项目三十二--水平位移观测
项目三十二 水平位移观测
工作任务1 变形监测概述
改革开放以来，我国兴建了大量的水利工程设施，工业与交通设施及高大建筑物。在这些设施的使用与运营过程中都会产生变形，如建筑物基础下沉、倾斜建筑物墙体及其构件挠曲就是变形的表现形式。变形或多或少都是存在的，但变形超过一定的限度就会危害到人们的生命财产安全。因此，了解变形，研究其产生的根源、特征及其随空间与时间的变化规律,及时预测、预报，避免或尽可能减少损失,是变形观测的主要任务。
一、变形的定义及产生的原因
1.变形定义
建筑物、构筑物及基础在一定范围内发生的变化称为建筑物变形，建筑物变形可分为水平位移变形、垂直位移变形、裂缝及建筑物扭曲变形等。
2.产生变形的原因
产生变形的原因较多，一般来说，建筑物变形主要由两个方面原因引起：
一是自然条件及其变化：即建筑物地基的工程地质，水文地质，土壤的物理性质，大气温度等。如地下水的升降，地下开采及地震等；二是与建筑物自身相联系的，即建筑物本身的荷重，建筑物的结构，型式及力荷载的作用，如风力和机械震动等的影响。
二、变形监测定义及监测项目
1.变形监测定义
变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。
2.变形监测内容
变形监测的内容，应根据变形体的性质和地基情况决定。对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物(如大坝)内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。
工作任务2 传统水平位移监测方法
一、基准线法
基准线法测量水平位移的原理是以通过大型建筑物轴线（例如大坝轴线、桥梁主轴线等）或者平行于建筑物轴线的固定不变的铅直平面为基准面，根据它来测定建筑物的水平位移。由两基准点构成基准线，此法只能测量建筑物与基准线垂直方向的变形。基准线法根据使用仪器设备不同，可分为视准线法、引张线法。
1. 视准线法
由经纬仪的视准面形成基准面的基准线法，我们称之为视准线法。视准线法按其所使用的工具和作业方法的不同，又可分为“测小角法”和“活动觇牌法”。测小角法是利用精密经纬仪精确地测出基准线方向与置镜点到观测点的视线方向之间所夹的小角，从而计算出观测点相对于基准线的偏离值。活动觇牌法则是利用活动觇牌上的标尺，直接测定此项偏离值。
2. 引张线法
在大坝廊道的特定条件下，采用通过拉直的钢丝的竖直面作为基准面来测定坝体偏离值具有一定的优越性，这种基准线法称为引张线法。
二、前方交会法
根据已知A、B两点的坐标，通过观测相关元素，计算未知点P的坐标的方法称为前方交会法。根据观测元素的不同前方交会法可分为：测角前方交会法、测边前方交会法、边角前方交会法。
1. 测角前方交会
观测元素为两水平夹角α、β，计算公式为：
xp=
yp=xAcotβ+xBcotα-yA+yB （33-1） cotα+cotβyAcotβ+yBcotα+xA-xB （33-2） cotα+cotβ
2. 测边前方交会
观测元素为两距离a、b，计算公式为：
XP=XA+bcos(αAB-α)=XB+acos(αBA+β) （33-3）
YP=YA+bsin(αAB-α)=YB+asin(αBA+β) （33-4）
三、极坐标法
四、精密导线法
对于非直线型建筑物，如重力拱坝、曲线型桥梁以及一些高层建筑物的位移观测，宜采用导线测量法
1．导线的布设
应用于变形观测中的导线，是两端不测定向角的导线。可以在建筑物的适当位置（如重力拱坝的水平廊道中）布设，其边长根据现场的实际情况确定，导线端点的位移，在拱坝廊道内可用倒垂线来控制，在条件许可的情况下，其倒垂点可与坝外三角点组成适当的联系图形，定期进行观测以验证其稳定性。
2．导线的观测
在拱坝廊道内，由于受条件限制，一般布设的导线边长较短，为减少导线点数，使边长较长，可由实测边长（bi）计算投影边长si（见图13-25）b。实测边长（i）应用特制的基线尺来测定两导线点间（即两微型觇标中心标志刻划间）的长度。为减少方位角的传算误差，提高测角效率，可采用隔点设站的办法，即实测转折角（
角（
i）和投影ci）
工作任务3 准直测量法
随着激光技术的发展，出现了由激光光束建立基准面的基准线法，根据其测量偏离值的方法不同，该法有“激光经纬仪准直法”和“波带板激光准直法”两种。
1. 激光经纬仪准直法
采用激光经纬仪准直时，活动觇牌法中的觇牌是由中心装有两个半圆的硅光电池组成的光电探测器。两个硅光电池各连接在检流表上，如激光束通过觇牌中心时，硅光电池左右两半圆上接收相同的激光能量，检流表指针在零位。反之，检流表指针就偏离零位。这时，移动光电探测器使检流表指针指零，即可在读数尺上读取读数。为了提高读数精度，通常利用游标卡尺，可读到0.1mm。当采用测微器时，可直接读到0.01mm。
2. 波带板激光准直法
波带板激光准直系统由三个部件组成：激光器点光源，波带板装置和光电探测器。用波带板激光准直系统进行准直测量.