試論變形觀測在建筑工程中的實施應用

方 杰

(四川省建筑科學研究院有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

在社會發展的進程中，我國相繼了很多工程項目，主要有以下類型：①水利工程建筑物；②工業生產和交通運輸應用性建筑物；③城市高層建筑物；④地下應用性空間工程項目，同時在以上工程形態的建設施工期間主動引進了與之相匹配的設備儀器，所以加大變形觀測工作開展的力度，對充分保障人民生產生活實踐活動的健康發展有著十分重要的意義。

1 建筑工程變形觀測的概述

建筑工程建設過程中，受到地理條件和外界環境影響，建筑會產生一定的變形，包括地質條件、土壤、地下水位等因素，當建筑產生了垂直或者傾斜等情況的時候，擴大到相應的范圍會影響建筑的功能，甚至造成安全問題。因此，進行變形觀測工作能夠了解到建筑的變形情況，掌握其規律，同時能夠使建筑的設計以及措施制定提供相應的參考依據。通常，建筑的變形觀測中有三種特點：①觀測的精度高，對于精度的要求取決于允許變形值及觀測的目的；②觀測量大，變形觀測中應考慮到變形的時間效應，根據一定的時間周期來進行多次觀測；③觀測的處理嚴格，應采用嚴謹的方式進行處理。

建筑工程變形觀測具有以下作用：首先是對建筑的安全性進行預報，其次是對建筑的整體情況進行科學評價，最后是驗證施工的質量。變形觀測可使建筑的使用得到保障，為建筑的安全性要求提供了參考的依據。當建筑的變形超出了合理的范圍時，會使建筑產生開裂或者傾斜等問題，造成不良的后果，產生嚴重損失。因此，建筑工程變形觀測在工程的建設和修復等過程中發揮了重要的作用。

2 建筑工程變形觀測的內容

當前建筑工程變形觀測中包含內容較多。首先是基礎沉降的觀測，在觀測中需要對建筑基礎進行垂直方向上的觀測，借助精密的水準測量對觀測點進行周期性測量，相鄰兩期的高程差值即為沉降量。水平位移觀測指的是對受到影響的建筑以及工程設置進行相應平面上的觀測。通常來說，需要結合建筑的情況來布置基準線或者位移監測控制網。采用基準線法的時候應結合基線建立方式來進行觀測作業。之后是傾斜觀測，即觀測的建筑的傾斜度，通常需要對建筑上層相對下層的高差與水平位移數值測量出來，計算出傾斜度。使用建筑物軸線投測方式能夠明確水平位移。最后是裂縫的觀測，在發現了建筑的裂縫后，應對每個裂縫的位置、走向以及深度等進行觀測，還應將編號記錄做好。另外，包括撓度觀測、風振變形觀測以及日照變形觀測等。

3 工程建筑物發生變形現象的主要原因

1)自然條件及其變化，由以下原因引起的變形：①工程地質情況；②土壤的物理性質；③大氣溫度；④水文地質等?；A的地質條件存在一定的區別，有的處于穩定狀態，而有的處于不穩定狀態，這樣隨著時間的流逝就會發生不均勻沉降的情況，繼而增加建筑物傾斜情況發生的概率，嚴重時還會發生倒塌的情況；針對在土基上面的建筑物來說，土基的塑性變化也會發生沉降情況。

2)和建筑物自身有關的原因，由以下幾點引起的變形：①建筑物自身的荷重；②建筑物的結構；③建筑物的形式；④建筑物動荷載的作用。

對上述內容進行深度剖析之后，可以得知：這些變形的原因是密切相連的。因為隨著建筑物的大量建設，在無形當中改變了地面原有狀態，使建筑物的地基增添了與之相匹配的外力，這樣就會增加變形情況發生的概率。而對于建筑物自身及其基礎而言，也會在很大程度上因為地基變形亦或是其他荷載力的不斷增加而發生變形的情況。結合相關調查研究可知，建筑物變形主要分為：靜態變形和動態變形。靜態變形實際上是指變形觀測的結果僅僅代表一段時期之內的變形，可表示為時間的函數。動態變形指的是外力作用下的變形，以外力為函數表示動態系統對時間的變化。因此，動態變形的觀測結果是建筑在某個時刻的瞬時變形，可結合建筑變形觀測中的沉降量以及速度來判斷其是何種變形。

