变形监测测量规程说明正文.docx
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变形监测测量规程说明正文
1总则
1.0.1采用“建筑变形测量”一词，而未使用习惯提法“建筑物变形观测”，主要基于如下考虑：
1“建筑变形”一词，比“建筑物变形”一词更便于概括除建筑物本身（基础与上部结构）变形之外的建筑地基及其场地变形；
2“变形测量”一词，比“变形观测”一词更便于概括除获得变形信息的观测作业之外的变形分析、预报等数据处理内容。
后者在最近有了较大的发展和应用；
3建筑变形测量，虽属于工程测量范畴，但在技术方法、精度要求等方面与工程控制测量、地形测量、施工测量等有诸多不同之处，且已具有相对独立的技术体系，应作为一门专业测量考虑。
1.0.2将建筑变形分为沉降与位移两类，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，即：
沉降类包括建筑物（基础）沉降、基坑回弹、地基土分层沉降、建筑场地沉降等；
位移类包括建筑物水平位移、建筑物主体倾斜、裂缝、挠度、日照变形、风振变形以及场地滑坡等。
曾考虑将建筑变形分为垂直位移与水平位移两类，但依此则较难归纳有些观测项目，如建筑物主体倾斜，既可以从测定顶部水平位移来确定，也可从测出基础沉降差来确定；挠度观测中，基础挠度系由测定基础上各测点的垂直位移来获取，而建筑物主体挠度则为测定主体上各测点的水平位移来获取；滑坡观测，通常须测出观测点的水平位移与垂直位移；至于裂缝更不好称作水平或垂直位移了。
因此未采用这种分类。
其它变形分类方法，如分为静态变形和动态变形，或分为长周期变形、短周期变形和瞬时变形等，考虑到依此来归纳建筑变形观测项目实际上较困难，因此未采用。
1.0.3确定测量精度所依据的变形允许值，多数在现行国家建筑标准中已有规定，应遵照采用。
但也有一些还尚无标准规定，如特殊工程项目的变形允许值等，则要按设计、施工要求执行。
本规程在分析、规定测量精度中所依据的建筑标准，主要为：
《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89、《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ112-87、《混凝土结构设计规范》GBJ10-89、《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》JZ102-79、《钢结构设计规范》GBJ17-88、《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205-83、《烟囱工程施工及验收规范》GBJ78-85等。
常规测量仪器的检验在现行国家测量规范中已有详细规定，本规程除结合变形观测特点规定其必要的检验技术要求外，对于仪器的检验项目、方法及维护要求，均规定按照现行国家测量规范有关规定执行，即：
水准仪、水准标尺应按《国家一、二等水准测量规范》GB12897-91、《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91、《大地形变测量规范（水准测量）》（国家地震局编制）的规定执行；经纬仪应按《国家三角测量和精密导线测量规范》（国家测绘总局制定）的规定执行；电磁波测距仪应按《中、短程光电测距规范》ZBA76002-87、《大地形变测量规范（三角测量与电磁波测距）》（国家地震局编制）等的规定执行。
2一般规定
2.0.1将“确切反映实际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，应体现在测量全过程中。
1从测量目的考虑，只有使测量成果资料符合上述基本要求，才能做到：
1）有效监视新建建筑物和工程设施在施工及使用（运营）期间的安全，以利及时采取预防措施；
2）有效监测已建建筑物（包括古建筑）和工程设施以及建筑场地的稳定性，为建筑物维修、保护、特殊性土地区选址以及场地整治提供依据；
3）在检查、处理有关工程质量事故中，藉以作出正确的分析与判断；
4）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；
5）在结合典型工程、典型地质条件开展的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，获得有价值的结论与新的发现。
2测量成果质量取决于作业质量，各个测量环节要考虑保证上述基本要求的实现。
