第4章建筑物内部监测

测斜仪及其应用
• 测斜仪是观测分层水平位移的常用仪器。 • 测斜仪一般由测头、导向滚轮、连接电缆 及测读设备等部分组成。 • 其工作原理是利用重力摆锤始终保持铅直 方向的特性。弹簧铜片上端固定,下端靠着 摆线；当测斜仪倾斜时摆线在摆锤的重力 作用下保持铅直，压迫簧片下端，使簧片 发生弯曲，由粘贴在簧片上的电阻应变片 测出簧片的弯曲变形，即可知道测斜仪的 倾角，从而推算出测斜管的位移。
图4-3 水管式沉降仪结构示意图
4.2 应力/应变监测
概念
• 在所考察的截面某一点单位面积上的内力 称为应力； • 应力是反映物体一点处受力程度的力学量， 同截面垂直的称为正应力或法向应力，同 截面相切的称为剪应力或切应力。 • 应力会随着外力的增加而增长，对于某一 种材料，应力的增长是有限度的，超过这 一限度，材料就要破坏。
电磁式沉降仪观测
• 利用电磁式沉降仪观测分层沉降时，首先 应测定孔口的高程，再用电磁式测头自下 而上测定每个沉降环的位置（即孔口到沉 降环的距离），每个测点应平行测定两次， 读数差不得大于2mm。 • 利用孔口高程和孔口到沉降环的距离可以 计算出每个沉降环的高程，从而可以计算 出每个沉降环的沉降量，以及每个沉降环 之间的相对沉降量。
测流速法观测
• 测流速法的流速测量，可采用流速仪法或 浮标法，两次流量测值之差不得大于均值 的10%。 • 测流速法观测参流量的测速沟槽应符合以 下要求： （1）长度不小于15m的直线段； （2）断面一致，并保持一定纵坡； （3）不受其它水干扰。
孔隙水压力观测
• 国内外所使用的孔隙水压力计的种类较多, 有振弦式、电阻片式、差动式、双管液压 式、电感调频式及水管式等等。 • 土体中的土压力和孔隙水压力作用于接触 面上,经过透水石后,只有孔隙水压力作用在 变形膜上,膜片发生挠曲变形,引起钢弦张力 的变化,从而根据钢弦频率的变化可测得孔 隙水压力值。
分层沉降观测
• 分层沉降观测一般和分层水平位移观测联 合布设，即在测斜管的外部再加设沉降环; • 要求测斜管的刚度与周围介质相当，且沉 降环与周围介质密切结合; • 沉降管（或测斜管）一般应随建筑物的填 筑埋设。
1——磁铁环； 2——沉降管； 3——探测头； 4——钢尺； 5——指示器
图4-2 分层沉降观测
X=H-h
图4-5 测量方法示意图
感应式数字液位传感器观测
• 感应式数字液位传感器是一种用于液位测 量的器件，采用神经网络电路的棒式传感 器，利用机械方法定位感应装置感应液位 变化，经机械编码处理，实现数字化分度 （等精度测量的关键）、数字化采样、数 字化传输的全新新型液位传感器。 • 具有测量精度高、稳定可靠、抗干扰等优 点。
图4-7 量水堰结构示意图 1——水尺；2——堰板
图4-8 直角三角形量水堰板示意图
安装要求
• 量水堰应设在排水沟直线段的堰槽段。该段应采 用矩形断面，两侧墙应平行和铅直。槽底和侧墙 应加砌护，不漏水，不受其它干扰。 • 堰板应与堰槽两侧墙和来水流向垂直。堰板应平 正和水平，高度应大于５倍的堰上水头。 • 堰口水流形态必须为自由式。 • 测读堰上水头的水尺或测针，应设在堰口上游3～ 5倍堰上水头处。尺身应铅直，其零点高程与堰口 高程之差不得大于1mm。水尺刻度分辨率应为 1mm；测针刻度分辨率应为0.1mm。必要时可在 水尺或测针上游设栏栅稳流。 • 量水堰安装完毕，应详细填写考证表，存档备查。
界面位移
