變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析方法探討

周新地

（湖南城市學(xué)院，湖南益陽(yáng) 413000）

在變形監(jiān)測(cè)中，變形指的是當(dāng)物體在某種外力的作用下，物體會(huì)發(fā)生形狀和位置的變化現(xiàn)象。而變形監(jiān)測(cè)工作的主要目的是通過(guò)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，通過(guò)分析找到發(fā)生變形的原因，并做好預(yù)測(cè)工作。

1 建筑工程變形分析

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定分析

變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的穩(wěn)定性會(huì)直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和變形分析結(jié)果的可靠性，對(duì)此在展開(kāi)穩(wěn)定性分析工作時(shí)，就需要在控制網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下開(kāi)展。由此可見(jiàn)，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析是十分重要的。

1.2 秩虧自由網(wǎng)平差

建筑工程項(xiàng)目對(duì)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度有著很高的要求，再加上周邊控制點(diǎn)很容易受外部環(huán)境因素的影響，很難對(duì)控制點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)判。面對(duì)這一問(wèn)題，就需要在處理測(cè)量結(jié)果時(shí)，不需要事先把已知數(shù)據(jù)給出，緊接著在平差計(jì)算的過(guò)程采用自由網(wǎng)平差法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，也就是不具有已知數(shù)據(jù)的秩虧自由網(wǎng)平差，運(yùn)用這一處理方法能夠替代最小范數(shù)的條件。

1.3 建筑工程變形分析

在變形監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中，對(duì)變形量展開(kāi)計(jì)算和分析是重要的數(shù)據(jù)處理工作，這一工作包含對(duì)位移量和沉降量以及傾斜度等相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析。例如，對(duì)沉降量進(jìn)行分析：首先可以通過(guò)球差計(jì)算對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量和累積沉降量進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)沉降變化的過(guò)程進(jìn)行曲線圖繪制。其次，在整體沉降方面。建筑物的沉降是一種較為常見(jiàn)的現(xiàn)象，也是一種難以避免的現(xiàn)象。當(dāng)建筑局部存在不均勻沉降的問(wèn)題便會(huì)對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)沉降變化。對(duì)此，可以把沉降量當(dāng)做一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑物的某個(gè)位置展開(kāi)實(shí)際沉降量大小的具體分析，從而得出各位置之間的沉降量差值，通過(guò)對(duì)差值進(jìn)行分析來(lái)得出沉降量是否會(huì)對(duì)建筑整體帶來(lái)安全影響。最后，對(duì)建筑物之間的沉降差進(jìn)行分析。由于部分建筑物之間有著銜接體的存在，當(dāng)建筑物之間的沉降差比較大時(shí)，銜接體的結(jié)構(gòu)就會(huì)隨著沉降差的變大而變形，這會(huì)直接影響建筑物的使用安全。對(duì)此，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降量的計(jì)算，從而得出建筑物之間的沉降差。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)權(quán)威性和安全性的保障措施

2.1 角色管理機(jī)制

在整個(gè)建筑工程項(xiàng)目中，會(huì)涉及許多變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，并且監(jiān)測(cè)周期也比較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期整理和保存，這就需要相關(guān)管理人員要加大管控力度，以免因管理不當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)被刪除或惡意篡改的問(wèn)題。在實(shí)際工作中，管理人員就需要從管理者的角度出發(fā)，為不同用戶(hù)設(shè)置相應(yīng)的操作權(quán)限與訪問(wèn)權(quán)限。并且，負(fù)責(zé)編寫(xiě)工程數(shù)據(jù)的工作人員在對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和修改之后，還需要校核人員做好信息校核工作，通過(guò)校核確定無(wú)誤之后再提交給審核人。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)備份

數(shù)據(jù)信息的保管工作是十分重要，如果因外部因素造成數(shù)據(jù)的丟失或者設(shè)備死機(jī)等問(wèn)題，這不僅會(huì)影響整個(gè)工作流程的正常進(jìn)行，還會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。面對(duì)這一問(wèn)題，相關(guān)工作人員就必須考慮到備份的重要性，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行備份，避免因數(shù)據(jù)丟失造成巨大的損失。