1）施测方案首先要与拟测变形的类型范围、大小及变形灵敏程度相适应；
2）测量方法与工具的选择，主要取决于测量精度，而测量精度则需根据变形值与变形速度来确定，测量误差应控制在与变形允许值相比小到在一定概率下可忽略的程度；
3）基准点要保持其稳定性，应选设在变形影响范围之外的位置，而观测点则需选设在变形体上能反映变形特征的代表性位置。
另外，由于建筑变形测量处于测绘学与土建工程学科的边缘，人员的技术素质与工作方法也要与之相适应。
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知识，并在工作中重视与建筑设计、施工或科研单位的密切配合，如在编制施测方案过程中，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，应及时通报有关单位，以采取必要措施。
2.0.3关于变形测量的实施。
1本规程从一般情况考虑，规定高程宜采用测区原有高程系统，坐标可采用独立坐标系统，但这并不排除在需要时，高程采用正常高系统和1985国家高程基准，坐标采用高斯正形投影三度带平面直角坐标系统，以及无条件时高程采用独立基准。
2变形观测周期，应以能系统反映所测变形的变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则，应根据单位时间内变形量大小及外界影响确定。
3观测数据处理所采用的基准（参照系），应与实际变形接近或一致，以使计算的变形值与实际变形值（或理论变形值）之差控制在观测精度之内，避免把测量误差作为变形信息。
2.0.4将建筑变形分为总体变形与区段变形，是从分析各种建筑变形性质并顾及观测的特点来归纳确定的。
总体变形，是指观测目标（变形体）均为动点、需要依据稳定基准（点）测定的变形，包括地基与基础的绝对变形与相对变形。
具体而言，对于沉降，则为绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）和相对沉降（如沉降差、基础倾斜、局部倾斜等）；对于位移，则为绝对位移（如建筑物基础水平位移、滑坡位移等）和相对位移（如基础的位移差、挠曲等）。
区段变形，是指观测目标具有相对定点，只需从定点或邻近测站点（工作基点）测定的变形，包括独立的局部地基变形、建筑物整体性变形及结构段变形。
具体而言，对于沉降则为局部地基沉降（如基坑回弹、地基土分层沉降等）、建筑物整体性变形（如桥梁等工程设施的整体垂直挠曲）和结构段变形（如平置构件挠度等）；对于位移，则为局部地基位移（如受基础施工影响的位移、档土设施位移等）、建筑物整体性变形（如建筑物的顶部水平位移，全高垂直度偏差、工程设施的水平轴线偏差等）和结构段变形（如高层建筑层间相对位移、竖直构件的挠度、垂直偏差等）。
2.0.5建筑变形测量的等级划分及其精度要求，系根据下列分析进行确定：
1沉降测量的等级划分及其精度要求
1）等级划分。
采用特、一、二、三级，并分别代表特高精度、高精度、中等精度、低精度等四个等级精度档次。
这里列出“特级”是借鉴于原苏联标准的规定思路；等级精度档次的提法是参考德国标准的规定；等级精度则是按照与我国国家水准测量等级精度指标相靠拢，并能概括国内现行有关标准对沉降水准测量精度规定来碓定的。
有关标准的规定见表1。
等级定名，取用“级”而未采用“等”，主要考虑到沉降观测水准测量与国家、城市、工程水准测量有若干不同，采用不同的名称区分将有利于保持各自系列的完整性。
两者的不同之处有：
前者的“级”主要反映测量精度档次、等级之间不具有象后者所规定“等”之间的“高级控制低级”功能；前者属小范围高精度测量，为适应各种建筑工程需要，在布网、视线长度、观测线路条数、精度分析等方面均与后者大面积、比较大面积的水准测量有所不同等。
搜集的国内外有关标准规定的等级划分及其精度要求列于表1。
表1有关标准规定的等级及其精度要求
标准名称
等级划分及其精度指标
m0（mm）
德国工业标准DIN4107《建筑物沉降观测》（1978年）
分四档，规定观测高差中误差（mm）为：
特高精度±0.1
±0.3
（指相邻观测点间高差中误差）
高精度±0.5
中等精度±3.0
低精度沉降终值的10%（指观测点相对控制点的高差中误差）
±0.1
±0.3
±0.5/
±3.0/
前苏联建筑物沉降
观测规定。
载于《大型工程建
筑物的变形观测》
（1974年）
分五等，规定每公里高差中数的偶然中误差（mm）为：
——±0.28（d=5m，r=2）
Ⅰ等±0.50（d=50m，r=4）
Ⅱ等±0.84（d=65m，r=2）
Ⅲ等±1.67（d=75m，r=2）
