(见《中国测绘学会第二届综合学术年会论文选编(第四卷)》,测绘出版社,1981)。采用导人系统误差影响系数λ和各测站平差后一测回方向中误差的平均值Mα值的方法,推导得出测角中误差Mβ与Mα和测回数n之间的相关函数数学表达式为:
关于该公式的推导、验算以及采用不同的入值(0.5、0.7和0.9)、从2到24测回数的观测精度计算结果和最适宜的测回数等的研究见《经纬仪水平角观测精度的研究》(《工程勘察》,2005年第3期)。
这里利用的23个三角网分布在重庆、四川、湖北、贵州、河南、陕西等省市,为包括三峡、葛洲坝和丹江口在内的坝址、坝区三角网,边长为0.2~3.0km,三角点上均建有混凝土观测墩,配备强制对中装置和照准标志,用DJl型仪器观测。这些观测条件与要求与本规范的规定基本相同。
3 Mα的取值规定
《光学经纬仪检定规程》JJG414-1994规定室内检定时,一测回水平方向中误差不应超过表4-4的规定。
《全站型电子速测仪检定规程》JJGl00-1994规定室内检定时,一测回水平方向中误差应满足仪器出厂的标称准确度。各等级全站仪及电子经纬仪的限差见表4-5。
综合表4-4、表4-5和表4-6,Mα值可根据仪器类型、读数和照准设备、外界条件以及操作的严格与熟练程度,在下列数值范围内选取;
DJ05型仪器:0.4~0.5″;
DJl型仪器:0.8~1.0″;
DJ2型仪器:1.4~1.8″。
考虑到变形测量角度观测具有多次重复观测的特点,为此,本规范规定,允许根据各类仪器的实测精度数据按照公式(4-20)调整测回数。
4 按公式(4-20)估算测回数n时,需注意以下两个问题:
1)估算结果凑整取值时,对方向观测法与全组合测角法,应顾及观测度盘位置编制要求,使各测回均匀地分配在度盘和测微器的不同位置上。对于导线观
测,当按左、右角观测时,总测回数应成偶数,当估算后n<2时,取n=2;
2)由于一测回角度观测值是由上、下半测回各两个方向观测值之差的平均值组成,按误差传播原理可知,m角等于半测回(正镜或倒镜)每方向的观测中误差m方,这种等值关系在精度估算中经常使用。
4.6.2 水平角观测限差系根据以下分析确定:
1 方向观测法观测的限差
4)同一方向值各测回互差的限值△测回同一方向各测回互差之中误差,如仅考虑偶然误差,其中误差即为m方,但在测回互差中尚包括仪器水平度盘分划和测微器的系统误差、以旁折光为主的外界条件变化等误差影响,设这些误差影响为偶然误差的倍,则
5)在公式(4-21)、(4-22)、(4-23)、(4-24)中,将第4.6.1条文说明中确定的m。值代入,则可得各项观测限值,见表4-7。
2 全组合观测法观测的限差主要参照《精密工程测量规范》GB/T15314-94第7.3.6条表5的规定。
4.7 距离测量
4.7.1 一般地区一、二、三级边长的电磁波测距技术要求,系按下列考虑与分析确定:
1 建筑变形测量的边长较短(一般在lkm之内),测距精度要求高(从小于lmm到10mm)。本规范将测距仪精度分为mD≤lmm、mD≤3mm、mD≤5mm与mD≤10mm四个等级。mD值以采用的边长D(测边网取平均边长)代人具体仪器标称精度表达式(mD=a+b·10-6D)计算。
2 规定各级别边长均应采用往、返观测或以不同时段代替往、返测,是从尽可能减弱由气象等因素引起的系统误差影响和使观测成果具有必要检核来考虑的,这样也与现行有关规范规定相协调。
3 测距的各项限差是依据原《城市测量规范》编制说明中提供的仪器内部符合精度m内较仪器外部符合精度(仪器标称精度)mD缩小1/3的关系以及其分析各项限差的思路来确定的。
1)一测回读数间较差的限值△读数
读数间较差主要反映仪器内部符合精度,取2倍中误差为规定限值,则
取mD=lmm、3mm、5mm、10mm,则相应的△读数=lmm、3mm、5mm、10mm。
2)单程测回间较差的限值△测回
以一测回内最少读数次数为2来考虑,即一测回读数中误差为m内/。取测回间较差中的照准误差、大气瞬间变化影响等因素的综合影响为一测回
读数中误差之2倍,则
