基于工程實(shí)踐的建筑變形監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

裴小強(qiáng)（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

基于工程實(shí)踐的建筑變形監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

裴小強(qiáng)
（四川省川建勘察設(shè)計(jì)院，四川 成都 610000）

摘要：進(jìn)行建筑變形監(jiān)測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)其目的之一是確保建筑物的安全運(yùn)營(yíng)。本文在分析建筑變形監(jiān)測(cè)范疇的基礎(chǔ)上，基于工程實(shí)踐進(jìn)行了建筑變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，旨在為確保建筑的安全運(yùn)營(yíng)，推動(dòng)建筑業(yè)的有序發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑；變形監(jiān)測(cè)；技術(shù)

我國(guó)的建筑業(yè)正處在蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，各種新型建筑工程、大型重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目越來(lái)越多，但是工程建設(shè)的各環(huán)節(jié)不可避免的會(huì)出現(xiàn)一定風(fēng)險(xiǎn)，這主要是因?yàn)槿藗儗?duì)建筑工程中的地質(zhì)條件、水文情況以及自然環(huán)境因素的影響的認(rèn)識(shí)還存在一定的局限性。盡管通過(guò)設(shè)計(jì)者的精心設(shè)計(jì)，施工人員的精心施工，使建筑的安全度得到提升，最大程度的減小了失事率，但是仍然沒有工程可以說(shuō)是絕對(duì)安全的。這些建筑在各種外力作用和自然因素的影響下，自身的安全狀況與工作性質(zhì)也都在發(fā)生著變化。為此，對(duì)建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)地掌握建筑物的運(yùn)行狀態(tài)和演變趨勢(shì)，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)并處理建筑物的異常因素，進(jìn)而保證建筑的安全運(yùn)行。

一、建筑變形監(jiān)測(cè)

建筑物變形監(jiān)測(cè)的目的就在于獲得變形體在空間與時(shí)間上的特征，進(jìn)而對(duì)其作出幾何分析與物理解釋。實(shí)際上建筑物變形監(jiān)測(cè)具有實(shí)用和科學(xué)兩種意義，其實(shí)用意義是指通過(guò)對(duì)各種建筑物，以及地質(zhì)構(gòu)造的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施予以解決；而科學(xué)意義則是通過(guò)對(duì)變形機(jī)理更好地解釋并驗(yàn)證有關(guān)理論，建立其正確預(yù)報(bào)變形的理論與方法。變形監(jiān)測(cè)按從變形體的空間位置角度來(lái)劃分，可分為外部變形監(jiān)測(cè)和內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)。外部變形監(jiān)測(cè)手段技術(shù)成熟并具有較好的通用性和較高的精度，主要是對(duì)變形體空間三維幾何形態(tài)上的變化進(jìn)行觀測(cè)，進(jìn)而提供變形體整體變形信息。其常規(guī)測(cè)量?jī)x器主要有水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、全站儀等測(cè)量設(shè)備，以及攝影測(cè)量設(shè)備等。但是這種測(cè)量方法在野外的工作量大，在連續(xù)監(jiān)測(cè)上具有較大的困難。如今，隨著新的測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)，變形監(jiān)測(cè)可實(shí)現(xiàn)測(cè)量全自動(dòng)化，并結(jié)合GPS接收機(jī)的超測(cè)量機(jī)器人用于變形監(jiān)測(cè)，不僅提高了觀測(cè)的效率減輕工作量，同時(shí)也提高了外部變形監(jiān)測(cè)的能力。內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)則主要是觀測(cè)變形體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變、滲壓、土壓力、溫度、伸縮縫開合、孔隙壓力等項(xiàng)目，主要是采用的均是各種高精度的專用儀器，所以容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)的監(jiān)測(cè)，以及長(zhǎng)距離遙控遙測(cè)，但內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)只能提供局部的變形信息。因此在變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理中，尤其是變形的物理解釋和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)時(shí)，必須結(jié)合外部觀測(cè)資料與內(nèi)部觀測(cè)資料同時(shí)分析。

二、基于工程實(shí)踐的建筑變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

建筑變形是一個(gè)復(fù)雜而沒有規(guī)律的過(guò)程，這種無(wú)規(guī)律性主要體現(xiàn)在建筑變形的時(shí)間和速度上。但是，建筑變形監(jiān)測(cè)的次數(shù)卻是有限的，因此對(duì)建筑進(jìn)行科學(xué)有效的變形監(jiān)測(cè)，選擇合適的觀測(cè)周期是保證觀測(cè)變形結(jié)果正確性的基礎(chǔ)，同時(shí)也是正確進(jìn)行變形分析的基礎(chǔ)，最終達(dá)到確保建筑安全性的目的。建筑變形觀測(cè)貫穿了建筑的整個(gè)施工過(guò)程，從施工開始到結(jié)束共有兩次建筑變形監(jiān)測(cè)，這兩次觀測(cè)的所間隔也就是一個(gè)觀測(cè)周期。為了更好的確定變形觀測(cè)周期，保持觀測(cè)結(jié)果的科學(xué)性和有效性，需要根據(jù)工程所在地地質(zhì)條件、建筑物的特點(diǎn)、變形規(guī)律與速度以及觀測(cè)精度來(lái)確定。同時(shí)，在建筑變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)考慮到外界自然因素如溫度、風(fēng)荷載等對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。