Ⅳ等±6.68（d=100m，r=1）
±0.03
±0.16
±0.30
±0.65
±3.00
国标《国家一、二等水准测量规范》、
《国家三、四等
水准测量规范》
（1992年）
分四等，规定每公里往返测高差中数的偶然中误差（mm）为：
一等0.45（d3.0m）
二等1.0（d50m）
三等3.0（d75m）
四等5.0（d100m）
0.11
0.32
1.16
2.24
国标《工程
测量规范》
GB50026-93
分四等，规定变形点的高程中误差，相邻变形点高差中误差（mm）分别为：
一等±0.3，±0.1（d15m）
二等±0.5，±0.3（d35m）
三等±1.0，±0.5（d=50m）
四等±2.0，±1.0（d=100m）
±0.1
±0.3
±0.5
±1.0
国标《建筑地基
基础设计规范》GBJ-89
按Ⅱ级水准测量精度，d=20～30m，采用闭合法（如按国家二等精度，d取30m）
（±0.25）
国标《地基与
基础工程施工
及验收规范》GBJ202-83
分两等，规定采用闭合法，闭合差（mm）为：
二等水准测量±0.4
三等水准测量±1.0
±0.20
±0.50
国标《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ112-87
采用闭合法，d＜35m要求：
水准点高程测定误差不应大于±1.0mm
观测点测定精度不应大于±2.0mm
续表1
标准名称
等级划分及其精度指标
m0（mm）
北京市《建筑物
地基变形观测
技术条例》
（1978年）
分两级，规定一测站高差中误差与闭合差（mm）为：
Ⅰ级±0.05±0.1
（d＜20m）Ⅱ级±0.12±0.25
（d＜25m）
±0.05
±0.12
上海市《地基基础设计规范》
（1975年）
分两档，规定水准闭合差（mm）为：
主要建筑物＜0.5
一般建筑物＜1.0
±0.25
±0.50
天津市《建筑物
地基变形观测
技术规则》
（1980年）
按Ⅱ等水准测量精度规定：
闭合差为±0.4
±0.2
苏联建筑法规
《建筑工程
勘察规范》
CHUΠ10207-87
规定变形点相对于基准点的平均误差在高程上不应超过5mm
注:
1表中的等级和精度指标用词，均为原标准的原词；
2表中的d为视线长度、r为观测线路条数、n为测站数、Q为权倒数、m0为按各个标准规定精度指标换算的测站高差中误差。
2）等级精度指标。
以观测点测站高差中误差作为等级精度指标，是从适应小范围测量使用方便考虑的。
对于测段长度一般多为数百米、水准线路长度总和很少超过10km且计划线路与按测站实测长度往往出入很大的沉降水准测量而言，以测站为单位规定观测限差、以测站高差为单位权观测值处理观测数据，比取1km为单位、以1km高差为单位权观测值更加方便合理。
从表1可知，多数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。
3）一、二、三级的等级精度指标。
以国家水准测量规范规定的每公里往返测高差中数的偶然中误差ＭΔ为依据，由下列换算式计算出单程观测测站高差中误差μ，则可得沉降水准测量等级精度指标m0。
如表2。
（2.1）
式中d为本规程规定的各等级水准测量路线长度（m）。
表2一、二、三级的等级精度指标m0计算
等级
M△
（mm）
d
（m）
换算的μ值（mm）
取用的m0值（mm）
一级
0.45
≤30
≤0.16
≤0.15
二级
1.0
≤50
≤0.45
≤0.50
三级
3.0
≤75
≤1.64
≤1.50
4）特级的等级精度指标。
我国国家水准测量规范没有这个等级的精度指标，现依据有关标准的规定，分析确定如下：
（1）按表1所列北京市建筑物地基变形观测标准规定的Ⅰ级μ=±0.05mm（d＜20m、r=2）换算为本规程特级（d≤10m）μ值为≤0.035mm；
（2）按表1所列原苏联建筑物沉降观测标准的特高精度等级MΔ=±0.28mm（d=5m,r=2），换算为本规程的特级μ值≤0.056mm；
（3）按所使用的最高精度水准仪类型DS05的观测精度，取本规程第3.3.1条中计算DS05型仪器md经验公式，代入d≤10mm,则得μ≤0.054mm。
上列三个μ值比较接近，平均数值为0.05mm，因此取特级的m0=0.05mm。
这样与一、二、三级的m0取值比较可知，相邻级的指标比例均约为1:
3，比较均匀，也体现系统性。
5）按实测的沉降测量工程项目精度统计，检验规定的等级精度指标可行性。
统计80年代以来国内完成的工程项目65项。
其中，按几何水准测量的60项，按静力水准测量的4项，按短边测距高程观测的1项。
