建筑物沉降變形觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)方法探討

周志宇

（廣西壯族自治區(qū)地理信息測(cè)繪院，廣西柳州545006）

1 引言

在建筑物施工與使用過(guò)程中，基坑以及建筑物的沉降問(wèn)題一直備受關(guān)注。一般情況下，建筑物的沉降分為2 大類型：均勻沉降和不均勻沉降。如果建筑物實(shí)際荷載值嚴(yán)重高于標(biāo)準(zhǔn)值，并且有外力作用于建筑，就會(huì)導(dǎo)致建筑出現(xiàn)不均勻沉降，使得建筑物的正常使用受到嚴(yán)重影響。如1959 年，法國(guó)67m 高的馬爾巴塞珍拱壩因基礎(chǔ)沉降出現(xiàn)垮塌。因此，為最大限度地降低建筑物沉降變形概率，確保建筑物安全，相關(guān)單位需認(rèn)真落實(shí)對(duì)建筑物的沉降監(jiān)測(cè)工作。并且相關(guān)單位在對(duì)建筑物沉降變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況合理計(jì)劃監(jiān)測(cè)周期，科學(xué)安排監(jiān)測(cè)時(shí)間，以保證項(xiàng)目計(jì)劃的順利進(jìn)行。

2 建筑物沉降數(shù)據(jù)采集

2.1 外業(yè)布點(diǎn)

在設(shè)置觀測(cè)沉降點(diǎn)時(shí)，需根據(jù)周邊外業(yè)環(huán)境情況，根據(jù)建筑建設(shè)情況科學(xué)、合理布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，以保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行。具體而言，在布設(shè)建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)時(shí)，相關(guān)單位應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)在新舊建筑物、高低層建筑物以及縱橫墻等交接處的兩側(cè)，建筑物的四角、主要轉(zhuǎn)角處以及沿外墻主體結(jié)構(gòu)每10～15m 處；（2）應(yīng)將觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在建筑物基礎(chǔ)埋深相差懸殊處、建筑物沉降縫以及裂縫的兩側(cè)、天然地基與人工地基的接壤處、不同結(jié)構(gòu)的分界處、填挖方的分界處；（3）觀測(cè)點(diǎn)要布設(shè)在動(dòng)力設(shè)備、重型設(shè)備基礎(chǔ)的四角，以及地質(zhì)條件變化處的兩側(cè)；（4）觀測(cè)點(diǎn)要布設(shè)在高聳建筑沿周邊在與基礎(chǔ)軸線相交的對(duì)稱位置上，且觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量不能少于4 個(gè)[1]。

在點(diǎn)位的安裝布設(shè)作業(yè)中，需要使用不易變形的金屬件充當(dāng)測(cè)量標(biāo)志。同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中要先使用沖擊鉆在金屬件上鉆孔，并將測(cè)量標(biāo)志牢固嵌在墻體中，使其與建筑物融為一體，后用油漆點(diǎn)出標(biāo)記出，方便后續(xù)的觀測(cè)與查找[2]。

2.2 外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)采集

在采集建筑沉降數(shù)據(jù)時(shí)，要使用專業(yè)儀器設(shè)備。同時(shí)，為保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，工作人員需在正式開(kāi)展采集作業(yè)前先詳細(xì)檢查儀器設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)，確保其符合作業(yè)要求。在完成儀器設(shè)備的檢查調(diào)試后，就需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)情況設(shè)計(jì)出觀測(cè)線路，使其形成一條閉合線路，完成對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量。而對(duì)于水準(zhǔn)線路，工作人員應(yīng)結(jié)合測(cè)量需求將其布設(shè)成一個(gè)閉合環(huán)、附合線路，并保證閉合環(huán)測(cè)站數(shù)約為8M2/m2（其中，M指的是最弱點(diǎn)高程中誤差，m指的是每站觀測(cè)高差中誤差）[3]。

3 建筑物沉降變形數(shù)據(jù)觀測(cè)

