淺談工程建筑物變形觀測點的布設

符海鷗，覃文柱

（四川省核工業地質調查院，成都 610000）

淺談工程建筑物變形觀測點的布設

符海鷗，覃文柱

（四川省核工業地質調查院，成都 610000）

工程建筑物變形觀測是指對工程建筑物由于某種原因而產生的形狀、大小和位置等方面的變形所進行的觀測和分析的過程，是保證工程建筑物安全的重要手段。本文就工程建筑物變形觀測點的布設原則以及對不同工程建筑物如何進行變形觀測點的布設做簡要闡述。

布設；變形；觀測點；工程建筑物

變形觀測是指定期對變形體的有關幾何量進行測量，并從測量結果中整理.分析出變形規律的過程。其基本原理是：在變形體上選擇一定數量的有代表性的點，通過對這些點的重復觀測來求出幾何量的變化。我們把這種位于變形體上的具有代表性的點稱為“觀測點”或簡稱為“測點”。由于測點的位置是變化的，為了求出這種變化，從理論上講，還必須一定數量的位置固定或變化甚小的點，我們稱之為“基準點”或簡稱為“基點”。有時，由于實際工作的原因，直接利用基點是困難的或不合理的。此時，我們還要利用一些介于測點和基點之間的過渡點，即所謂的“工作基點”。一般地，我們把由基點.工作基點.測點構成的觀測系統稱這為“變形觀測系統”。下面就工程建筑物變形觀測點的布設原則及不同工程建筑物變形觀測點的布設方法做簡要闡述。

1 工程建筑物變形觀測點的布設原則

變形觀測點是直接布設在工程建筑物即所謂的變形體上，用以測定變形體變形值的點。在整個觀測與分析過程中，測點的位置變化被看成是工程建筑物形變的理所當然的反映，特別是在分析過程中，我們將從測點的變化來歸納出變形體整體形變的規律。因此，可以說測點與變形體的關系如同樣本與母體的關系。對測點的觀測實質上是對變形體（母體）的一次抽樣。在統計理論中，對于樣本的最基本的要求是它應具有充分的代表性。具體到測點布設，這種代表性體現在以下三個方面，這三個方面也正是測點布設時應遵循的最基本的原則：

1）有足夠的點數；

2）應考慮特征點（即能控制整個建筑物變化的點和關鍵部位上的點）；

3）應與變形體緊密結合在一起。

以上這些原則為基礎，再結合不同建筑物的具體情況進行具體分析，并與工程設計人員密切配合，方可設計出合理的布點方案。

2 不同工程建筑物變形觀測點的布設

2.1 工業與民用建筑物變形觀測點的布設

工業與民用建筑物的變形觀測的主要內容是基礎的沉陷觀測。對于高層建筑物則輔以傾斜觀測與風振觀測。對于重要的工業設備，有時也要求進行垂直位移和水平位移觀測。

關于基礎沉陷觀測點的布設方案，通常由設計部門提出要求，由設計人員和測量人員共同研究后確定。布設時，一方面要有足夠的密度，以便反映出整個基礎的沉陷情況，并繪出等沉陷曲線圖；另一方面，也應盡量減少不必要的測點，以避免不必要的人力.物力的浪費。在確定沉陷點的布設方案時，還應考慮建筑物的規模.形式.結構特征以及建筑場地的工程地質.水文地質等條件，分析可能引起沉陷的因素及沉陷關鍵部位，在相應部位上布設測點。另外，還應注意：測點應在施工過程中埋設，且應牢固地與建筑物結合在一起。埋設時，還應考慮點的安全性，盡量保證在整個觀測過程中不受損壞。

對于民用建筑物， 通常在它的四角點.中點.轉角處布置觀測點。沿建筑物的周邊每隔10~20m 布置一個觀測點，設置有沉降縫的建筑物，或者在新建與原有建筑物的連接處，在其兩側或伸縮縫的任一側布置觀測點；對于寬度大于15m 的建筑物，在其內部有承重墻或支柱時，應盡可能布置觀測點。為了查明基礎縱橫方向的彎曲和曲折，在其縱橫軸線上也應埋設觀測點。

對于一般的工業建筑物來說，除了在柱子基礎上布設觀測點之外，在主要設備基礎的四周，以及動荷載四周和地質條件不良之處也要布置觀測點。

對于高層建筑物而言，由于它層次多，荷載大，重心高，基礎深，因此變形觀測的作用也特別顯著。由于高層建筑物的上述特點，在觀測過程中除了進行基礎沉降觀測之外，還要進行建筑物上部的傾斜與風振觀測。為了觀測基坑開挖過程中地基的回彈現象，在施工之前還應布設地基回彈觀測點。布點時應以點數最少而又能測出需要的地基縱橫斷面的回彈量為原則。一般是在建筑物的縱橫軸線上布設觀測點。

為了研究土層壓實的情況，應布設分層沉降觀測點，布點時，最好是布設在基礎中心線上，條件不允許時，也可以布設在基坑邊緣。分層沉降觀測點埋設的最大深度應達到理論計算的受壓層的底部，其余各層觀測點的深度和數量應根據土層和應力大小而定。

2.2 混凝土重力壩變形觀測點的布設

混凝土重力壩變形觀測主要包括垂直位移觀測（基礎沉陷.壩體在垂直方向上的伸縮）.水平位移觀測.壩體傾斜觀測及撓度觀測等。在壩體垂直位移觀測中，主要是基礎沉陷觀測。根據大壩基礎的地質條件.壩體結構.內部應力的分布情況以及觀測便利等因素來考慮，將基礎沉陷觀測點布設在基礎廊道的中心線與每個壩段中心線的交點處。原則上每壩段布設一點。對于重點壩段（壩體較高.地質條件不良）除了地基礎廊道內每壩段增設一個觀測點外，還應在橫向廊道內增設一些觀測點，這些點一方面用于測量基礎的沉陷，另一方面還可用于計算基礎的傾斜（轉動）。為了測定壩體本身在垂直方向的伸縮，還應平行于壩軸方向在壩頂下游壩肩及壩趾處布設若干觀測點。