项目包括精密工程、科研工程、高层建筑、工业与民用建筑、古建筑及场地沉降。
如北京正负电子对撞机工程、首都机场砼道面翘度观测、长江航运船模试验水池工程、中央彩电中心工程、郑州国际饭店、太原广播大楼、广西漓江饭店、宝钢初轧厂基础工程、华北火力发电厂、天津炼钢厂、武山水泥厂、西安古箭楼抢修工程、福州软土地基沉降等。
实测的测站高差中误差统计如表3。
表365项工程的实测测站高差中误差统计
等级
特级
一级
二级
三级
级外
等级精度（mm）
≤0.05
≤0.15
≤0.50
≤1.50
＞1.50
工程项目个数
7
14
36
7
1
%
11
22
55
11
1
注：
1一项工程中计算有多个中误差值时，只取其一个最大者进行统计；
2达到特级精度指标的项目，包括特种精密工程3项，工业与民用建筑4项；3级外的一项，为用短边测距高程测量拱挢变形。
从上表的统计可以看出，用水准测量方法所测成果精度均在规定等级精度范围之内，其分布属一、二级者最多，三级者较少，精密工程项目最少，符合正常规律。
以规定的等级精度指标对比表1内国外标准的精度要求，可以认为本规程的规定较先进、实用。
2位移测量的等级划分及其精度指标
1）等级划分。
按照与沉降测量的规定相配套考虑，仍分为特、一、二、三级。
不同的是其等级精度档次，由于位移的变形性质比较复杂，不能像沉降测量那样完全采用高低精度的提法。
如建筑物地基与基础的水平位移观测精度，有特高精度、高精度、中等精度、低精度要求之分；但如建筑物倾斜观测精度，因建筑物愈高，变形允许值越大，相应的观测误差也愈大，往往会出现对多层建筑需按二级精度观测，而对高层、超高层建筑却只能以三级精度观测的情况。
这里的二、三级精度则具有必要与可能达到的精度性质，似不应也难以认为属于中等精度或低精度。
2）等级精度指标。
采用具有广义“坐标概念”的观测点坐标中误差作为等级精度指标，是从有利于概括不同位移的向量性质和使用比较直观、方便来考虑确定的。
对于大量使用的测定坐标方法，则规定为观测点相对测站点（工作基点）的坐标中误差；对于其地非直接测定坐标的方法，则按“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、如铅垂法规定为建筑物（或构件）上部观测点相对底部定点的水平位移分量中误差。
另外，约定当需要以点位中误差表达精度时，则按坐标中误差的
倍计。
曾考虑按照规定沉降测量等级精度指标的思路，以角度（或方向）与边长（距离）的中误差作为等级精度指标。
但因位移观测方案的多样性，依此确定等级及其精度指标比较烦杂，且尚有许多问题需要研究解决，故暂未采用。
3）各等级的精度指标取值，是按先确定特级和三级的指标值，再以适当比例定出一、二级的指标来构成系列的。
（1）特级的等级精度指标，以适应特种精密工程观测要求为原则，综合考虑表4所列几项代表性工程项目的观测精度要求和表5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。
表4几项特种精密工程项目的观测精度要求
工程项目
观测精度要求
（mm）
相当的坐标中误差
（mm）
高能粒子加速器工程
漂移管横向精度
±0.05～±0.3
±0.05～±0.3
人造卫星与导弹
发射轨道
几百米之内的横向中
±0.1～±0.3
抛光与磨光工艺
玻璃传送带
误差±0.1～±0.3
大型核电厂汽轮发电机组
水平位移监测精度
±0.2～±0.5
±0.14～±0.35
表5几项特种精密工程项目的实测精度
工程项目
观测精度要求
（mm）
相当的坐标中误差（mm）
北京正负电子
对撞机工程
地面测边控制网点位中误差
±0.3
输运线平面控制网相对点位
中误差±0.2
存环平面控制网相对点位
中误差±0.15
各种磁铁及其他束流部件安装定位横向精度±0.1～±0.2
±0.2
±0.14
±0.1
±0.1～±0.2
武汉船模试验
水池工程
控制点横向点位中误差±0.3
池壁横向变形测量误差≤±0.2
轨道精调实测最大不直度中误差
±0.179
±0.3
≤±0.2
±0.2
某雷达标准基线
天线控制点之间的距离误差
±0.28
±0.28
综合表4、表5所列精度，取特级的观测点坐标中误差为≤0.3mm。
（2）三级的等级精度指标，以满足具有最大位移允许值的高耸建筑物顶部水平位移观测精度要求为原则，综合考虑表6所列几项项目的精度估算结果和表7所列几项工程的实测精度确定。
表6几个观测项目的观测精度要求
项目
规范及给定的估算参数
（取最大值）
估算的观测点坐标中误差（mm）
风荷载作用下
的高层建筑
顶部水平位移
