建筑物變形監(jiān)測(cè)方案研究

孫會(huì)超，蘇帥偉，任鼎鑫

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南鄭州450016）

0 引言

變形是自然界普遍存在的現(xiàn)象，它是指變形體在各種負(fù)荷的作用下，其形狀、大小及位置在時(shí)間和空間中的變化。建筑物變形原因有自然因素影響和自身因素影響［1］。建筑物在設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)設(shè)置一定的變形閾值，但是一旦變形值超過(guò)變形的最大允許值就會(huì)影響建筑物的安全，輕則影響建筑物的使用，重則發(fā)生危險(xiǎn)災(zāi)難。

為了及時(shí)地檢測(cè)出建筑物的安全狀態(tài)，需要對(duì)建筑進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，以了解建筑物的變形狀況，提供預(yù)警，為建筑的加固等提供數(shù)據(jù)支撐。

1 監(jiān)測(cè)模式

1.1 周期性監(jiān)測(cè)

周期性監(jiān)測(cè)模式在建筑物的變形監(jiān)測(cè)中是最常用的。周期性監(jiān)測(cè)模式主要是指當(dāng)形變體的變形速率相當(dāng)緩慢時(shí)，在局部時(shí)間域和空間域相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，可進(jìn)行周期性變形監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率視具體情況可為數(shù)月、一年或甚至數(shù)年之久。此時(shí)可以采用多種技術(shù)手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀測(cè)時(shí)間間隔應(yīng)依照監(jiān)測(cè)精度的要求而定。數(shù)據(jù)處理與分析在事后進(jìn)行，用專(zhuān)用的后處理軟件進(jìn)行解算，計(jì)算出建筑物的變形量，得到最終的成果報(bào)告。

1.2 連續(xù)性監(jiān)測(cè)

連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式就是指利用固定儀器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，獲得變形數(shù)據(jù)系列，此時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具有較高的時(shí)間分辨率?？梢愿鶕?jù)監(jiān)測(cè)要求設(shè)定觀測(cè)精度，目前監(jiān)測(cè)的精度一般為毫米級(jí)或者亞毫米級(jí)的精度。連續(xù)性監(jiān)測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)為速度快，可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的變形情況。

一般情況下，選擇周期性監(jiān)測(cè)還是連續(xù)性監(jiān)測(cè)模式，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)要求、儀器設(shè)備和經(jīng)費(fèi)等因素進(jìn)行綜合考慮。

2 變形觀測(cè)的方法

2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的布置

（1）建筑沉降觀測(cè)應(yīng)設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，如果基準(zhǔn)點(diǎn)距離需要觀測(cè)的建筑比較遠(yuǎn)，則還可以增加工作基點(diǎn)，便于觀測(cè)，工作基點(diǎn)可根據(jù)需要設(shè)置。一般情況下，在進(jìn)行沉降觀測(cè)的時(shí)候，其基準(zhǔn)點(diǎn)的個(gè)數(shù)應(yīng)在3個(gè)以上，但是對(duì)某些特別的建筑物需要進(jìn)行適當(dāng)增加觀測(cè)點(diǎn)，設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)要有一定的檢核條件，觀測(cè)要有一定的多余觀測(cè)。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)石應(yīng)埋設(shè)在基巖層或原狀土層中，在建筑區(qū)內(nèi)，點(diǎn)位應(yīng)設(shè)置在變形區(qū)影響范圍外，距離鄰近建筑物最大地基距離的兩倍以上，所設(shè)標(biāo)石應(yīng)大于建筑物根基深度。建筑物內(nèi)部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，埋設(shè)深度應(yīng)大于壓縮層的深度，避免由于房屋的沉降導(dǎo)致基準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位的變化。

（3）基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在監(jiān)測(cè)目標(biāo)變形范圍之外的地質(zhì)條件穩(wěn)定，且易于保存的地方。在建設(shè)過(guò)程中要根據(jù)情況及時(shí)復(fù)測(cè)。當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定后，根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行定期復(fù)測(cè)。當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)受到如附近施工影響，大型車(chē)輛碾壓、劇烈震動(dòng)等外界較大影響時(shí)，或者是定期復(fù)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)變化較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況制定方案進(jìn)行復(fù)測(cè)，并分析原因，及時(shí)采取措施。

（4）基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)先在圖上設(shè)計(jì)，根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)、觀測(cè)方案和觀測(cè)儀器進(jìn)行合理布設(shè)。在外業(yè)布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)應(yīng)避開(kāi)松軟土地、公路主干道、水源地等易遭破壞的地方。若采用GPS進(jìn)行觀測(cè)，還應(yīng)考慮避開(kāi)發(fā)射塔、高壓線等干擾強(qiáng)烈地方，以避免對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.2 沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置

沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)的基本原則是要能夠全面反映建筑物的變形特征，方便觀測(cè)。綜合考慮建筑物所在的地質(zhì)條件和建筑物的特點(diǎn)，一般情況下觀測(cè)點(diǎn)布置在以下位置。