當(dāng)前，在建筑物沉降變形觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與分析中，數(shù)字水準(zhǔn)儀被應(yīng)用的相對(duì)廣泛。這種儀器設(shè)備自動(dòng)化程度較高，易于操作，能相對(duì)輕松、快速地采集數(shù)據(jù)。且在應(yīng)用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行采集觀測(cè)時(shí)，需要人為操作的環(huán)節(jié)較少，工作人員只需完成水準(zhǔn)儀的安裝與調(diào)整，并輸入編碼、完成計(jì)算程序內(nèi)置后就能輕松采集數(shù)據(jù)。這樣的采集流程大大減少了人為誤差，確保了數(shù)據(jù)采集的精度。但值得注意的是，盡管數(shù)字水準(zhǔn)儀便于操作、自動(dòng)化程度較高，但在實(shí)際采集過(guò)程中仍會(huì)受到相關(guān)因素影響而導(dǎo)致建筑物沉降變形觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果失真失準(zhǔn)。因此，在進(jìn)行采集觀測(cè)時(shí)工作人員需高度注意以下問(wèn)題：測(cè)量距離、光照、高差落差等均會(huì)對(duì)采集結(jié)果產(chǎn)生一定影響，導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)失真失準(zhǔn)。如當(dāng)光線強(qiáng)烈或是逆光時(shí)，數(shù)據(jù)采集的難度將增大，作業(yè)進(jìn)度減緩，整體的工作質(zhì)量都會(huì)受到影響。為避免以上情況發(fā)生，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與觀測(cè)等工作時(shí)，工作人員可采取打傘、縮小測(cè)站距離等措施來(lái)降低光線對(duì)測(cè)量作業(yè)的影響。此外，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，水準(zhǔn)觀測(cè)視距較大以及高差較大時(shí)，數(shù)據(jù)采集作業(yè)也會(huì)受到很大影響。如導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集過(guò)程不穩(wěn)定、測(cè)得的數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)、測(cè)站無(wú)法正常閉合等。針對(duì)這類問(wèn)題，工作人員可對(duì)各測(cè)站之間的距離做適當(dāng)調(diào)整，縮小各測(cè)站之間的距離并適當(dāng)改變儀器高度，從而確保數(shù)據(jù)觀測(cè)、數(shù)據(jù)采集等工作的順利開(kāi)展[4]。

4 建筑物沉降數(shù)據(jù)處理

在對(duì)建筑物沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，需根據(jù)建筑物特性、建筑物沉降數(shù)據(jù)精度等級(jí)要求來(lái)采取相應(yīng)措施對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。一般情況下，在建筑物沉降數(shù)據(jù)處理作業(yè)中通常會(huì)遇到以下幾種情況：

1）若沒(méi)有特殊要求，在進(jìn)行高層建筑物施工時(shí)，一般是采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度與觀測(cè)方法進(jìn)行沉降觀測(cè)。而二等水準(zhǔn)測(cè)量的各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)要求分別為：前后視距≤30m；前后視距差≤1.0m；前后視距差累積≤3.0m；沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于后視點(diǎn)的高差容差≤1.0mm。

2）電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)到的外業(yè)數(shù)據(jù)處理。在應(yīng)用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行建筑物沉降數(shù)據(jù)的觀測(cè)、處理時(shí)，主要是借助Geoffice軟件來(lái)完成電腦與儀器的連接以及數(shù)據(jù)的分析處理。具體處理流程如下：在將電子水準(zhǔn)儀與計(jì)算機(jī)設(shè)備連接后，直接將儀器中的GIS 數(shù)據(jù)拷貝到電腦硬盤中，之后通過(guò)EXCELE 軟件打開(kāi)數(shù)據(jù)，觀看到外業(yè)流程中每一站的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，并與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一站原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。完成以上工作后，工作人員可使用專業(yè)測(cè)繪軟件完成對(duì)沉降數(shù)據(jù)的處理、錄入、計(jì)算等工作，為后續(xù)相關(guān)工作的開(kāi)展提供參考。

3）當(dāng)精度要求滿足時(shí)，可利用EXCELE 軟件的計(jì)算功能對(duì)電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并生成相應(yīng)圖表，便于工作人員更加清晰、直觀地了解數(shù)據(jù)變化情況。在對(duì)相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，采用的是平差法，即以距離平差或站平差為依據(jù)對(duì)水準(zhǔn)線路的閉合差進(jìn)行計(jì)算，并獲得計(jì)算結(jié)果。與傳統(tǒng)計(jì)算方法相比，這種計(jì)算方法更加科學(xué)、精準(zhǔn)且高效，而最終計(jì)算出的結(jié)果更是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的重要依據(jù)。

5 建筑物沉降數(shù)據(jù)分析

依據(jù)沉降監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)高程成果，計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)每次相對(duì)前一次的變化量和相對(duì)第一次的累積變化量，通過(guò)數(shù)據(jù)量的變化大小來(lái)判斷沉降點(diǎn)的沉降變化量。除對(duì)沉降變形數(shù)據(jù)做以上分析與應(yīng)用外，工作人員還可根據(jù)EXCELE 軟件中的沉降數(shù)據(jù)來(lái)制作出相應(yīng)圖表，通過(guò)分析圖表掌握建筑物沉降變形程度以及速率，從而為后期維護(hù)、改造等工作的開(kāi)展提供便利。

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在建筑物施工建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)單位要高度重視對(duì)建筑物沉降變形觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理與預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)專業(yè)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備與先進(jìn)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，全面掌握建筑物沉降變形的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的處理與分析，了解建筑物的沉降變形情況，從而為后期的施工、維護(hù)、改造等工作的開(kāi)展提供重要參考資料。