混凝土壩的水平位移觀測包括如下內容：

1）大致在同一高程面上的不同點位在垂直于壩的縱向軸線方向的水平位移。一般用基準線法進行觀測。此時可在壩頂或縱向廊道內布設一定數量的基準線。

2）在同一鉛垂線上不同高程處的水平位移。一般是在大壩的垂直廊道內布設正垂線用坐標儀進行測量。

3）任一點在任一方向上的水平位移。可用導線法或前方交會法測定。此時可將觀測點布設在基礎較差.構造單簿的壩段。通常將其埋設在壩下游背水面的不同高程處。所有的水平位移觀測點均可作為垂直位移觀測點。

2.3 土石壩變形觀測點的布設

土石壩的結構比混凝土重力壩簡單，變形觀測的主要內容為垂直位移觀測和水平位移觀測。其觀測點的布設原則是：應該具有代表性且能控制壩體的主要變形情況。觀測點一般布設在壩面上。例如： 最大壩高處.合攏段.泄水底孔處.閘門處.壩基地質不良以及壩底地形變化較大之處。同時，為了了解整個壩體變形的全貌，在其它地段也應布點。布點時可沿壩軸線方向以河床中心最大壩高處為起點成斷面狀向兩端布設。橫斷面間距一般為40~80m，對于橫斷面形狀基本相同而基礎又沒有多大變化的長壩，間距可以適當加大。但觀測橫斷面的數量不能太少，以免繪制等沉陷圖時產生困難。在土石壩的橫斷面上，一般可平行于壩軸線方向布設4~5條觀測斷面。各斷面上的觀測點應該在平行于壩軸線的同一直線上。

對于土石壩而言，垂直位移和水平位移的觀測標志通常設在同一觀測點上。也就是說，垂直位移觀測點一般也是水平位移觀測點。實際當中，為了施工的方便，土石壩一般不設觀測廊道，所以觀測點均布設在壩面上。

2.4 綜述

通過以上方法布設觀測點后，如果能測出這些觀測點的坐標變化，就可求提所需要的變形值，以進一步分析建筑物的變形狀況。然而，要求得上述觀測點的坐標變化，必需要有一些固（穩）定（或相對固定）基準點，也即必須有一些固定的點來作為測量分析的依據。否則，若沒有足夠的固定點作為基準，測出的位移將只是相對的，有時甚至是沒有意義的。

由此可見，選擇基準點的關鍵是要求其“固定”，即它本身沒有位移。對此可作如下分析：工程建筑物興建后，其周圍地區的受力情況是：隨著離開它的水平距離和垂直距離（深度）的改變而變化。離開建筑物越遠，深度越大，地基受力就越小，直至一定的范圍之外，這種影響完全消失。因此，從理論上講，由工程建筑物的興建而產生的變形（體）是有一定范圍的。只要將其基準點選擇在這種范圍之外，即可滿足固定的要求。由此可見，布設基準點可選擇如下兩個方法：一是遠設（在水平方向上設在變形體外）；二是深埋（在垂直方向上設在變形體之外）。然而在實際工作中，這兩個方法是難以實現的，或者說即使是能實現也是不盡合理的。這是因為：如果采用遠設的方法，就會使觀測路線增長或網的規模加大。這就起碼會帶來兩個方面的不利影響：一是加大了每期觀測的工作量；二是擴大了誤差的累積效應。這兩個方面的不利影響對于變形觀測來說是致命的。因為變形觀測的基本特點是重復觀測和精度要求高。因此，不考慮具體的工作情況，片面地追求遠設和深埋是不現實的。在變形觀測的實踐中，對于變形體范圍不大的場合（例如一般的工.民用建筑物），采用深埋和遠設的方法是可行的，因為此時的遠設也不是很遠，深埋也不至于太深。而對于變形體范圍A 大的情況（例如大型水利工程），采用遠設和深埋就不太合適了。此時，應采用變通的方法，在觀測點與基準點之間增加工作基點作為一種過渡來解決上述問題。

對于工作基點的要求是：變形速度小，且與觀測點之間的距離較近。這樣，實際工作時，可以用工作基點作為過渡性的基點來測定觀測點相對于工作基點的位移，稱之為“測點觀測”，再利用固定基點來測定工作基點相對于固定基點的位移，稱之為“基點觀測”。計算時，利用基點觀測的成果對測點觀測的成果加以改正，最終就能求出觀測點相對于固定基點的位移。

[1] 李青岳. 工程測量學[M]. 北京: 測繪出版社, 1984, 1.

[2] 張培基. 水壩變形觀測[M]. 北京: 測繪出版社, 1981, 1.

[3] 城鄉建設環境保護部. 全球定位系統城市測量技術規程(CJJ73-97) [S]. 1997.

On Point Location for Deformation Observation of Engineering Buildings

FU Hai-ou QIN Wen-zhu
（Sichuan Institute of Geological Survey for Nuclear Industry, Chengdu 610061）

Deformation observation of engineering buildings refers to observation of such deformation as variation in shape, size and location engineering buildings resulting from any reason. This paper has a discussion on principle of point location for the deformation observation.

location; observation point; deformation; engineering building

TU 317

A

1006-0995（2014）01-0095-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.022

2012-10-29

符海鷗（1983～），男，湖南懷化人，工程師，主要從事測量及其相關工作