文物建筑沉降觀測(cè)分析方法探索

陳劍鋒

廈門原正工程檢測(cè)有限公司（361006）

文物觀測(cè)現(xiàn)狀: 文物建筑的沉降觀測(cè)較為復(fù)雜，是房屋鑒定中出現(xiàn)開裂時(shí)用于文物建筑單位進(jìn)行控制病害的一個(gè)很重要的手段，但是文物建筑的沉降觀測(cè)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化的分析模式，暫未出現(xiàn)可以遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)。作為文物單位最為集中的城市北京，2017 年發(fā)布了 DB11/T 1473—2017 《文物建筑安全監(jiān)測(cè)規(guī)范》，針對(duì)磚、石、木等文物建筑單位提出了各種病害的控制要求。沉降觀測(cè)作為控制病害的主要手段，依據(jù)DB11/T 1473—2017《文物建筑安全監(jiān)測(cè)規(guī)范》5.8，監(jiān)測(cè)實(shí)施流程從建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)到檢測(cè)數(shù)據(jù)采集，都有專業(yè)的公司提供全自動(dòng)化服務(wù)，但是在安全狀態(tài)的判定和異常數(shù)據(jù)的原因分析上還沒出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的分析模式，不能很好的利用采集的數(shù)據(jù)達(dá)到控制病害并不斷提高自身控制水平的目標(biāo)，沒法形成有效的監(jiān)測(cè)體系。

沉降數(shù)據(jù)分析方法:文物建筑沉降影響因素眾多主要有:溫濕度、降雨量、地表含水率、蒸發(fā)量、水文地質(zhì)、地表沉降、人群及周邊交通影響等。從原理上合理沉降的數(shù)據(jù)波動(dòng)主要來自于:①資源開采導(dǎo)致的全球性地表下沉；②熱脹冷縮導(dǎo)致的基礎(chǔ)及地下線性收縮膨脹；③地表含水率改變引起的土壤干密度變化帶來的高程變化；④人類日常活動(dòng)影響。為了減少合理沉降等對(duì)數(shù)據(jù)帶來的干擾，宜采用以下幾點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析，以此甄別干擾數(shù)據(jù)。

1）選取沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn):由于文物建筑作為旅游資源之一，受到人群影響較大。 批量游客路過產(chǎn)生的彎沉值對(duì)實(shí)際沉降數(shù)值影響較大。為避免采集到人群及交通干擾比較嚴(yán)重的數(shù)值，沉降觀測(cè)時(shí)間點(diǎn)宜為夜間游客稀少時(shí)段。為了降低溫差引起的地下部分線性收縮膨脹帶來的影響，沉降數(shù)據(jù)的時(shí)間采集點(diǎn)宜每日采集時(shí)間盡量一致。基于以上兩點(diǎn)考慮，沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)采用夜間統(tǒng)一時(shí)間點(diǎn)，文章以每日 0∶00:00 為例。

2）選取數(shù)據(jù)合理區(qū)間:本案例依據(jù)儀器開始使用當(dāng)年，獲取的相對(duì)穩(wěn)定（當(dāng)年無檢修擾動(dòng)，如有應(yīng)剔除）的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，選取了使用期間0∶00:00 采集的數(shù)據(jù)作為樣本庫，以單個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的單日沉降最大值和最小值劃出單個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的當(dāng)日沉降的合理區(qū)間。 通過識(shí)別超出合理區(qū)間的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的成因，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害風(fēng)險(xiǎn)或者儀器故障等非病害原因。

3）選取沉降穩(wěn)定值:文物沉降監(jiān)測(cè)的目的主要是通過監(jiān)測(cè)文物建筑是否繼續(xù)處于沉降穩(wěn)定階段，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)沉降給建筑物帶來的危害以便及時(shí)控制。 本項(xiàng)目監(jiān)控方式采用自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)每日至少自動(dòng)采集一次。 依據(jù)JGJ 8—2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》: 當(dāng)建筑物最后100 d 的最大沉降速率小于0.01 mm/d~0.04 mm/d 時(shí)，可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 本次數(shù)據(jù)分析方案采用按月度分析，以當(dāng)月沉降速率日平均值小于0.04 mm/d 作為建筑物是否處于穩(wěn)定沉降的依據(jù)。