对应mD=lmm、3mm、5mm、10mm的△测回分别为1.4mm、4mm、7mm、14mm,实际分别取1.5mm、5mm、7mm和15mm。
3)往返或时间段较差的限值△往返
往返或时间段间较差,除受m的影响外,更主要的是受大气条件变化影响以及仪器对中误差、倾斜改正误差等的影响,因此,可以认为该较差之大小主要反映的是仪器外部符合精度的高低。取一测回测距中误差≤(a+b·10-6D),往返或不同时段各测4测回,则
4.7.3 本规范表4.7.3中规定的丈量边长(距离)技术要求,是以适应各等级边长相对中误差:一级1/200000、二级l/100000、三级l/50000并参照现行《城市测量规范》和《工程测量规范》中相应这一精度要求的规定来确定的。本规范除对个别指标作调整外,从便于衡量短边的精度考虑,还将"经各项改正后各次或各尺全长较差"一项的限值,由按L(以km为单位)表达的公式,改为按D(以100m为单位)表达的公式,即
4.8 GPS测量
4.8.1 应用GPS进行建筑变形测量时,应根据变形测量的精度要求,尽可能选用高精度、高性能的GPS接收机。
4.8.2 GPS接收机的检验、检定应符合以下规定:
1 新购置的GPS接收机应按规定进行全面检验后使用。GPS接收机的全面检验应包括以下内容:
1)一般检视:
一GPS接收机及天线的外观良好,型号正确;
一各种部件及其附件应匹配、齐全和完好;
一需紧固的部件不得松动和脱落;
一设备使用手册和后处理软件操作手册及磁(光)盘应齐全;
2)通电检验:
一有关信号灯工作应正常;
一按键和显示系统工作应正常;
一利用自测试命令进行测试;
-检验接收机锁定卫星时间的快慢,接收信号强弱及信号失锁情况;
3)试测检验前,还应检验:
一天线或基座圆水准器和光学对中器是否正确;
一天线高量尺是否完好,尺长精度是否正确;
一数据传录设备及软件是否齐全,数据传输性能是否完好;
一通过实例计算,测试和评估数据后处理软件。
2 GPS接收机在完成一般检视和通电检验后,应在不同长度的标准基线上进行以下测试:
1)接收机内部噪声水平测试;
2)接收机天线相位中心稳定性测试;
3)接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试;
4)接收机频标稳定性检验和数据质量的评价;
5)接收机高低温性能测试;
6)接收机综合性能评价等。
3 GPS接收机或天线受到强烈撞击后,或更新接收机部件及更新天线与接收机的匹配关系后,应按新购买仪器做全面检验。
4 GPS接收机应定期送专门检定机构进行检定。
5 GPS接收机的所有检验、检定项目和方法应符合相关技术标准的规定。
4.8.4 GPS测量的基本要求、作业规定及数据处理等尚应参照《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18413等相应规定。
5 沉降观测
5.1 一般规定
5.1.1 对于深基础或高层、超高层建筑,基础的荷载不可漏测,观测点需从基础底板开始布设并观测。据某设计院提供的资料,如仅在建筑底层布设观测点,将漏掉5t/m2的荷载(约等于三层楼),从而将影响变形的整体分析。因此,对这类建筑的沉降观测,应从基础施工时就开始,以获取基础和上部结构的沉降量。
5.1.2 同一测区或同一建筑物随着沉降量和沉降速度的变化,原则上可以采用不同的沉降观测等级和精度,因为有的工程由于沉降观测初期沉降量较大或非常明显,采用较高精度不但费时、费工造成浪费,而且也无必要。而在观测后期或经过治理以后沉降量较小,采用较低精度观测则不能正确反映其沉降量。同一测区也有沉降量大的区域和小的区域,采用不同的观测等级和精度较为经济,也符合要求。但一般情况下,如果变形量差别不是很大,还是采用一种观测精度较为方便。
5.1.4 本规范第9.1节对建筑变形测量阶段性成果和综合成果的内容进行了较详细的规定。对于不同类型的变形测量,应提交的图表可能有所不同。因此本规范对各类变形测量提出了应提交的主要图表类型,分别列在有关章节中。
5.2 建筑场地沉降观测
5.2.1 将建筑场地沉降观测分为相邻地基沉降观测与场地地面沉降观测,是根据建筑设计、施工的实际需要特别是软土地区密集房屋之间的建筑施工需要来确定的。这两种沉降的定义见本规范第2.1节术语。
