工業(yè)或民用建筑物靜態(tài)變形監(jiān)測(cè)方案總體設(shè)計(jì)

王玉才

（神華寧煤集團(tuán)物業(yè)服務(wù)分公司工程管理部 寧夏 銀川 750011）

0 引言

建筑物變形監(jiān)測(cè)的直接目的之一就是對(duì)建筑物的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)控、評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)。從20世紀(jì)90年代以來，建筑物變形監(jiān)測(cè)手段的硬件和軟件迅速發(fā)展，監(jiān)測(cè)范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和資料分析系統(tǒng)、安全預(yù)報(bào)及分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)也在不斷的完善。

1 觀測(cè)精度的確定

建筑物變形量應(yīng)能確切反映建筑物、構(gòu)筑物及其地基的實(shí)際變形情況或變形趨勢(shì)，并以此作為確定監(jiān)測(cè)方案和檢驗(yàn)成果質(zhì)量的基本要求。由于觀測(cè)精度直接影響到觀測(cè)成果的可靠性，同時(shí)也受到觀測(cè)方法和儀器設(shè)備等的影響，因此，確定合理的測(cè)量精度是變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。國內(nèi)外對(duì)變形監(jiān)測(cè)的精度要求還存在不同看法，但可以確定的是，變形監(jiān)測(cè)的精度取決于觀測(cè)的目的。

對(duì)于不同的建筑物，其變形監(jiān)測(cè)的精度要求差別比較大，同一建筑物的不同部位在不同時(shí)間對(duì)觀測(cè)精度的要求也有可能是不同的。變形監(jiān)測(cè)采用哪個(gè)等級(jí)，主要按下列方法確定:

（1）以建筑物階段平均變形量為依據(jù)；

（2）以某些固定值為依據(jù)；

（3）以建筑物最小變形值為依據(jù)；

（4）以預(yù)估變形量或變形速度為依據(jù)；

（5）以地基允許變形值為依據(jù)。

在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，通常根據(jù)建筑物的地基允許變形值來推算，建筑物的地基允許變形值一般是由設(shè)計(jì)單位給定的或者由相應(yīng)的建筑規(guī)范規(guī)定的。地基允許變形值包括沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜四種：

沉降量——基礎(chǔ)某點(diǎn)沉降大小，一般指基礎(chǔ)中心的沉降量；

沉降差——基礎(chǔ)上任意兩點(diǎn)沉降量之差，一般指相鄰兩單獨(dú)基礎(chǔ)的沉降量之差；

傾斜——基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值；

局部傾斜——砌體承重結(jié)構(gòu)沿縱向6~8米內(nèi)基礎(chǔ)兩點(diǎn)的沉降差與其距離的比值。

2 觀測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)

變形觀測(cè)點(diǎn)包括基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)分為穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，它們?cè)诒O(jiān)測(cè)中各自作用不同?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)主要考慮穩(wěn)定性，不受干擾，且要考慮測(cè)量技術(shù)，一般埋設(shè)在變形影響范圍以外或基巖上，基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)過遠(yuǎn)，則測(cè)量工作不方便，觀測(cè)誤差大，埋設(shè)近了，有可能不穩(wěn)定。所以，一般在基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間加設(shè)工作基點(diǎn)。同時(shí)要在基準(zhǔn)點(diǎn)周圍設(shè)置保護(hù)點(diǎn)，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)受到破壞時(shí)可用保護(hù)點(diǎn)來恢復(fù)，平時(shí)則可以用于檢核基準(zhǔn)點(diǎn)。由基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)構(gòu)成變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，既保證了基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，又方便了測(cè)量工作。

基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)主要考慮測(cè)量工作的需要，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)則需要與其它學(xué)科相結(jié)合。總的說來，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置必須布設(shè)在能夠反映建筑物變形特征和變形明顯部位。實(shí)踐表明，監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般布設(shè)在如下位置：

（1）基礎(chǔ)類型、埋深、荷載有明顯不同處；

（2）沉降縫、伸縮縫、新老建筑連接處兩側(cè)；

（3）建筑物角點(diǎn)、中點(diǎn)處，且每邊不少于3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

（4）圓形、多邊形建筑物縱橫軸線對(duì)稱處；

（5）工業(yè)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)。

3 觀測(cè)周期的確定

建筑物變形是一個(gè)漸變過程，是時(shí)間的函數(shù)，而且變形速度不均勻，但變形觀測(cè)次數(shù)是有限的，因此，合理的選擇連續(xù)觀測(cè)的周期，對(duì)于正確分析變形結(jié)果是確保建筑物自身安全很重要的。變形觀測(cè)從建筑物施工開始，到停止使用結(jié)束，貫穿整個(gè)過程，相鄰兩次變形觀測(cè)的時(shí)間間隔就是一個(gè)觀測(cè)周期。確定變形觀測(cè)周期的基本原則為:根據(jù)建筑物的特征、變形速率、觀測(cè)精度要求和工程地質(zhì)條件及施工過程等因數(shù)綜合考慮。

對(duì)于沉降觀測(cè)，從分析變形過程出發(fā)，變形速度值比變形絕對(duì)值具有更重要的意義?；谶@一點(diǎn)，其周期可用以下經(jīng)驗(yàn)公式來確定:

式中：mk為兩沉降觀測(cè)點(diǎn)之間的高程誤差；V為沉降速度，一般取平均沉降量與間隔天數(shù)的比值；K為高程沉降量與其誤差之比，可根據(jù)建筑物變形情況在5-10范圍內(nèi)選擇。

在實(shí)際工程中，應(yīng)視具體情況選擇觀測(cè)次數(shù)與間隔時(shí)間。在建筑物施工期間，觀測(cè)次數(shù)與間隔時(shí)間應(yīng)視地基與荷載增加情況而定；在建筑物使用階段則應(yīng)視地基土類型和沉降速度大小而定。特別當(dāng)建筑物平均沉降速度較大或不均勻沉降量較大時(shí)，一方面，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)、施工單位，查找原因并采取措施，另一方面，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)，以保證建筑物的安全使用。

對(duì)于傾斜觀測(cè)，建筑物主體傾斜觀測(cè)的周期，可視傾斜速度每1-3個(gè)月觀測(cè)一次，若由于基礎(chǔ)附近大量堆放或卸載等導(dǎo)致傾斜速度加快時(shí)，應(yīng)及時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。施工期間的觀測(cè)可與建筑物的沉降觀測(cè)同時(shí)協(xié)調(diào)進(jìn)行，這樣就為分析建筑物的變形、評(píng)價(jià)建筑物的安全性提供了更加完備的資料，分析結(jié)果也更真實(shí)可靠。另外，考慮到溫度與風(fēng)荷載對(duì)高層建筑物變形的影響較大，故在傾斜觀測(cè)時(shí)應(yīng)避開強(qiáng)日照和風(fēng)荷載較大的時(shí)間段，以免使測(cè)量誤差過大而影響觀測(cè)分析結(jié)果的真實(shí)性可靠性。水平位移觀測(cè)的周期，對(duì)于不良地基土地區(qū)的觀測(cè)，亦可與沉降觀測(cè)協(xié)調(diào)考慮確定。

4 靜態(tài)變形監(jiān)測(cè)常用方法

變形監(jiān)測(cè)目的是為了實(shí)時(shí)的了解建筑物的變形情況，確保建筑物的安全使用，就靜態(tài)變形監(jiān)測(cè)而言，監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括:沉降觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、水平位移觀測(cè)和裂縫觀測(cè)。監(jiān)測(cè)方法包括常規(guī)地面測(cè)量方法、近景攝影測(cè)量以及特定條件下采取一些特殊的測(cè)量方法。

沉降觀測(cè)常用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，也可以采用液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量的方法。一般高層建筑物和深基坑開挖的沉降觀測(cè)，通常用精密水準(zhǔn)儀，按國家二等水準(zhǔn)技術(shù)要求施測(cè)，將觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)成閉合環(huán)或附合水準(zhǔn)路線聯(lián)測(cè)到水準(zhǔn)基點(diǎn)上。采用水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，必須做到固定觀測(cè)時(shí)間、固定觀測(cè)路線、固定觀測(cè)人員、固定觀測(cè)儀器。由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，變形觀測(cè)時(shí)很難做到前后視距離相等，在每次觀測(cè)前，必須對(duì)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)校正，特別是對(duì)儀器i角誤差和調(diào)焦誤差進(jìn)行檢驗(yàn)。

傾斜觀測(cè)方法比較多，對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)，常采用鉆孔測(cè)斜儀對(duì)支護(hù)樁進(jìn)行傾斜觀測(cè)。對(duì)于建筑物上部的傾斜觀測(cè)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法包括經(jīng)緯儀投點(diǎn)法、全站儀坐標(biāo)測(cè)量法等，在實(shí)際工程中常采用回歸平面法?；貧w平面法通過測(cè)量建筑物上各點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量 Zi，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（Xi，Yi），采用最小二乘法可以擬合出一個(gè)建筑物沉降量的回歸平面:

根據(jù)建筑物基礎(chǔ)傾斜a（單位:‰）計(jì)算公式:

式中:Si為基礎(chǔ)傾斜方向端點(diǎn)i沉降量，mm;Sj為基礎(chǔ)傾斜方向端點(diǎn)j的沉降量，mm;L為基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的距離，m。

可以得出:式（2）中系數(shù)a即為建筑物在X軸方向上的基礎(chǔ)傾斜率，系數(shù)b即為建筑物在Y方向上的基礎(chǔ)傾斜率。而基礎(chǔ)傾斜率就等于建筑物在該方向上的傾斜率。通過回歸平面方程，只須對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，而不必專門進(jìn)行傾斜觀測(cè)就可以確定建筑物在相應(yīng)方向上的傾斜率。

5 結(jié)束語

總之，建筑物變形觀測(cè)簡便、精度高，能直觀地、及時(shí)地掌握建筑物性態(tài)的變化，許多建筑物在出現(xiàn)危險(xiǎn)之前都常常發(fā)生較大的變形。因而，分析建筑物變形規(guī)律、對(duì)建筑物的變化趨勢(shì)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)對(duì)建筑物安全監(jiān)控、確保建筑物安全運(yùn)營具有重要意義。

［1］吳子安.工程建筑物變性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理[M].北京:測(cè)繪出版社，1989.

［2］陳永奇.變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理[M].北京:測(cè)繪出版社，1988.