大型建筑物變形監(jiān)測(cè)方法研究

夏偉　辛文鵬　方京

【摘 要】本文將大型建筑物變形監(jiān)測(cè)分為地基基礎(chǔ)和地面上部主體兩個(gè)階段，從理論上闡述兩個(gè)階段監(jiān)測(cè)工作的特點(diǎn)。以地基基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)為主，選取廣濟(jì)醫(yī)院基坑為案例分析，進(jìn)行技術(shù)方案設(shè)計(jì)，提出從監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級(jí)來(lái)布網(wǎng)的觀測(cè)方案；驗(yàn)證平差控制網(wǎng)是否符合要求；整理分析各項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，該基坑周期內(nèi)變形趨勢(shì)穩(wěn)定，整個(gè)基坑總體運(yùn)行安全。

【關(guān)鍵詞】建筑物；變形監(jiān)測(cè)；基坑監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)方法

中圖分類(lèi)號(hào)： TU196.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0171-002

0 緒論

變形監(jiān)測(cè)是在一定時(shí)間段內(nèi)通過(guò)測(cè)量被研究對(duì)象的自身形變程度和速率及其所在位置的變化特點(diǎn)和規(guī)律；其貫穿于工程施工建設(shè)和營(yíng)運(yùn)整個(gè)過(guò)程。

建筑物變形產(chǎn)生的主要因素有：（1）地基基礎(chǔ)的原因：例如地基巖土不均勻、土壤物理性質(zhì)不同、軟土塑性變形等；（2）建筑周?chē)h(huán)境的原因：例如地下水位變化、氣溫濕度變化等；（3）建筑在勘察設(shè)計(jì)施工作中存在缺陷引起的變形；（4）外力的原因：風(fēng)振地震等影響，工程建設(shè)的實(shí)踐表明，為了保證工程建筑物的安全防止工程事故發(fā)生，需要在工程建設(shè)的全過(guò)程中采用合理有效的方案對(duì)建筑物進(jìn)行不斷地監(jiān)測(cè)，整理歸納觀測(cè)數(shù)據(jù)，獲取工程建筑物變形情況和規(guī)律，分析變形原因和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行。

1 研究理論

大型建筑物的施工階段性決定了其變形監(jiān)測(cè)分為兩個(gè)階段：（1）大型建筑物地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)（2）大型建筑物地面上部主體變形監(jiān)測(cè)。

1.1 地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)

大型建筑物地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)首要指基坑變形觀測(cè)，常規(guī)的主要監(jiān)測(cè)方面有：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑主體豎向位移監(jiān)測(cè)、坑內(nèi)外水位觀測(cè)、基坑回彈測(cè)量、地基分層沉降測(cè)量等。以上幾種觀測(cè)方面中，位移觀測(cè)是所有測(cè)項(xiàng)中的主要手段但是又以豎向方向的觀測(cè)為主。為了提高監(jiān)測(cè)精度，布置一個(gè)可靠的控制網(wǎng)是所有建筑變形觀測(cè)的核心測(cè)量工作。

對(duì)于任一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，首先檢查勘測(cè)建筑場(chǎng)地的工程概況和周邊環(huán)境，確定所建建筑等級(jí)和精度，按照規(guī)范要求選取適當(dāng)方法布設(shè)有效的控制網(wǎng)并優(yōu)化網(wǎng)形和點(diǎn)位。埋設(shè)控制點(diǎn)時(shí)要將其放置在建筑周邊便于觀測(cè)和保存的位置，必須要求控制點(diǎn)要有很高的穩(wěn)定性，這樣既可以用來(lái)直接測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的移動(dòng)和變化，也方便后續(xù)建筑主體建設(shè)時(shí)對(duì)其進(jìn)行變形觀測(cè)提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)基礎(chǔ)。

1.2 地面上部主體變形監(jiān)測(cè)