4 變形觀測在建筑工程中的實施應用

4.1 變形觀測的方法

變形觀測方式主要有：①常規測量方法，這種方法應用比較靈活，可通過經緯儀、全站儀等儀器來開展水準測量、高程測量及導線測量等;②攝影測量，其中包括數字攝影測量及實時攝影測量，可通過不接觸建筑來了解變形的情況，應用中觀測的時間比較短；③空間測量技術，可采用全球定位系統、衛星測高等方式來進行觀測，這些技術能夠實現大范圍的變形觀測。另外，還有其他的觀測技術可運用在建筑工程變形觀測中，包括撓度曲線測量、微距離精密測量法等，這些技術通常可進行連續自動檢測和遙測。

4.2 變形觀測的實施步驟

在進行建筑工程變形觀測時，應按規范的步驟來操作，保證觀測的有效性。實際開展變形觀測時，需按照以下步驟進行。第一步，設計變形觀測方案，在觀測之前人員應結合變形的類型、測量要求等進行分析，制定相應的方案，對方案進行比較和明確。在方案中應包含有建筑觀測類型、觀測技術標準以及觀測的周期及精度等內容。第二步，布設變形觀測點，觀測點中有變形點和控制點，控制點中包括了基準點、工作基點等內容，基準點的位置設置應確保具有穩定性。工作基點應選取距離目標比較近的位置上。其他觀測點的設置應考慮到觀測的實際情況以及觀測目的，同時應注意觀測需反映出變形的特征，可通過附近的基準點進行觀測。第三步，準備觀測儀器，使用的觀測儀器應符合工程觀測的要求，在進行使用前應進行檢驗和校正，使指標能夠滿足精確度要求。在完成了儀器準備之后，應對變形觀測的周期以及時效進行分析，定期開展觀測作業。為保證觀測的穩定性，應對控制網開展重復觀測，在初次觀測中應增加觀測量，使觀測的條件、儀器之間保持相同。第四步，對觀測的數據進行整理分析，將得到的數據進行整合，計算出相應的結果，對結果進行分析，做出分析報告。在觀測中，應將觀測資料進行詳細整理，并且繪制出得到的變形曲線，可為之后的工作提供參考依據。結合變形的情況和影響因素來分析觀測的結果，了解建筑的變形過程，對原因進行深入的分析。還應進行有效的調整，制定相應的安全措施，結合計算分析的結果來審核方案的內容，保證方案的合理性，同時為相應部門帶來一定的指導，針對沒有達到要求的單位需要及時通知，使其停止并進行調整，將方案進行修改，可避免產生問題，使觀測的進行具有良好的效果。

5 建筑工程變形觀測實例

某建筑工程變形觀測作業中，工程位于當地兩條馬路交叉口的西北位置，包括了住宅樓和保險公司辦公樓。建筑工程占地面積為5.84萬m2，場地中包括了8棟住宅樓，高度在31～33層，1層為地下室?；A工程設計為沖擊鉆成孔，樁長為19～20.5 m框剪結構，樁端在中風化泥巖中。結合工程的基本情況來設計變形觀測方案內容，由于該工程的建筑沉降是地基、基礎以及上部結構、降水幾種因素作用產生的，沉降量在超出了一定的范圍之后會影響到建筑的使用及安全。在工程施工過程中，通過對工程的了解，結合增加的層數或者荷載的情況來進行沉降觀測，確定建筑的沉降情況，判斷其沉降過程是否正常，當產生了問題時，應及時采取有效措施進行處理，使工程的安全得到保障。因此，在工程施工中，選取工程中1號～6號建筑進行變形觀測。