毗邻的高层与低层建筑或新建与已建的建筑,由于荷载的差异,引起相邻地基土的应力重新分布,而产生差异沉降,致使毗邻建筑物遭到不同程度的危害。差异沉降越大,建筑刚度越差,危害愈烈,轻者房屋粉刷层坠落、门窗变形,重则地坪与墙面开裂、地下管道断裂,甚至房屋倒塌。因此建筑场地沉降观测的首要任务是监视已有建筑安全,开展相邻地基沉降观测。
在相邻地基变形范围之外的地面,由于降雨、地下水等自然因素与堆卸、采掘等人为因素的影响,也产生一定沉降,并且有时相邻地基沉降与场地地面沉降还会交错重叠。但两者的变形性质与程度毕竟不同,分别提供观测成果便于区分建筑沉降与场地地面沉降,对于研究场地与建筑共同沉降的程度、进行整体变形分析和有效验证设计参数是有益的。
5.2.2 对相邻地基沉降观测点的布设,规定可在以建筑基础深度1.5~2.0倍的距离为半径的范围内,以外墙附近向外由密到疏进行布置,这是根据软土地基上建筑相邻影响距离的有关规定和研究成果分析确定的。
1 取《上海地基基础设计规范》编制说明介绍的沉桩影响距离(见表5-1)和《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002表7.3.3相邻建筑基础间的净距(见表5-2)作为分析的依据。
2 从表5-1、表5-2可知,影响距离与沉降量、建筑结构形式有着复杂的相关关系,从测量工作预期的相邻没有建筑的影响范围和使用方便考虑,取表5-1中的最大影响距离(1.0~1.5)L再乘以系数作为选设观测点的范围半径,亦即以建筑基础深度的1.5~2.0倍之距离为半径,是比较合理、安全和可行的。另外,补充说明的是,本规范第4.2.2条中规定的基准点应选设在离开邻近建筑的基础深度2倍之外的稳固位置,也是以上述分析为依据的。
3 产生影响建筑的沉降量随其离开距离增大而减小,因此对观测点也规定应从其建筑外墙附近开始向外由密到疏来布置。
5.3 基坑回弹观测
5.3.2 基坑回弹观测比较复杂,需要建筑设计、施工和测量人员密切配合才能完成。回弹观测点的埋设也十分费时、费工,在基坑开挖时保护也相当困难,因此在选定点位时要与设计人员讨论,原则上以较少数量的点位能测出基坑必要的回弹量为出发点。据调查,国内只有北京、西安、上海、山东等地做过这个项目。表5-3分别给出几个示例供参考。
5.3.4 规定回弹观测最弱观测点相对邻近工作基点的高程中误差不应大于±1.0mm,是根据以下考虑和估算确定的。
1 基坑的回弹量,在地基设计中可根据基坑形状(形状系数)、深度、隆起或回弹系数、杨氏模量等参数进行预估。经调查,基坑回弹量占最终沉降量的比例,在沿海地区为1/4~1/5,北京地区为1/2~1/3,西安地区为1/3以上。统计一般高层建筑,基坑深度为5~10m的回弹量,黄土地区为10~20mm,软土地区为10~30mm,这与设计预估的回弹量基本一致。
2 按本规范第3.0.5条和第3.0.6条对估算局部地基沉降的变形观测值中误差mS和公式(3.0.6-1)的规定,可求出最弱观测点高程中误差。取最大回弹量为, 30mm,则得:
此处的mH即为相对于邻近工作基点的高程中误差。
5.3.7 基坑开挖前的回弹观测结束后,为了防止点位被破坏和便于寻找点位,应在观测孔底充填厚度约为lm左右的白灰。如果开挖后仍找不到点位,可用本规范第5.3.2条第3款设置的坑外定位点通过交会来确定。
5.4 地基土分层沉降观测
5.4.2 分层沉降观测点的布设,限定在地基中心附近约2m见方范围内,间隔约50cm最好在同一垂直面内,一方面是为了方便观测和管理,另一方面制图较为准确。因为分层沉降观测从基础施工开始直到建筑沉降稳定为止,时间较长,且在建筑底面上加砌窨井与护盖,标志不再取出。
5.4.4 规定分层沉降观测点相对于邻近工作基点或基准点的高程中误差不应大于±1.0mm,是依据以下考虑提出的:地基土的分层及其沉降情况比较复杂,不仅各地区的地质分层不一,而且同一基础各分层的沉降量相差也比较悬殊,例如最浅层的沉降量可能和建筑的沉降量相同,而最深层(超过理论压缩层)的沉