大型建筑物上部主體變形監(jiān)測(cè)與地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)有所區(qū)別，主要在于它們觀測(cè)內(nèi)容不盡相同，地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)各項(xiàng)目中大多以豎向方向觀測(cè)為主，而上部主體監(jiān)測(cè)主要以水平方向觀測(cè)為主，并且增加了對(duì)建筑物裂縫、扭轉(zhuǎn)、傾斜和振動(dòng)等觀測(cè)；除此之外大型建筑物上部主體變形監(jiān)測(cè)手段更加豐富多種觀測(cè)技術(shù)綜合應(yīng)用。

其工作方法是先根據(jù)建筑物形狀規(guī)模等級(jí)在建筑物上選取好監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在整個(gè)建筑外圍穩(wěn)定區(qū)域建立控制網(wǎng)，這個(gè)控制網(wǎng)的等級(jí)精度根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位誤差和精度來(lái)確定，其目的是用來(lái)檢驗(yàn)工作基點(diǎn)的可靠性，確保基點(diǎn)的穩(wěn)固性，當(dāng)控制網(wǎng)平差檢驗(yàn)合格時(shí)，便可以在基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)站觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。根據(jù)網(wǎng)形和精度要求采用合適的方法觀測(cè)周期內(nèi)點(diǎn)位移動(dòng)狀況，主要使用前方交會(huì)法；由于大型復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)中存在著特殊的位置，采用普通的幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法不能滿(mǎn)足要求，可根據(jù)其點(diǎn)位位置使用引線法進(jìn)行觀測(cè)。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 監(jiān)測(cè)方法

表1 建筑變形測(cè)量精度要求表

大型建筑物變形監(jiān)測(cè)實(shí)際操作時(shí)設(shè)計(jì)項(xiàng)目眾多內(nèi)容豐富，主要包括有：基坑回彈測(cè)量、地基沉降觀測(cè)、建筑物沉降監(jiān)測(cè)、水平位移觀測(cè)、傾斜觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、撓度觀測(cè)和振動(dòng)觀測(cè)。

2.2 精度與頻率

2.2.1 監(jiān)測(cè)精度確定

變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度由建筑物工程概況和其等級(jí)確定。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》，具體要求見(jiàn)下表1規(guī)定。

2.2.2 監(jiān)測(cè)頻率確定

變形監(jiān)測(cè)的所采用頻率的大小受多種因素的影響，如形變速度、大小、和監(jiān)測(cè)對(duì)象等。在實(shí)際測(cè)量中也可以根據(jù)監(jiān)測(cè)量的形變速率來(lái)設(shè)定采用的頻率大小；一般當(dāng)變形值變化速率較大的時(shí)候需要增大頻率防止形變超限引發(fā)事故，當(dāng)變形值在一定時(shí)間內(nèi)變化速率較小無(wú)明顯波動(dòng)時(shí)，我們可以適當(dāng)減小觀測(cè)頻率仍可以保持監(jiān)測(cè)信息的可靠性。一般在建筑物剛開(kāi)始建成的時(shí)候，墻體和基礎(chǔ)凝固程度不高，容易引起形變而且變化速度較快，其走勢(shì)和規(guī)律難以把握。此時(shí)需要加大觀測(cè)頻率。隨著時(shí)間推移建筑物逐漸成型變形趨勢(shì)穩(wěn)定下來(lái)后，此時(shí)可以適當(dāng)減少觀測(cè)次數(shù)，堅(jiān)持定期觀測(cè)。

3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

該控制網(wǎng)經(jīng)平差后其高程閉合差小于二等水準(zhǔn)閉合差的限差要求；反向分配閉合差根據(jù)假設(shè)已知的的BM4高程（3.000m）可以推算出其余三個(gè)控制點(diǎn)的高程。

導(dǎo)線總長(zhǎng)799m導(dǎo)線平均邊長(zhǎng)134m，角度閉合差-9.8″小于其限差±40√7 ″（±105.8″），導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差為66797.45643，根據(jù)導(dǎo)線網(wǎng)平差計(jì)算數(shù)據(jù)與《建筑變形測(cè)量規(guī)范》導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求（表4.6）相比較，廣濟(jì)醫(yī)院基坑水平控制網(wǎng)等級(jí)滿(mǎn)足二級(jí)導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)。