4）篩選異常值:參照二道井子夏家文化遺址案例，其文物保護(hù)要求要求較高，設(shè)計(jì)上為最大地表累計(jì)沉降為30 mm。 文章取文物建筑累計(jì)沉降達(dá)到30 mm 為異常值，且30 mm 的沉降較易配合周邊水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)值及現(xiàn)場(chǎng)痕跡核實(shí)是否為真實(shí)沉降，如短期內(nèi)累計(jì)沉降累計(jì)達(dá)到30 mm，應(yīng)立即核實(shí)是否為真實(shí)沉降。

沉降數(shù)據(jù)分析實(shí)例: 對(duì)原始沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003 進(jìn)行整理并生成圖表。 并且依據(jù)2016 年獲取的0∶00:00 觀測(cè)的已知樣本數(shù)據(jù)，獲取單個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的最大值和最小值作為該點(diǎn)位的歷史上限和歷史下限。 超過上下限的點(diǎn)位劃為警戒點(diǎn)，作為原因分析對(duì)象，當(dāng)日沉降超過30 mm 的列為異常值，應(yīng)做核實(shí)檢修或擾動(dòng)等原因記錄。

鼓浪嶼黃榮遠(yuǎn)堂1-5 號(hào)水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀，11 日數(shù)據(jù)均出現(xiàn)異常。 經(jīng)查，11 日廈門天氣為多云、 溫度16-22 ℃、東風(fēng) 1-2 級(jí)，無地震等災(zāi)害。 11 日的1-5號(hào)水準(zhǔn)點(diǎn)全部超出警戒線與天氣無關(guān)，其中3 號(hào)水準(zhǔn)儀沉降193.628 mm、4 號(hào)水準(zhǔn)儀沉降60.799 mm、5 號(hào)水準(zhǔn)儀沉降55.835 mm，均已超過30 mm。 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看核實(shí)，未出現(xiàn)如此大量沉降的痕跡，核實(shí)為儀器檢修引起，該數(shù)據(jù)作剔除處理。1 號(hào)和2 號(hào)水準(zhǔn)儀11 日沉降量也達(dá)到了警戒點(diǎn)，1 號(hào)為6.582 mm，2 號(hào)為1.173 mm，考慮為擾動(dòng)儀器檢修或擾動(dòng)影響，因沉降值較低，無法通過現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)為異常值，作為可疑數(shù)據(jù)并入數(shù)據(jù)處理。 2 號(hào)水準(zhǔn)點(diǎn)當(dāng)月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，建筑物處于穩(wěn)定沉降狀態(tài)。 1 號(hào)水準(zhǔn)點(diǎn)因?yàn)?1 日數(shù)據(jù)的影響，日均沉降超過0.04 mm/d。 鑒于11 日當(dāng)天有發(fā)生儀器檢修有擾動(dòng)，1 號(hào)水準(zhǔn)點(diǎn)11 日的異常數(shù)據(jù)作為儀器檢修異常剔除后，當(dāng)月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，處于穩(wěn)定沉降狀態(tài)。

表1

沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

總結(jié): 文物沉降觀測(cè)一般是建筑物發(fā)生疑似不均勻沉降引起的開裂采取的病害控制手段。 雖然文物建筑一般年代久遠(yuǎn)，沉降趨穩(wěn)，但是數(shù)據(jù)波動(dòng)比較大，分析起來比較困難，為更好的控制病害，建議如下:①對(duì)于異常值應(yīng)立即核實(shí)，為避免不必要的核實(shí)工作，任何檢修或擾動(dòng)等可追溯的動(dòng)作務(wù)必記錄詳盡，必要時(shí)可增設(shè)攝像頭方便核實(shí)是否有人為擾動(dòng)。 ②對(duì)于警戒值除了極端天氣或地質(zhì)災(zāi)害外，出現(xiàn)警戒值也是不合理的，所以有氣候?yàn)?zāi)害也應(yīng)一并記錄，因?yàn)榫渲荡蟛糠謹(jǐn)?shù)值較低，現(xiàn)場(chǎng)痕跡無從核實(shí)，可用游標(biāo)卡尺等監(jiān)控建筑單位的裂縫擴(kuò)展情況。 ③對(duì)于日均沉降數(shù)據(jù)超出穩(wěn)定值，應(yīng)列為風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)，仔細(xì)監(jiān)控病害發(fā)展，對(duì)于變化比較不明顯的裂紋建議用貼石膏餅法觀測(cè)病害是否繼續(xù)惡化。