降量可能等于零,因此就难以预估分层沉降量,也不能按估算的方法确定分层观测精度要求。
5.5 建筑沉降观测
5.5.5 本条关于建筑沉降观测周期与观测时间的规定,是在综合有关标准规定和工程实践经验基础上进行的。由于观测目的不同,荷载和地基土类型各异,执行中还应结合实际情况灵活运用。对于从施工开始直至沉降稳定为止的系统(长期)观测项目,应将施工期间与竣工后的观测周期、次数与观测时间统一考虑确定。对于已建建筑和因某些原因从基础浇筑后才开始观测的项目,在分析最终沉降量时,应注意到所漏测的基础沉降问题。
对于沉降稳定控制指标,本规范使用最后lOOd的沉降速率小于0.01~0.04mm/d作为稳定指标。这一指标来源于对几个主要城市有关设计、勘测单位的调查(见表5-4)。
实际应用中,稳定指标的具体取值应根据不同地区地基土的压缩性能来综合考虑确定。
6 位移观测
6.2 建筑主体倾斜观测
6.2.4 在建筑主体倾斜观测精度估算中,应注意以下问题:
1 当以给定的主体倾斜允许值,按本规范第3.0.5条的有关规定进行估算时,应注意允许值的向量性质,取如下估算参数:
2 当由基础倾斜间接确定建筑整体倾斜时,该建筑应具有足够的整体结构刚度。
6.2.9 近年来,随着技术的进步,激光扫描仪和基于数码相机的数字近景摄影测量方法有了进一步的发展,并在建筑变形测量及相关领域得到应用,值得关注。由于这两种技术的特殊性,实际用于建筑变形测量时,应根据精度要求、现场作业条件和仪器性能等,进行专门的技术设计,必要时还应进行技术论证。
6.4 基坑壁侧向位移观测
6.4.1 随着城市建设的发展,高层建筑、大型市政设施及地下空间的开发建设方兴未艾,出现了大量的基坑工程。基坑工程尽管是临时性的,但其技术复杂,并对建筑基础的施工安全起到非常重要的保障作用,因此将有关基坑变形观测的内容纳入本规范是非常必要的。
基坑的观测内容比较多,涉及范围较广,既有属于基坑本身的,也有属于邻近环境(如建筑物、管线和地表等)的,还有属于自然环境(雨水、洪水、气温、水位等)的。通过对现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002和现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99以及一些地方标准(如上海、广东)有关观测内容的比较分析,可以发现它们实际上是大同小异的,可归纳为表6-1的观测内容。
本规范内容侧重于位移观测,由于有关章节已经对有关位移观测项目作了规定,因此本节仅对基坑壁侧向位移观测进行规定。基坑工程分为无支护开挖和支护开挖,无支护开挖就是放坡,说明土体稳定性较好;需要支护的开挖,说明土体稳定性较差,土体侧向位移直接作用于围护结构,所以基坑围护结构的变形是非常重要的观测内容。
按照《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99和国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202-2002的规定,将建筑基坑安全等级划分为一级、二级和三级,以利于工程类比分析和工程监控。对比这两本标准的分级标准,我们认为GB 50202-2002表7.1.7的分级标准更容易操作,现将其罗列出来以供使用参考:
1 符合下列情况之一,为一级基坑:
1)重要工程或支护结构做主体结构的一部分;
2)开挖深度大于10m;
3)与邻近建筑物、重要设施的距离在开挖深度内的基坑;
4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需要严加保护的基坑。
2 三级基坑为开挖深度小于7m,且周围环境无特别要求的基坑。
3 除一级和三级外的基坑属二级基坑。
4 当周围已有的设施有特殊要求时,尚应符合这些要求。
6.4. 2 本条的规定在实际工程应用中可参考以下意见:
1 有设计指标时,可根据设计变形预估值结合基坑安全级别(参照第6.4.1条说明确定),按预估值的1/10~1/20作为观测精度,并按本规范第3.0.5条确定观测精度。