表2 導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求表

綜合上述數(shù)據(jù)計(jì)算，該基坑水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)均達(dá)到各自要求標(biāo)準(zhǔn)，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級(jí)所布設(shè)的二級(jí)控制網(wǎng)經(jīng)檢驗(yàn)符合要求，可以用來(lái)在控制點(diǎn)上架設(shè)儀器對(duì)基坑周邊所布設(shè)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平和豎向位移進(jìn)行觀測(cè)。

4 變形數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測(cè)工作歷時(shí)7個(gè)月，共整理113期監(jiān)測(cè)報(bào)表，由于數(shù)據(jù)龐大多而繁瑣，于是便對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)繪制成曲線圖，以時(shí)間為橫軸，各項(xiàng)變形觀測(cè)量的累積變化值為縱軸，以坡頂水平位移為例分析：

圖1得出，隨著基坑開(kāi)挖的進(jìn)程，大量土方不斷從坑內(nèi)挖走，坡頂水平位移向基坑內(nèi)側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)，并且位移量在逐漸增大，底板施工結(jié)束后水平位移量基本趨于穩(wěn)定值不再有較大或明顯波動(dòng)，由于2015年3月20日東南側(cè)邊坡發(fā)生坍塌、滑坡，使得該位置處的大多數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化速率較大，尤其是監(jiān)測(cè)點(diǎn)P21水平位移累計(jì)值有明顯波動(dòng)趨勢(shì)較陡超出報(bào)警值（42mm），2015年3月26日后水平位移基本趨于穩(wěn)定，最大水平位移53.8mm，P20和P22水平位移累計(jì)值雖然未達(dá)到報(bào)警值，但相當(dāng)變化量均接近40mm，針對(duì)坡頂水平位移超出報(bào)警值，此時(shí)加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域的跟蹤監(jiān)測(cè)，并專(zhuān)人專(zhuān)項(xiàng)加大對(duì)此點(diǎn)的觀測(cè)頻率以防止緊急事故發(fā)生，采取及時(shí)有效預(yù)警措施，在后續(xù)的監(jiān)測(cè)中，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化幅度平緩走趨于穩(wěn)定；其他各點(diǎn)累計(jì)水平位移變化較小未達(dá)到報(bào)警值。

從以上各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的累計(jì)變化曲線可以看出，除前期個(gè)別坡頂位移超出報(bào)警值外，其他各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化曲線均較為平緩沒(méi)有突變數(shù)據(jù)產(chǎn)生，未出現(xiàn)變形數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值的情況；后期的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的觀測(cè)值變化平穩(wěn)，無(wú)明顯波動(dòng)均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)安全處于可控狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

大型建筑物樓層高、地基深、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其工程建設(shè)中對(duì)建筑物要求精度高不允許出現(xiàn)差錯(cuò)，整個(gè)階段需要進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。本文分析介紹大型建筑物變形監(jiān)測(cè)的主要理論和內(nèi)容，提出了由監(jiān)測(cè)點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級(jí)的技術(shù)方案，結(jié)合工程概況確定建筑等級(jí)，根據(jù)建筑變形監(jiān)測(cè)規(guī)范，明確此建筑各項(xiàng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的精度、周期和頻率，以規(guī)范已知的限差要求反推在基坑外圍所需要布置控制網(wǎng)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的精度要求。用推算出來(lái)的控制網(wǎng)觀測(cè)平差計(jì)算，驗(yàn)證網(wǎng)是否符合要求，當(dāng)滿(mǎn)足建筑等級(jí)精度要求時(shí)，再在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)儀器對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。這樣的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)和控制網(wǎng)相互限制，能夠快速高效地達(dá)到精度要求。

【參考文獻(xiàn)】

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