工業或民用建筑物靜態變形監測方案總體設計

王玉才

（神華寧煤集團物業服務分公司工程管理部 寧夏 銀川 750011）

0 引言

建筑物變形監測的直接目的之一就是對建筑物的運營狀態進行安全監控、評價和預報。從20世紀90年代以來，建筑物變形監測手段的硬件和軟件迅速發展，監測范圍不斷擴大，監測自動化系統、數據處理和資料分析系統、安全預報及分析評價系統也在不斷的完善。

1 觀測精度的確定

建筑物變形量應能確切反映建筑物、構筑物及其地基的實際變形情況或變形趨勢，并以此作為確定監測方案和檢驗成果質量的基本要求。由于觀測精度直接影響到觀測成果的可靠性，同時也受到觀測方法和儀器設備等的影響，因此，確定合理的測量精度是變形監測方案設計的重要內容。國內外對變形監測的精度要求還存在不同看法，但可以確定的是，變形監測的精度取決于觀測的目的。

對于不同的建筑物，其變形監測的精度要求差別比較大，同一建筑物的不同部位在不同時間對觀測精度的要求也有可能是不同的。變形監測采用哪個等級，主要按下列方法確定:

（1）以建筑物階段平均變形量為依據；

（2）以某些固定值為依據；

（3）以建筑物最小變形值為依據；

（4）以預估變形量或變形速度為依據；

（5）以地基允許變形值為依據。

在實際監測中，通常根據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計單位給定的或者由相應的建筑規范規定的。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——基礎某點沉降大小，一般指基礎中心的沉降量；

沉降差——基礎上任意兩點沉降量之差，一般指相鄰兩單獨基礎的沉降量之差；

傾斜——基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；

局部傾斜——砌體承重結構沿縱向6~8米內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。

2 觀測點位的布設

變形觀測點包括基準點和監測點，基準點分為穩定基準點和工作基點，它們在監測中各自作用不同?；鶞庶c的布設主要考慮穩定性，不受干擾，且要考慮測量技術，一般埋設在變形影響范圍以外或基巖上，基準點埋設過遠，則測量工作不方便，觀測誤差大，埋設近了，有可能不穩定。所以，一般在基準點和監測點之間加設工作基點。同時要在基準點周圍設置保護點，當基準點受到破壞時可用保護點來恢復，平時則可以用于檢核基準點。由基準點和工作基點構成變形監測網，既保證了基準的穩定性，又方便了測量工作。

基準點的布設主要考慮測量工作的需要，而監測點的布設則需要與其它學科相結合。總的說來，監測點的位置必須布設在能夠反映建筑物變形特征和變形明顯部位。實踐表明，監測點一般布設在如下位置：

（1）基礎類型、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；

（3）建筑物角點、中點處，且每邊不少于3個監測點；

（4）圓形、多邊形建筑物縱橫軸線對稱處；

（5）工業廠房獨立柱基礎。

3 觀測周期的確定

建筑物變形是一個漸變過程，是時間的函數，而且變形速度不均勻，但變形觀測次數是有限的，因此，合理的選擇連續觀測的周期，對于正確分析變形結果是確保建筑物自身安全很重要的。變形觀測從建筑物施工開始，到停止使用結束，貫穿整個過程，相鄰兩次變形觀測的時間間隔就是一個觀測周期。確定變形觀測周期的基本原則為:根據建筑物的特征、變形速率、觀測精度要求和工程地質條件及施工過程等因數綜合考慮。

對于沉降觀測，從分析變形過程出發，變形速度值比變形絕對值具有更重要的意義。基于這一點，其周期可用以下經驗公式來確定:

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

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

對于傾斜觀測，建筑物主體傾斜觀測的周期，可視傾斜速度每1-3個月觀測一次，若由于基礎附近大量堆放或卸載等導致傾斜速度加快時，應及時增加觀測次數。施工期間的觀測可與建筑物的沉降觀測同時協調進行，這樣就為分析建筑物的變形、評價建筑物的安全性提供了更加完備的資料，分析結果也更真實可靠。另外，考慮到溫度與風荷載對高層建筑物變形的影響較大，故在傾斜觀測時應避開強日照和風荷載較大的時間段，以免使測量誤差過大而影響觀測分析結果的真實性可靠性。水平位移觀測的周期，對于不良地基土地區的觀測，亦可與沉降觀測協調考慮確定。

4 靜態變形監測常用方法

變形監測目的是為了實時的了解建筑物的變形情況，確保建筑物的安全使用，就靜態變形監測而言，監測的主要內容包括:沉降觀測、傾斜觀測、水平位移觀測和裂縫觀測。監測方法包括常規地面測量方法、近景攝影測量以及特定條件下采取一些特殊的測量方法。

沉降觀測常用水準測量的方法，也可以采用液體靜力水準測量的方法。一般高層建筑物和深基坑開挖的沉降觀測，通常用精密水準儀，按國家二等水準技術要求施測，將觀測點布設成閉合環或附合水準路線聯測到水準基點上。采用水準測量進行變形監測，必須做到固定觀測時間、固定觀測路線、固定觀測人員、固定觀測儀器。由于現場條件限制，變形觀測時很難做到前后視距離相等，在每次觀測前，必須對儀器進行檢驗校正，特別是對儀器i角誤差和調焦誤差進行檢驗。

傾斜觀測方法比較多，對于基坑監測，常采用鉆孔測斜儀對支護樁進行傾斜觀測。對于建筑物上部的傾斜觀測，傳統的測量方法包括經緯儀投點法、全站儀坐標測量法等，在實際工程中常采用回歸平面法。回歸平面法通過測量建筑物上各點監測點的沉降量 Zi，結合監測點的平面坐標（Xi，Yi），采用最小二乘法可以擬合出一個建筑物沉降量的回歸平面:

根據建筑物基礎傾斜a（單位:‰）計算公式:

式中:Si為基礎傾斜方向端點i沉降量，mm;Sj為基礎傾斜方向端點j的沉降量，mm;L為基礎兩端點的距離，m。

可以得出:式（2）中系數a即為建筑物在X軸方向上的基礎傾斜率，系數b即為建筑物在Y方向上的基礎傾斜率。而基礎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，只須對監測點進行沉降觀測，而不必專門進行傾斜觀測就可以確定建筑物在相應方向上的傾斜率。

5 結束語

總之，建筑物變形觀測簡便、精度高，能直觀地、及時地掌握建筑物性態的變化，許多建筑物在出現危險之前都常常發生較大的變形。因而，分析建筑物變形規律、對建筑物的變化趨勢進行有效預測對建筑物安全監控、確保建筑物安全運營具有重要意義。

［1］吳子安.工程建筑物變性監測數據處理[M].北京:測繪出版社，1989.

［2］陳永奇.變形觀測數據處理[M].北京:測繪出版社，1988.