2 当没有设计指标时,可根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202-2002表7.1.7规定的基坑变形监控值(见表6-2,监控值约为允许值的60%),按允许值的l/20确定观测精度,并按第3.0。5条确定观测精度。经计算分析认为,安全等级为一、二级的基坑可选择本规范规定的建筑变形测量级别为二级的精度要求进行观测;三级基坑可选择变形测量二级或三级。
6.4.7 位移速率的大小应根据具体工程情况和工程类比经验分析确定。当无法确定时,可将5~10mm/d作为位移速率大的参考标准。位移量大,是指与监控值比较的结果。为了保证基坑安全,当出现异常或特殊情况(如位移速率或位移量突变、出现较大的裂缝等)时应随时进行观测,并将结果及时报告有关部门。由于基坑壁侧向位移观测的特殊性,紧急情况下进行观测前,必须采取有效措施保护好观测人员和设备的安全。
6.5 建筑场地滑坡观测
6.5. 1滑坡对工程建设和自然环境危害极大,所以必须重视滑坡问题。滑坡观测是保证工程、自然环境、人员和财产安全的重要手段之一,其主要目的是了解滑坡发生演变过程,及时捕捉临滑特征信息,为滑坡稳定性分析和预测预报提供准确可靠的数据,并检验防治工程的效果。为了实现滑坡观测的目的,结合具体滑坡工程,需要对滑坡的变形场、渗流场、气象水文、波动力场等进行观测。建筑场地滑坡观测重点应放在变形场和渗流场的观测,现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021-2001第13.3.4条规定滑坡观测的内容应包括:滑坡体的位移;滑坡位置及错动;滑坡裂缝的发生发展;滑坡体内外地下水位、流向、泉水流量和滑带孔隙水压力;支挡结构及其他工程设施的位移、变形、裂缝的发生和发展。本规范侧重于变形场的观测。
6.5.3 本条对滑坡土体上的观测点的规定埋深不宜小于lm,在冻土地区则应埋至当地冰冻线以下0.5m。这里取lm的限值,主要参考了有关实践经验,如西北综合勘察设计研究院在陕西、甘肃等省多项场地滑坡观测中,对埋深lm左右的观测点标石,经两年多重复观测均未发现标石有异常现象,观测成果比较规律,反映了场地滑坡的实际情况。深部位移观测孔应进入稳定基岩才可能保证观测质量,即滑动面上下岩体的相对位移观测的可靠性;钻孔进入稳定基岩多深才合适,综合考虑其可靠性和经济性,认为取lm作为限制较为合适,能保证在稳定基岩层起码读数两次(一般0.5m读数一次)。
6.5.5 滑坡观测中,当出现异常时,应立即增加观测次数,并将结果及时报告有关部门。由于滑坡观测的特殊性,紧急情况下进行观测前,必须采取有效措施保护好观测人员和设备的安全。
7 特殊变形观测
7.1 动态变形测量
7.1. 3 变形观测的精度,应依据设计部门提出的最大允许位移量和可变荷载的分布、大小等因素,按本规范第3.0.5条的规定确定观测中误差。
7.1.4 可变荷载作用下的变形属于弹性变形,其特点是变形具有周期性。这类变形观测一般采用实时的连续观测、自动记录、自动处理数据方法。
观测方法的选择,应根据变形周期的长短和建筑的外部结构和观测的精度要求选择适合的方法,条文中所罗列的方法都是比较常用的方法。作业时,不一定只选一种方法,应根据不同的精度要求和观测目的,采用多种方法的综合,也可以进行相互的检验以便获得更高的可靠性。
7.3 风振观测
7.3.1 测定高层、超高层建筑的顶部风速、风向和墙面风压以及顶部水平位移的目的是获取建筑的风压分布、风压系数及风振系数等参数。
7.3.2 在距建筑100~200m距离内10~20m高度处安置风速仪记录平均风速的目的是与建筑顶部测定的风速进行比较,以观测风力沿高度的变化。
8 数据处理分析
8.1 平差计算
8.1.1 建筑变形测量的计算和分析是决定最终成果可靠性的重要环节,必须高度重视。
8.1.2 建筑变形测量平差计算应利用稳定的基准点作为起算点。某期平差计算和分析中,如果发现有基准点变动,不得使用该点作为起算点。当经多次复测或某期观测发现基准点变动,应重新选择参考系并使用原观测数据重新平差计算以前的各次成果。变形观测数据的平差计算和处理的方法很多,目前已有许多
