建筑物主體傾斜測量方法探討

□鐘文勇

隨著城市化進程的加速，城市中高層建筑物的數量越來越多，建筑物主體傾斜測量作為建筑物變形監測的一部分，其重要性也越來越明顯，高層建筑的傾斜問題，對建筑物危害較大，對建筑物的使用壽命有直接影響。建筑物在施工過程中和使用過程中都會發生幾何變形，包括下沉、位移、傾斜，并可能由此產生裂縫，構件撓曲、扭轉等。不同的建筑物有不同的允許變形值，如果實際變形超過了限值就會危害建筑物的正常使用或者預示建筑物的使用環境產生了某種不正常的變化。為保證工程建筑物在施工、使用和運行中的安全，以及為建筑設計積累資料，必須在建筑物施工過程中及竣工后進行變形觀測。傾斜監測可以為設計和施工部門提供相關的參考數據以便及時采取措施，達到安全施工、杜絕安全隱患的目的。本文結合作者近來完成的一項高層建筑物的監測項目，對建筑物傾斜觀測的全站儀反射鏡片法與傳統的經緯儀正交垂直投點標定法進行了精度分析和探討。

一、建筑物傾斜觀測

(一)曲江明珠城傾斜監測工程概況。該工程為韶關市億華房地產有限公司城西舊城改造項目位于韶關市曲江區馬壩鎮舊城改造項目五號地塊為一幢89.70米高的28層商品樓，地基基礎設計為甲級；該樓位于市中心，周邊建筑物較為密集，四周均為街道；該項目驗收前要求委托第三方進行建筑物的安全監測，其中包括沉降監測和傾斜監測。

(二)項目實施。建筑物產生傾斜的原因之一是地基承載力的不均勻、建筑物體型復雜形成不同荷載及受外力風荷、地震、溫度和地下水位的變化等影響引起建筑物基礎的不均勻沉降；二是建筑本身的自重及荷載等。用測量儀器來測定建筑物的基礎和主體結構傾斜變化的工作，稱為傾斜觀測，傾斜觀測一般是用水準儀、經緯儀、垂球或其他專用儀器來測量建筑物的傾斜度。應測定建筑物頂部觀測點相對于底部觀測點的偏移值，再根據建筑物的高度，計算建筑物主體的傾斜度，即I=tanα=ΔS/H。傾斜測量主要是測定建筑物主體的偏移值ΔS。偏移值ΔS的測定一般采用經緯儀投影法。《建筑變形規范》中規定對建筑物外部進行傾斜測量時，測站點的點位應選在與傾斜方向成正交的方向線上距照準目標1.5～2.0倍目標高度的固定位置，但對該高層建筑物進行傾斜觀測時由于該樓房較高其施工場地受限嚴重，采用吊垂球法難以實施、采用傳統的經緯儀正交垂直投點標定法已很難觀測全面，而使用免棱鏡全站儀進行建筑物傾斜監測的方法也存在監測點位難以統一等問題，精度難以保證。鑒于上述問題，筆者根據實地情況采用全站儀反射鏡片法進行監測，在高層建筑每條邊的相對底部和頂部各一個發射鏡片。

在每一面墻的正對面能看到反射鏡片的任意地方架設全站儀，假設正對樓房的反方向為北方向，然后照準每一個反射片用極坐標法對每一條邊的底部和頂部反射片進行坐標點的采集，采集得到1#點底部坐標為X=1093.245,Y=2023.880，H=112.505，頂部坐標為X=1093.310,Y=2023.865，H=188.485；2#點底部坐標為X=785.270,Y=1910.620，H=113.035，頂部坐標為X=785.250,Y=1910.610，H=186.770；3#點底部坐標為X=900.730,Y=1867.160，H=135.360，頂部坐標為X=900.755,Y=1867.195，H=188.150；4#點底部坐標為X=937.400,Y=1880.935，H=108.120，頂部坐標為X=937.415,Y=1880.920H=188.210。

利用經緯儀正交垂直投點標定法。由于該建筑物較高，施工場地受限嚴重，難以找到兩個相互垂直的方向進行建筑物的傾斜觀測，即使能找到，通常也難以做到嚴格垂直，采用經緯儀正交垂直投點標定法很難每邊觀測完整，因此根據實地情況只能該樓房1#，4#兩邊進行數據的采集，在每一條邊的兩個垂直方向架設經緯儀，利用經緯儀可以直接測出建筑物的傾斜度，其原理是用經緯儀測出建筑物頂部的傾斜位移值，則可計算出建筑物的傾斜度。

利用此方法采集的角度值、和高度值如下：1#(東)起點為0°00′00″，止點為359°59′55″，高度76米；1#(南)起點為0°00′00″，止點為359°59′42″，高度76米；2#(東)起點為0°00′00″，止點為0°00′05″，高度70米；2#(北)起點為0°00′00″，止點為0°00′04″，高度70米。

二、建筑物測量精度對比

(一)全站儀反射鏡片法。利用簡單的計算公式:①位移量=A2-A1②傾斜量=SQRT(△X+△Y)③傾斜率=傾斜量/計算高度。

(二)經緯儀正交垂直投點標定法。由于不能每邊都采集到應有的數據，只能對采集到的兩邊進行數據分析。通過已知角度α和高度H計算位移量和傾斜量，利用公式I=tgα=ΔS/H最終計算結果如下：1#(東)弧度為6.283161，位移量為18mm；1#(南)弧度為6.283098，位移量為66mm由此可以計算出1#點的傾斜量為68.4mm，傾斜率為0.88‰；2#(東)弧度為0.000024，位移量為17mm；2#(北)弧度為0.000019，位移量為14mm，此可以計算出2#點的傾斜量為22mm，傾斜率為0.30‰。各規范建筑變形允許值如下：其中規范JGJ125-99規定傾斜率小于1%，GB50204-2002規定垂直度H/1000且≤30mm建筑觀測的精度要求取決于該工程建筑預計的允許變形值的大小和進行觀測的目的。若為建筑物的安全監測，其觀測中誤差應小于允許變形值的1/10-1/20;若是為了研究建筑物的變形過程和規律，則其中誤差應比這個數少得多，即精度要求要高得多。通常“以當時能達到的最高精度為標準進行觀測”所以建筑變形規范規定：建筑頂部的水平位移、工程設施的整體垂直撓曲、全高垂直度偏差、工程設施水平軸線偏差等建筑的整體變形的的測定中誤差，不應超過其變形允許值分量的1/10即為1‰，從兩表的數據作對比可以看出采用兩種方法觀測到的數據得到的傾斜量均一樣：1#邊為0.88‰,、4#邊為0.30‰，觀測精度均滿足規范要求，兩種觀測方法所產生的誤差可以忽略不計，從計算結果可以看出整棟建筑物的變形值在正常范圍內，均能滿足各規范規定的變形允許值。

三、結語

研究結果顯示采用全站儀反射鏡片法與傳統的建筑物傾斜觀測方法相比，該方法在保證測量精度的同時，能夠較快完成高層建筑物主體傾斜監測工作，同時最大程度的解決建筑場地狹小無法完成正交垂直投點標定法傾斜測量等問題、靈活性強，受場地限制較少，觀測的工作量也比傳統方法顯著減少，完成數據采集后通過簡單計算公式便可得出傾斜率，具有極大的優越性。