2.3 監(jiān)測(cè)基本方式

在實(shí)際觀測(cè)當(dāng)中，需要掌握的監(jiān)測(cè)方式有：①穩(wěn)定。這里的穩(wěn)定即是指變形觀測(cè)當(dāng)中的工作基點(diǎn)以及基準(zhǔn)點(diǎn)，要保證具有穩(wěn)定的特點(diǎn)。在實(shí)際變形觀測(cè)中，基準(zhǔn)點(diǎn)是開(kāi)展觀測(cè)工作的基本依據(jù)，在每一個(gè)工程中，需要具有3 個(gè)以上的可靠基準(zhǔn)點(diǎn)，保證每隔半年進(jìn)行一次復(fù)測(cè)。而工作基點(diǎn)也是實(shí)際工作開(kāi)展中能夠直接應(yīng)用的依據(jù)點(diǎn)，需要在穩(wěn)定且同觀測(cè)點(diǎn)具有一定的距離位置選擇。對(duì)于觀測(cè)項(xiàng)目較少且具有較好通視條件的建筑，則可以在不設(shè)置基點(diǎn)的情況下進(jìn)行觀測(cè)；②固定。在該方面，需要做好控制的內(nèi)容即做好設(shè)備、儀器設(shè)備的固定，同時(shí)保證觀測(cè)時(shí)間與人員的固定，保證觀測(cè)的鏡位、方法與路線具有固定特點(diǎn)。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

在實(shí)際操作中，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，其主要方式有外部測(cè)量以及內(nèi)部的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)特定的步驟進(jìn)行制定，保證在每個(gè)步驟中都具有準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，避免因此影響到最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。在具體處理中，需要先處理外部影響因素，以此對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行有效消除，在此基礎(chǔ)上做好內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理。在具體處理中，工作人員需要能夠做好水平同數(shù)值方向基線變化情況的記錄，對(duì)數(shù)據(jù)處理表完成制作，之后將處于不同觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的水平、豎直方向基線以及增量進(jìn)行記錄，為后續(xù)處理對(duì)照打下基礎(chǔ)。最后，需要對(duì)相鄰時(shí)間段基線變化曲線圖進(jìn)行繪制，以此幫助相關(guān)人員能夠?qū)τ^測(cè)當(dāng)中的基線增量變化情況進(jìn)行直觀的觀察。對(duì)于上述方式來(lái)說(shuō)，是在實(shí)際數(shù)據(jù)分析中較為傳統(tǒng)的處理方式。在相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，目前很多單位也通過(guò)新方式的應(yīng)用處理變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如平均間隙法、最大間隙法以及卡爾曼濾波法等。

3 監(jiān)測(cè)案例

3.1 工程概況

我國(guó)某工程，其中兩棟住宅樓高度分別為76m 以及88m，且具有地下室的設(shè)置。根據(jù)實(shí)際工作要求，需要對(duì)其進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

3.2 觀測(cè)方案

在本次觀測(cè)工作中，觀測(cè)方案當(dāng)中的主要內(nèi)容有：①基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，為了對(duì)準(zhǔn)確性進(jìn)行提升，對(duì)獨(dú)立高程系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用，在周邊對(duì)2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。在首次觀測(cè)中，要通過(guò)往返觀測(cè)方式的應(yīng)用觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)閉合環(huán)，通過(guò)該方式對(duì)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性做出保證。在觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置中，需要在外墻墻體平面上部的0.5m 位置進(jìn)行設(shè)置，保證觀測(cè)點(diǎn)的2m 范圍內(nèi)不存在障礙物。同時(shí)，要保證在承重墻位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，以此保證其在通視條件方面能夠滿足要求。在伸縮縫、沉降縫兩側(cè)，高低建筑物以及山墻中部位置，也需要做好對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置。在實(shí)際觀測(cè)中，需要保證不同觀測(cè)點(diǎn)對(duì)一個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán)進(jìn)行組成，之后再同2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)閉合環(huán)進(jìn)行組成，以此對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定情況進(jìn)行同時(shí)的檢驗(yàn)；②儀器觀測(cè)。對(duì)于建筑沉降觀測(cè)工作來(lái)說(shuō)，其對(duì)精度具有較高的要求。為了保證觀測(cè)的經(jīng)準(zhǔn)確，即需要做好測(cè)量誤差的控制。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，即需要在監(jiān)測(cè)中做好S05 級(jí)精密水準(zhǔn)儀的設(shè)置，同時(shí)保證所使用的水準(zhǔn)尺受到溫度、環(huán)境的影響較小。在該工程中，對(duì)集合水準(zhǔn)法進(jìn)行了應(yīng)用，嚴(yán)格按照國(guó)家三等水準(zhǔn)要求開(kāi)展工作。在具體觀測(cè)中，要先監(jiān)測(cè)建筑物的2個(gè)起算基準(zhǔn)點(diǎn)，保證相互間具有0.3m 以?xún)?nèi)的高度差。在觀測(cè)完成后，即需要通過(guò)嚴(yán)密方式對(duì)其進(jìn)行平差計(jì)算，對(duì)不同觀測(cè)點(diǎn)的高程誤差以及平差后高程進(jìn)行求出。