• 测点通常布设在坝体与岸坡连接处、组合 坝型不同坝斜交界及土坝与混凝土建筑物 连接处，测定界面上两种介质相对的法向 及切向位移。
观测方法
• 分层沉降观测主要方法有：电磁式沉降仪 观测、干簧管式沉降仪观测、水管式沉降 仪观测、横臂式沉降仪观测和深式测点组 观测。 • 分层水平位移观测的常用方法有：测斜仪 及引张线式位移计，有条件时，也可采用 正、倒垂线进行观测。 • 界面位移可采用振弦式位移计及电位器式 位移计进行观测。
4.1内部位移监测
概述
• 内部位移观测包括分层沉降观测、分层水 平位移观测和界面位移观测。 • 在土工建筑物的施工控制和变形监测中， 一般都需要进行这个项目的监测。
内部位移观测
• 一般以观测断面的形式进行布置，观测断面应布 置在最大横断面及其他特征断面上，如地质及地 形复杂段、结构及施工薄弱段等。 • 每个观测断面上可布设1～3条观测垂线，其中一 条宜布设在轴线或中心线附近。 • 观测垂线上测点的间距，应根据建筑物的高度、 结构形式、材料特性及施工方法与质量等而定。 • 一条观测垂线上的分层沉降测点，一般宜3～15个。 最下一个测点应置于基础表面，以兼测基础的沉 降量。
深式测点组观测
• 分层沉降观测也可采用深式测点组的方式 进行观测，即在需要观测的位置预埋测点 标志，并将标志接伸到建筑物的表面，这 样，多个标点就形成了一个标点组，每次 观测各个标头高程，即可知道各测点的沉 降情况。
水管式沉降仪观测
• 水管式沉降仪也是用于测量建筑物内部沉 降的一种常用测量仪器； • 该仪器由沉降测头、连通水管、排水管、 通气管、保护管、观测台、充水排气设备 等构成； • 常用于土石坝、河堤等土工建筑物的沉降 监测。
压阻式液位传感器观测
• 该系统采用中美合资麦克传感器有限公司生产的 压阻式液位传感器，这种传感器体积小，安装维 护较方便，其抗振动冲击性能也相当好。 • 它采用高稳定性的OEM表压传感器，将其装入一 个不锈钢壳体内，钢体顶部有一钢帽能起到保护 传感器膜片的作用，同时又能使水通畅地接触到 膜片，输出信号通过防水电缆与传感器外壳密封 连接。 • 该传感器是为连续投入水中使用而设计的，工作 温度范围宽，稳定性良好。
4.4 挠度监测
基本概念
• 测定建筑物受力后挠曲程度的工作称为挠 度观测。 • 建筑物在应力的作用下产生弯曲和扭曲， 弯曲变形横截面形心沿与轴线垂直方向 的线位移称为挠度。
图4-6 感应式数字液位传感器
渗流量观测
• 渗流量观测包括渗漏水的流量及其水质观测。 • 水质观测中包括渗漏水的温度、透明度观测和化 学成分分析。 • 渗流量观测系统的布置，应根据工程的地质条件、 渗漏水的出流和汇集条件以及所采用的测量方法 等确定。 • 对于大型工程应分区、分段进行测量，所有集水 和量水设施均应避免客水干扰。 • 渗漏水的温度观测以及用于透明度观测和化学分 析水样的采集，均应在相对固定的渗流出口或堰 口进行。
第4章 建筑物内部监测
主要内容
• • • • • • 内部位移监测 应力/应变监测 地下水位及渗流监测 挠度监测 裂缝监测 光纤监测技术
• 建筑物的内部监测是安全监测的重要内 容； • 监测项目主要包括：位移监测、应力/应 变监测、温度监测、渗流监测和挠度监 测等。 • 内部监测一般采用传感器等自动化监测 技术实施； • 在大多数大型工程中，内部监测已经成 为必选的监测项目，其监测资料为工程 建筑物的安全评判提供了可靠的依据。
1——导线 2——防水材料 3——线圈 4——钢弦 5——透水石
图4-9 孔隙水压力计的结构