（一）觀測(cè)精度確定

建筑變形量能夠確切地反映出建筑物及其地基的實(shí)際變形情況、變形趨勢(shì)，同時(shí)建筑變形量也是確定檢測(cè)方案與檢驗(yàn)成果質(zhì)量的基本依據(jù)。觀測(cè)成果是否可靠除了受觀測(cè)精度的直接影響外，還受到觀測(cè)方法與儀器設(shè)備的影響，為此，在建筑物變形監(jiān)測(cè)中需要確定合理的觀測(cè)精度，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)變形監(jiān)測(cè)精度看法存在差異，但是變形監(jiān)測(cè)精度一定是由觀測(cè)目的所決定的。1971年，F(xiàn)IG國(guó)際測(cè)量工作者聯(lián)合會(huì)在會(huì)上提出了“為了確保高層建筑的安全，當(dāng)觀測(cè)目的在于使變形值不超過(guò)某一允許數(shù)值時(shí)，觀測(cè)中誤差應(yīng)低于允許變形值的1/10~1/20。二檔觀測(cè)目的為對(duì)變形過(guò)程進(jìn)行研究時(shí)，中誤差應(yīng)遠(yuǎn)小于該允許數(shù)值?！蓖瑫r(shí)，對(duì)于不同的建筑物來(lái)說(shuō)，變形監(jiān)測(cè)的精度也不同，而統(tǒng)一建筑不同位置的觀測(cè)精度要求也可能不同，其觀測(cè)精度等級(jí)主要以五個(gè)方面為根據(jù)。第一，將高層建筑的階段平均變形量作為依據(jù)；第二，將高層建筑的最小變形量作為依據(jù)；第三，將某些固定值作為依據(jù)；第四，將預(yù)估變形速度、變形量作為依據(jù)；第五，將地基允許的變形值作為依據(jù)。

在工程實(shí)踐中，建筑監(jiān)測(cè)精度通常以高層建筑地基允許變形值作為依據(jù)來(lái)進(jìn)行推算，其中高層建筑地基允許變形量是由相應(yīng)建筑規(guī)范規(guī)定或者設(shè)計(jì)單位給出的，通常包括了沉降量、沉降差、傾斜與局部?jī)A斜四種。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，通過(guò)常用的高層建筑地基允許值就能夠計(jì)算出相應(yīng)的允許變形量，并以此確定觀測(cè)的精度、觀測(cè)的方法、使用的儀器設(shè)備等，并提供監(jiān)測(cè)網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)與優(yōu)化的依據(jù)。

（二）布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)

建筑物變形觀測(cè)點(diǎn)包括了基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中基準(zhǔn)點(diǎn)又分為工作基點(diǎn)與穩(wěn)定基準(zhǔn)點(diǎn)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)揮著各自的作用。在基準(zhǔn)點(diǎn)的布置上應(yīng)充分考慮其穩(wěn)定性，保證不受到干擾，并考慮技術(shù)的應(yīng)用，因此基準(zhǔn)點(diǎn)通常埋設(shè)在基巖上或者變性影響范圍以外。為了保證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，通常在監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間加設(shè)工作基點(diǎn)，并在基準(zhǔn)點(diǎn)周圍設(shè)保護(hù)點(diǎn)（以保護(hù)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)的檢核或者受破壞時(shí)的恢復(fù)）。

在進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)時(shí)，主要對(duì)測(cè)量工作的需要進(jìn)行考慮，而在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)中，需要與其他學(xué)科進(jìn)行結(jié)合，布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)通常位于高層建筑變形明顯或者能夠反映變形特征的部位，通常的布設(shè)部位在以下幾個(gè)位置：一是基礎(chǔ)類型、埋深與荷載存在明顯不同的部位；二是建筑角點(diǎn)、中點(diǎn)位置，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)每邊應(yīng)不低于三個(gè)；三是建筑沉降縫、伸縮縫與新舊建筑的連接處兩側(cè)；四是多邊形、圓形建筑對(duì)稱軸處；五是工業(yè)廠房獨(dú)立柱基礎(chǔ)。