成熟的平差计算软件实现了严密的平差计算。这些软件一般都具有粗差探测、系统误差补偿、验后方差估计和精度评定等功能。平差计算中,需要特别注意的是要确保输入的原始观测数据和起算数据正确无误。
8.2 变形几何分析
8.2.2 基准点稳定性检验虽提出了许多方法,但都有其局限性。对于建筑变形测量,一般均按本规范第4章的相关规定设置了稳定的基准点,且基准点的数量一般不会超过3~4个,所以可以采用较为简单的方法对其稳定性进行分析判断。
8.2.3 一种较为典型的基准点稳定性统计检验方法称之为"平均间隙法"。该方法由德国Pelzer教授提出。其基本思想是:
1 对两期观测成果,按秩亏自由网方法分别进行平差;
2 使用F检验法进行两周期图形一致性检验(或称"整体检验"),如果检验通过,则确认所有基准点是稳定的;
3 如果检验不通过,使用"尝试法",依次去掉每一点,计算图形不一致性减少的程度,使得图形不一致性减少最大的那一点是不稳定的点。排除不稳定点后再重复上述过程,直至去掉不稳定点后的图形一致性通过检验为止。
关于该方法的详细介绍可参见有关文献,如陈永奇等《变形监测分析与预报》(测绘出版社,1998)和黄声享等《变形监测数据处理》(武汉大学出版社,2003)。
8.2.5 观测点的变动分析一般可直接通过比较观测点相邻两期的变形量与最大测量误差(取两倍中误差)来进行。要求较高时,可通过比较变形量与该变形测量的测定精度来进行。公式(8.3.5)中的实际上就是该变形量的测定精度。对多期变形观测成果,还应综合分析多周期的变形特征,尽管相邻周期变形量可能很小,但多期呈现出较明显的变化趋势时,应视为有变动。
8.3 变形建模与预报
8.3.1 建筑变形分析与预报的目的是,对多期变形观测成果,通过分析变形量与变形因子之间的相关性,建立变形量, 与变形因子之间的数学模型,并根据需要对变形的发展趋势进行预报。这是建筑变形测量的任务之一,但也是一个较困难的环节。近20多年来,有关变形分析与预报的研究成果较多,许多方法尚处在探索中。本节主要吸收和采纳了其中一些相对成熟和便于使用的方法。
8.3.2 由于一个变形体上各观测点的变形状况不可能完全一致,因此对一个变形观测项目,可能需要建立多个反映变形量与变形因子之间关系的数学模型。具体建多少个模型应根据实际变形状况及应用的要求来确定。一般可利用平均变形量对整个变形体建立一个数学模型。如果需要,可选择几个变形量较大的或特殊的点建立相应于单个点或一组点的模型。当有多个变形数学模型时,则可以利用地理信息系统的空间分析技术实现多点变形状态的可视化和形象化表达。
8.3.3 回归分析是建立变形量与变形因子关系数学模型最常用的方法。该方法简单,使用也较方便。在使用中需要注意:
1 回归模型应尽可能简单,包含的变形因子数不宜过多,对于建筑变形而言,一般没有必要超过2个。
2 常用的回归模型是线性回归模型、指数回归模型和多项式回归模型。后两种非线性回归模型可以通过变量变换的方法转化成线性回归模型来处理。变量变换方法在各种回归分析教材中均有详细介绍。
3 当有多个变形因子时,有必要采用逐步回归分析方法,确定影响最显著的几个关键因子。逐步回归分析方法可参见有关教材的介绍。
8.3.4 灰色建模方法目前已经成为变形观测建模的一种较常用的方法。该方法只要求有4个以上周期的观测数据即可建模,建模过程也比较简单。灰色建模方法认为,变形体的变形可看成是一个复杂的动态过程,这一过程每一时刻的变形量可以视为变形体内部状态的过去变化与外部所有因素的共同作用的结果。基于这一思想,可以通过关联分析提取建模所需变量,对离散数据建立微分方程的动态模型,即灰色模型。
灰色模型有多种,变形分析中最常用的为GM(1,1)模型,它只包括一个变量(时间)。应用灰色建模方法的前提是,变形量的取得应呈等时间间隔,即应为时间序列数据(时序数据)。实际中,当不完全满足这一要求时,可通过插值的方式进行插补。有关灰色建模的原理、方法及其在变形测量中的应用方式等,可参见有关文献,如条文说明第8.2.3条给出的两种文献。