使用方法
（1）每个孔隙水压力传感器在埋设之前均应 进行传感器的标定,以求得其标定系数及零 点压力下的频率值； （2）根据传感器的埋设深度、孔隙水压力的 变化幅度以及大气降水可能会对孔隙水压 力造成的影响等因素,确定传感器的量程,以 免造成孔隙水压力超出量程范围,或是量程 选用过大,影响测量精度。
观测方法
根据渗流量的大小和汇集条件，可选用如 下几种方法进行观测： （1）当流量小于1L/s时宜采用容积法； （2）当流量在1～30L/s之间时宜采用量水堰 法。 （3）当流量大于300L/s或受落差限制不能设 置水堰时，应将渗漏水引入排水沟中，采 用测流速法。
量水堰法观测
• 量水堰的结构有三角堰、梯形堰和矩形堰 三种。 • 目前，量水堰一般选用三角堰，三角堰缺 口为等腰三角形，底角为直角，堰口下游 边缘呈45°。 • 矩形堰堰板应严格保持堰口水平，水舌两 侧的堰墙上应留通气孔。
无应力计埋设
• 先用细铁丝将应变计固定在无应力计内筒的中心 位置上，将没有大骨料的混凝土填充到内筒内， 使混凝土均匀地分布在应变计周围，然后用人工 振捣密实，否则将影响仪器信号的输出。最后用 螺栓把筒盖密封埋入混凝土中。 • 无应力计筒的埋设位置应距应变计组1米左右。 • 特别注意在埋设时，要不断测量应变计组的电阻 和电阻比，以便发现有异常情况的仪器即时更换。
（3）安装传感器前,先在选定的位置钻孔至 所需测量深度；再将用砂网、中砂裹好的 传感器放到测点位置；然后向孔中注入中 砂(作为传感器周围的过滤层),以高出传感 器位置0.2m～0.5m为宜；最后向孔中埋入 粘土，即可将孔封堵好。 （4）当在同一钻孔中埋设多个传感器时,则 传感器的间距不得小于1m,且一定要保证封 孔质量,避免水压力的贯通；在地层的分界 处亦应注意封孔质量,以免上下层水压力贯 通。
应变计埋设
• 先将支座固定于埋设仪器处的预埋钢筋上，然后 插上支杆并准确校正支杆方向，再将应变计装于 支杆上，五支仪器的方位误差不超过±1°，方向 布置在观测断面上，但至少有一个方向与观测断 面垂直。 • 仪器周围填筑混凝土时，一定要剔除大于8cm大 骨料，防止大骨料造成混凝土不均匀，影响观测 精度。 • 用人工方法振捣仪器周围的混凝土，使混凝土慢 慢围住并逐渐覆盖仪器，这样可以有效地保护仪 器和电缆不被巨大的外力破坏。
1——传感器 2——电缆 3——导管接头 4——钻孔 5——导管 6——灌浆 7——导轮 8——管初始位置线 9——传感器
图4-1 测斜仪工作原理示意图
测斜仪的使用方法
（1）测斜仪在使用前需按规定进行严格标定； （2）测斜管用钢材、铝合金和塑料等制作，每节长度2～4m， 管接头有固定式或伸缩式两种，管内壁设有两对互相垂直的纵 向导槽； （3）测斜管宜埋设在孔径等于或大于89mm 的钻孔中, 通常管底 应埋置在预计发生倾斜部位的深度之下； （4）测斜管应竖向埋设，管内导槽位置应与量测位移的方向一 致； （5）测斜管顶部高出基准面150～200mm，顶部和底部用盖子 封牢，并在埋入前灌满清水,以防污水、泥浆或砂浆从管接头 处漏入； （6）测斜管应在正式测读前5天安装完毕,并在3～5天内重复测 量3次以上，判明测斜管已处于稳定状态后方可开始正式测量 工作； （7）测量时,将测斜仪与标有刻度的电缆线连接,电缆线的另一端 与测读设备连接；然后将测斜仪沿测斜管的导槽放入管中，直 滑到管底，每隔一定距离向上拉线读数，测出测斜仪与竖直线 之间的倾角变化,即可得出不同深度部位的水平位移。