（三）觀測(cè)內(nèi)容及觀測(cè)周期的確定

1沉降觀測(cè)。沉降觀測(cè)通常采用水準(zhǔn)測(cè)量法或者液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量法。在高層建筑的沉降觀測(cè)中，需要使用到精密水準(zhǔn)儀，并根據(jù)國(guó)家二等水準(zhǔn)技術(shù)要求進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)聯(lián)測(cè)到水準(zhǔn)基點(diǎn)上，布設(shè)成閉合環(huán)或者與水準(zhǔn)路線附和。在變形監(jiān)測(cè)中采用水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)需要按照固定時(shí)間、固定路線、采用固定觀測(cè)儀器由固定觀測(cè)人員進(jìn)行觀測(cè)。沉降觀測(cè)的周期通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定：

其中，K為高程沉降量與誤差比（通常為5~10），Mh為量沉降觀測(cè)點(diǎn)間的高程誤差，V為沉降速度。

2傾斜觀測(cè)。在對(duì)建筑進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，需要對(duì)建筑主體的傾斜變形進(jìn)行有效的觀測(cè)，在測(cè)定的過(guò)程中應(yīng)重視偏移值，該偏移值主要為頂部到底部的偏移值，并以此對(duì)建筑的傾斜度進(jìn)行計(jì)算。在傾斜觀測(cè)中具有較多的方法，高層建筑上部?jī)A斜的觀測(cè)傳統(tǒng)方法包括全站儀坐標(biāo)測(cè)量法，經(jīng)緯儀投點(diǎn)法等，而在實(shí)際工程中則通常采用回歸平面法，該方法通過(guò)高層建筑上個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量Zi，采用最小二乘法擬合高程建筑的沉降量回歸平面：Zi=a□Xi+b·Yi+c，（Zi為本期觀測(cè)值與原始高程的差值）。然后根據(jù)高層建筑的基礎(chǔ)斜率α=（Si-Sj）/L得出傾斜結(jié)果。建筑傾斜觀測(cè)周期通常根據(jù)傾斜的速度進(jìn)行確定，一般在1~3個(gè)月觀測(cè)一次。當(dāng)基礎(chǔ)附近大量卸載與堆放時(shí)，應(yīng)增加觀測(cè)的次數(shù)。在施工期間傾斜觀測(cè)可與沉降觀測(cè)協(xié)調(diào)進(jìn)行，從而為建筑變形的分析和評(píng)價(jià)提供更完善的資料。

3裂縫觀測(cè)。在工程建筑中，可能會(huì)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，為確保建筑的安全性，我們需要對(duì)裂縫進(jìn)行觀測(cè)與分析，并技術(shù)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行解決。為了避免裂縫較多造成混亂，因此在觀測(cè)中通常需要對(duì)每條裂縫進(jìn)行編號(hào)，然后分別觀測(cè)裂縫的長(zhǎng)度、寬度、位置與走勢(shì)等。在裂縫的觀測(cè)中一般有兩種方法，一是繪制方格坐標(biāo)，二是在裂縫兩端做上標(biāo)記，然后用鋼尺進(jìn)行丈量。工程實(shí)踐表明，在裂縫觀測(cè)中可以使用設(shè)置標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量方式有針對(duì)性的對(duì)具有典型性與重點(diǎn)性的裂縫進(jìn)行具體的測(cè)量。

4水平位移觀測(cè)。在建筑水平位移的觀測(cè)中通常根據(jù)建筑物的類型采用不同的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，如直線建筑采用的基準(zhǔn)線、距離丈量法和引張線法，曲線建筑常用的精密導(dǎo)線法、測(cè)角前方交會(huì)法，以及高層建筑通常采用的經(jīng)緯儀投點(diǎn)法與測(cè)角前方交會(huì)法等。在水平位移觀測(cè)周期的確定上，針對(duì)不良地基地區(qū)的建筑觀測(cè)。

三、數(shù)據(jù)分析

通過(guò)在建筑變形檢測(cè)中沒上述幾種監(jiān)測(cè)內(nèi)容與監(jiān)測(cè)方法的應(yīng)用，在得到一系列的數(shù)據(jù)之后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)化的整理與處理，并在處理完成后將此建筑變形的過(guò)程圖繪制出來(lái)，進(jìn)而方便清楚地進(jìn)行查看與判斷。同時(shí)該過(guò)程圖還應(yīng)作為對(duì)建筑變形程度、變形趨勢(shì)以及使用是否安全的分析和評(píng)估的依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

如今，我國(guó)的城市化進(jìn)程不斷加快，建筑物如雨后春筍般拔地而起，并且樣式多樣，而在發(fā)展的同時(shí)越來(lái)越多的問(wèn)題也隨之而來(lái)，建筑變形監(jiān)測(cè)也變得越發(fā)重要。建筑變形監(jiān)測(cè)不僅是工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的保證，同時(shí)也是建筑質(zhì)量的保證，在保障廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，我們需要加大力度進(jìn)行建筑變形監(jiān)測(cè)，與時(shí)俱進(jìn)，以先進(jìn)的技術(shù)與方法切實(shí)保證建筑的安全穩(wěn)定，推動(dòng)建筑業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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中圖分類號(hào)：P258

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A