（1）大轉(zhuǎn)角處及沿外墻或根柱基上，建筑物的四角等建筑物特征位置。

（2）沉降縫兩側(cè)、建筑物裂縫、基礎(chǔ)埋深相差懸殊外、人工地基與天然地基接壤處、不同結(jié)構(gòu)的分界處及填挖方分界處［2］。

（3）框架結(jié)構(gòu)建筑物的部分柱基上或沿縱橫軸線設(shè)點(diǎn)［3-4］。

2.3 水準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

水準(zhǔn)點(diǎn)在使用之前應(yīng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)檢校。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在受建筑物變形影響范圍外，同時(shí)應(yīng)避免布設(shè)在公路上和土質(zhì)松軟的地上，以避免水準(zhǔn)點(diǎn)沉降，影響觀測(cè)結(jié)果。為了觀測(cè)方便，水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)也不能離監(jiān)測(cè)建筑物過(guò)遠(yuǎn)。因此，水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)需要綜合考慮使用的方便性、布設(shè)的穩(wěn)定性等因素，首先在圖上設(shè)計(jì)好之后，進(jìn)行選點(diǎn)埋設(shè)。

2.4 變形監(jiān)測(cè)的方法

沉降觀測(cè)可以采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行。觀測(cè)過(guò)程中要盡量使前后視距相等，減小i 角誤差。每次觀測(cè)要用同一套儀器設(shè)備，同一班人員進(jìn)行觀測(cè)。

根據(jù)工程的性質(zhì)、地質(zhì)情況和觀測(cè)目標(biāo)等來(lái)確定觀測(cè)的頻率。在首次進(jìn)行觀測(cè)前，應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況來(lái)確定觀測(cè)時(shí)間間隔?？偟膩?lái)說(shuō)，剛開(kāi)始觀測(cè)時(shí)，時(shí)間間隔要短一些，待沉降穩(wěn)定后觀測(cè)時(shí)間間隔可以適當(dāng)延長(zhǎng)。

2.5 變形監(jiān)測(cè)的精度

變形監(jiān)測(cè)精度要求［4］如表1和表2所示。

3 變形監(jiān)測(cè)方案的制定

3.1 變形監(jiān)測(cè)方案制定

（1）根據(jù)建筑物的狀態(tài)確定監(jiān)測(cè)的精度。（2）確定觀測(cè)時(shí)間間隔。（3）確定觀測(cè)次數(shù)。

根據(jù)變形影響因子的預(yù)估值大小、時(shí)間特性以及其對(duì)變形體發(fā)生作用的知識(shí)性推斷，可得到一個(gè)概略模型。通過(guò)該模型，根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的精度因素，估算出觀測(cè)時(shí)間間隔、觀測(cè)次數(shù)等。

3.2 變形監(jiān)測(cè)精度要求

由于每個(gè)工程對(duì)精度要求不盡相同，因此在確定監(jiān)測(cè)精度時(shí)要根據(jù)任務(wù)要求來(lái)確定。以二等水準(zhǔn)為例，精度要求有附和或環(huán)線閉合差，測(cè)段線路往返測(cè)高差不符值等要求，精度要求如表3和表4所示。

表1 建筑變形測(cè)量的等級(jí)、精度指標(biāo)及其適用范圍

表2 沉降量觀測(cè)中誤差的要求

表3 測(cè)段線路往返測(cè)高差不符值、附和導(dǎo)線和環(huán)線閉合差以及檢測(cè)已測(cè)測(cè)段高差之差的限差

表4 內(nèi)業(yè)計(jì)算精度要求

4 變形監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

4.1 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

某七層建筑物建設(shè)時(shí)間較久，為了解該建筑物的變形情況，則需要對(duì)該建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿軸線布設(shè)在建筑物的外墻及根基處。

位移監(jiān)測(cè)采用靜態(tài)測(cè)量監(jiān)測(cè)模式，觀測(cè)之后利用精密數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的后處理。靜態(tài)數(shù)據(jù)處理模式是以每一期觀測(cè)數(shù)據(jù)做一次相對(duì)定位，然后通過(guò)計(jì)算兩期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)差來(lái)測(cè)定變形量。根據(jù)兩期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)差,采用統(tǒng)計(jì)檢核的方法來(lái)確定該坐標(biāo)差是否是變形量。利用二等水準(zhǔn)測(cè)量方法，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量將觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行解算，最終整理之后可以得到4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面位移及沉降變化值。

4.2 成果提交

數(shù)據(jù)處理無(wú)誤后，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果及外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)提交。

（1）測(cè)量任務(wù)書(shū)、技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)；

（2）外業(yè)觀測(cè)原始數(shù)據(jù)及各種記錄表；

（3）技術(shù)總結(jié)及成果。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑物變形監(jiān)測(cè)對(duì)于建筑物的安全運(yùn)行有著重要作用。因此，只有合理制定監(jiān)測(cè)方案，采用合適的觀測(cè)儀器和數(shù)據(jù)處理方案，才能提高建筑物監(jiān)測(cè)精度，才能夠更好地為后續(xù)處理提供數(shù)據(jù)支持。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，監(jiān)測(cè)手段朝著智能化、自動(dòng)化方向迅速發(fā)展，為建筑物的監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的支撐。