3.3 觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了能夠?qū)ㄖ某两第厔?shì)進(jìn)行精確的反映，在實(shí)際設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，即需要能夠充分聯(lián)系地基基礎(chǔ)以及場(chǎng)地情況對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。周期方面，即需要聯(lián)系建筑所在位置的地基處理情況、上部結(jié)構(gòu)情況以及地質(zhì)情況對(duì)變形觀測(cè)周期進(jìn)行確定。在主體建筑建設(shè)到正負(fù)零時(shí)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，在對(duì)觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置完成后進(jìn)行觀測(cè)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)基準(zhǔn)值的確定。地下車(chē)庫(kù)方面，即需要按照不同建筑為單元?jiǎng)澐?，在澆筑樁基柱后?duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置，對(duì)基準(zhǔn)值進(jìn)行確定。對(duì)于主樓，每?jī)蓪舆M(jìn)行一次觀測(cè)，直至主體工程完成。車(chē)庫(kù)方面，按照施工以及竣工兩個(gè)時(shí)期進(jìn)行觀測(cè)。施工期方面，即在完成地下室、基礎(chǔ)施工后所開(kāi)展的觀測(cè)，可以按照相關(guān)要求以及施工進(jìn)度開(kāi)展工作。

3.4 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理

在本次工作中，所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)處理方式有：①二維曲線數(shù)據(jù)處理。在本工程監(jiān)測(cè)中，將獲得的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行整理，對(duì)一條雙縱軸沉降觀測(cè)點(diǎn)總體變化曲線進(jìn)行獲得。通過(guò)該曲線即可以了解到監(jiān)測(cè)點(diǎn)從整體上來(lái)說(shuō)具有下降的趨勢(shì)。在部分點(diǎn)還出現(xiàn)了抖動(dòng)以及沉陷反彈情況；②變形螺旋曲線法。在繪制變形數(shù)據(jù)曲線時(shí)，經(jīng)過(guò)分析掌握了一種能夠?qū)ψ冃芜^(guò)程特性進(jìn)行較好反映的曲線。當(dāng)建筑荷載穩(wěn)定后，即具有了逐漸減少的沉降變形量，此時(shí)變形曲線也將向著固定圓延伸。

經(jīng)分析能夠發(fā)現(xiàn)，各點(diǎn)位累積沉降量的差異并不大，而且沉降速率大體相同，可見(jiàn)該大廈的地基處理較為穩(wěn)定。在實(shí)際情況下，沉降速率會(huì)隨著時(shí)間逐漸變化，不過(guò)大體上呈直線效果，為實(shí)驗(yàn)分析的便利，我們將其看作是直線進(jìn)行處理。對(duì)沉降折線速率進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)始動(dòng)工之前，其沉降速率較大，但隨著建筑工期的加長(zhǎng)，沉降速率有所減弱，曲線沒(méi)有出現(xiàn)異常離散值和中斷情況，這也就說(shuō)明了觀測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)定、可靠，并不會(huì)出現(xiàn)非常大的沉降，在地鐵工程的施工階段，下沉較為平穩(wěn)，沉降率能夠符合相關(guān)規(guī)范要求，地鐵工程施工并不會(huì)對(duì)大廈主體結(jié)構(gòu)形成嚴(yán)重影響。

3.5 建筑變形監(jiān)測(cè)周期

根據(jù)觀測(cè)周期建筑物變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析變形結(jié)果，是建筑物安全的重要保障。在變形觀測(cè)過(guò)程中，觀測(cè)間隔時(shí)間是一個(gè)周期，需要結(jié)合建筑的特點(diǎn)、變形規(guī)律、工程所在地條件以及影響建筑物變形等諸多自然因素（溫度和風(fēng)荷載），科學(xué)布局，合理監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)多學(xué)科和多方法進(jìn)行有機(jī)整合，并將其應(yīng)用到綜合分析工作和預(yù)報(bào)工作當(dāng)中，對(duì)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析方法展開(kāi)深入研究，可以更準(zhǔn)確地對(duì)變形機(jī)理進(jìn)行掌握，然后進(jìn)一步確定變形的發(fā)展速度和方向，這對(duì)形變體的順利運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)合工程實(shí)例和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件，驗(yàn)證了所述方法的可行性，對(duì)以后相關(guān)行業(yè)的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析有很好的參考意義。