8.3.5 动态变形观测获得的是大量的时序数据,对这些数据可使用时间序列分析方法建模并作分析。动态变形分析通常以变形的频率和变形的幅度为主要参数进行,可采用时域法和频域法两种时间序列分析方法。当变形周期很长时,变形值常呈现出密切的相关性,对于这类序列宜采用时域法分析。该方法是以时间序列的自相关函数作为拟合的基础。当变形周期较短时,宜采用频域法。该方法是对时间序列的谱分布进行统计分析作为主要的诊断工具。当预报精度要求高时,还应对拟合后的残差序列进行分析计算或进一步拟合。
有关时序分析及其在变形测量中应用的详细介绍可参见条文说明第8.2.3条给出的两种文献。
8.3.6 模型的有效性检验对于不同类型的数学模型方法不同。对于一元线性回归,主要是通过计算相关系数来判定。对于灰色模型GM(1,1),则是通过计算后验差比值和小误差概率来判定。具体方法可参阅介绍这些建模方法的文献。需要注意的是,只有有效的数字模型,才能用于进一步的分析,如变形预报等。
8.3.7 当利用变形量与变形因子模型进行变形趋势预报时,为了提高预报精度,应尽可能对该模型生成的残差序列作进一步的时序分析,以精化预报模型。具体方法可参见介绍这些建模方法的文献。为了全面、合理地掌握预报结果,变形预报除给出某一时刻变形量的预报值外,还应同时给出预报值的误差范围和该预报值有效的边界条件。
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9 成果整理与质量检查验收
9.1 成果整理
9.1.1 每次变形观测结束后,均应及时进行测量资料的整理,保证各项资料完整性。整个项目完成后,应对资料分类合并,整理装订。自动记录器记录的数据应注意观测时间和变形点号等的正确性。
9.1.2 为了保证变形测量成果的质量和可靠性,有关观测记录、计算资料和技术成果必须有有关责任人签字,并加盖成果章。这里的技术成果包括本规范第9.1.3条和第9.1.4条中的阶段性成果和综合成果。
9.1.3~9.1.4 建筑变形测量周期一般较长,很多情况下需要向委托方提交阶段性成果。变形测量任务全部完成后,或委托方需要时,则应提交综合成果。需要说明的是,变形测量过程中提交的阶段性成果实际上是综合成果的重要组成部分,必须切实保证阶段性成果的质量以及与综合成果之间的一致性。
9.1.5 建筑变形测量技术报告书是变形测量的主要成果,编写时可参考现行行业标准《测绘技术总结编写规定》CH/T 1001的相关要求,其内容应涵盖本条所列的各个方面。
9.1.6 建筑变形测量的各项记录、计算资料以及阶段性成果和综合成果应按照档案管理的规定及时进行完整的归档。
9.1.7 建筑变形测量手段和处理方法的自动化程度正在不断提高。在条件允许的情况下,建立变形测量数据处理和信息管理系统,实现变形观测、记录、处理、分析和管理的一体化,方便资源共享,是非常必要的。
9.2 质量检查验收
9.2.1 建筑变形测量成果资料的正确无误,要依靠完善的质量保证体系来实现,两级检查、一级验收制度是多年来形成的行之有效的质量保证制度,检查验收人员应具备建筑变形测量的有关知识和经验,具有必要的数据处理分析能力。需要特别强调的是,变形测量的阶段性成果和综合成果一样重要,都需要经过严格的检查验收才能提交给委托方。
9.2.2 质量检查验收主要依据项目委托书、合同书及技术设计书等进行,因一般建筑变形测量周期较长,且对成果的时效性要求高,观测条件变化不可预计,对于成果的录用标准可能发生变化,所以对在作业中形成的文字记录可能变成成果录用的标准,从而成为检查验收的依据。
9.2.3 本条按变形测量的过程列出了质量检验的有关内容,在检查验收过程中某项内容可能不宜进行事后验证,要依靠作业员的诚信素质在作业过程中严格掌握。阶段性成果的检查应根据实际情况进行,以保证提交成果的正确无误。
9.2.4变形测量时效性决定了测量过程的不可完全重复性的特点,因此,应保证现场检验的及时性和正确性,后续检查验收的时间要缩短。当质量检查不合格时,反馈渠道要畅通,应在分析造成不合格的原因后,立即进行必要的现场复测和纠正。纠正后的成果应重新进行质量检查验收。