《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》：
△/H＝1/500H取限值130m
±13
地震荷载作用下的高层建筑
顶部水平位移
规范同上：
△/H＝1/300H取限值80m
±13
电视塔中心线
垂直度
国家广播电视部规定：
130m以上高度的允许偏差为H/1500，取H=300m
±10
钢筋混凝土烟囱中心线垂直度
《烟囱工程施工及验收规范》H=300m，允许偏差为165mm
±8
注：
1表中△为建筑物顶部水平位移允许值，H为建筑物高度；
2精度估算，按本规程第4.2.2条规定，取坐标中误差=允许值/20。
表7几项工程的实测精度
项目
观测方法
所测点位中误差（mm）
换算为坐标
中误差（mm）
北京380m高
中央电视塔倾斜观测
三方向交会法
比值解析法
±13.0
±9.2
南宁75.76m高
砖瓦厂烟囱倾斜观测
交会法
±12.5
±8.8
苏联316m高
电视塔倾斜观测
三方向交会法
200m处
±8.5
±6
德国360m高
电视塔摆动观测
地面摄影法
250m处±11.0
305m处±13.0
360m处±15.0
±7.8
±9.2
±10.6
综合表6、表7所列精度，取三级的观测点坐标中误差为≤10mm；
（3）一、二级的等级精度指标，按与沉降测量各等级之间精度指标比例相同考虑，即一级为1.0mm，二级为3.0mm。
4）按实测的位移测量工程项目精度统计，检验规定的等级精度指标可行性。
统计从80年代以来国内完成的55个工程计70个观测项目。
其中，控制网21个，倾斜观测项目19个，滑坡观测项目8个，其它位移观测项目22个。
包括北京正负电子对撞机工程、雷达标准基线天线的控制定位，南京、哈尔滨、广州、西安等地的高层建筑电视塔、古塔、工业烟囱、水塔等的倾斜观测，陕西、甘肃、湖北等地的场地滑坡观测、上海、昆明等地的高层建筑基础施工位移监测、厂房基础位移观测以及葛洲坝大型船闸变电站变形监测、板桩驳岸位移观测、广州白云宾馆风振观测、大桥挠度观测等。
将统计的70个观测项目实测精度，均换算为坐标中误差归纳列入表8。
表855个工程的70个观测项目实测精度统计
等级
特级
一级
二级
三级
级外
等级精度指标（mm）
≤0.3
≤1.0
≤3.0
≤10.0
＞10.0
控制网个数
5
5
9
2
—
观测
建筑物倾斜
—
2
4
12
1
项目
场地滑坡
—
—
1
7
—
个数
其它位移
6
1
9
6
—
合计个数
11
8
23
27
1
%
16
11
33
39
1
注：
表列特级均为特种精密工程，共5个工程，其中2个工程包括2个控制网5个观测项目。
其余等级的统计量中，除少数工程占2个项目（控制网与观测项目）外，均为一个工程一个项目。
从上表统计可以看出，实测成果精度除个别项目外均在规定等级精度范围之内，且其分布符合正常情况。
本规程第2.0.5条表2.0.5适用范围一栏中对位移测量项目的概括，则是参照上表所列倾斜、滑坡、其他位移（主要包括建筑物地基基础水平位移）观测精度在各等级中的一般分布特征而提出的。
这里需要补充说明的是关于其他标准中对位移测量的规定。
在搜集的国内外有关标准中，仅有少数标准对位移测量作有简单的规定，如原苏联建筑法规《建筑工程勘察规范》规定“变形点相对基准点的平均误差在平面上不应超过20mm”，国内标准，如《建筑地基基础设计规范》、《膨胀土地区建筑技术规范》等，就建筑物墙体和地面裂缝观测、基础转动观测，墙体倾斜观测和基础水平位移观测，只从标志设置、观测方法方面作了些规定而未提到精度指标。
在本规程编制过程中，开始修订的《工程测量规范》，已将变形测量列为一章，对位移测量，规定为一、二、三、四等，以变形点的点位中误差为等级精度指标，分别规定为：
±1.5mm、±3.0mm、±6.0mm与±12.0mm。
如将本规程规定的四个等级的精度指标换算为点位中误差，则分别为±0.4mm、±1.4mm、±4.2mm与±14.1mm，与《工程测量规范》的规定比较，除最后一个等级精度稍低外，其余均高。
本规程对位移测量的精度指标规定，毕竟所依据的资料和经验还有限，尚有待实践检验和补充修订。
3高程控制
3.2.1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算确定的。
1对已有变形值观测中误差取值方法的分析
经搜集，国内外有关的取值方法有十多种，使用较广泛的是以变形允许值为依据给以一定比
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