5.1 觀測水準基點穩定性檢驗

進行建筑工程觀測的時候，選取一定的時間范圍，對沉降位移監測網中的水準基點構成的閉合水準路線開展了相應的觀測作業，共觀測了7次，并且將觀測的數據結果記錄下來。得到了垂直位移監測網觀測數值，如表1所示。通過將每期觀測進行平差，可得到各期水準基點的高程數值，結果如表2所示。結合觀測中的資料，使用公式進行計算可以得到垂直位移監測網中測站高差中誤 m0=0.009 mm，達到了垂直位移監測網設計的觀測精確度要求。公式如下：

式中,fh為水準環線閉和差；n為水準環線測站數；N為水準環線的個數。通過對高程數據進行計算可以得到每個水準基點高程之間的間隙差數值，如表3所示。經過計算得到的各個水準基點的穩定性為σ4=0.22，σ5=0.51，σ6=0.62，其中最小的是σ4的值，表明水準基點是穩定的。

表1 垂直位移監測網觀測值

表2 水準基點高程平差值

表3 水準基點高程間隙差

5.2 觀測作業需要注意的內容

在進行沉降觀測的時候，應保證觀測點埋設的牢固性，距離墻面應有一定的距離，避免在墻外保溫層施工中將觀測點埋在里面，導致沉降觀測的開展產生問題。觀測點的頂部應保證光滑，可使每次放置水準尺的時候能夠將水準氣泡居中，當作業中沒有將水準氣泡居中，會使測量的結果產生誤差，難以保證測量的準確性。觀測人員應根據觀測中的相應規范來進行測量，前后視距尺應使用同一個水準尺，確保測量的可靠性。在觀測的時候應根據確定的觀測路線進行觀測，還應避免陽光直射，保證觀測中環境條件相同。在讀數的時候，應確定成像的清晰度，當數值穩定之后進行讀數，隨時進行觀測以及檢核計算。在雨季觀測的時候前后聯測，對水準點的標高進行檢查。在觀測中得到的情況應反饋給相關部門，在發現了異常問題的時候，應進行上報，及時采取措施進行解決。

5.3 觀測結果

根據建筑變形觀測規程中內容要求垂直變形觀測的水準點標石應埋設在最大的凍土層深度的0.5 m以下，該工程變形觀測中的水準基點的選擇在變形影響區域之外300 m范圍的建筑上，通過對觀測獲得的數據以及計算的結果進行分析，結合水準基點高程間隙差的數值來看，可知在多次觀測過程中的最大間隙值為0.87 mm，最小間隙值為0.02 mm，平均為0.40 mm。根據觀測日期進行分析，從第一次觀測到最后一次觀測的日期中間間隔了405 d，因此，得到的最大間隙差是這段時期之內高程的變化值，平均每天的最大變化數值為0.002 mm。結合規程中的要求分析，建筑物的沉降穩定速度應在標準范圍內容，即沉降速度控制在0.01～0.04 mm/d。通過對數據結果的分析，水準基點的變化量相比沉降穩定標準變化量小。所以水準基點選在變形區域之外的穩定建筑上能夠達到建筑垂直變形觀測的精度要求，同時已經完成的建筑的建設時間通常不能少于三年。此外，為了加強觀測的準確性，可采用GPS技術進行觀測，借助距離交會法完成作業，將GPS的信號接收裝置位置確定，使多顆衛星所發散的GPS信號被接收，將信號接收裝置接收的數據作為其中的基礎，通過對接收裝置以及衛星之間的距離以及信號發出的位置進行分析得到最終的結果。之后借助距離交會方式來計算測量值，可得到信號裝置的三維坐標數值，使用三維坐標來表示獲得的結果。采用這種方式可實現高效的觀測，使觀測的過程更加便捷，提升觀測效果，為觀測提供了更好的條件。

6 結 語

建筑物破壞變形危害早已引起了社會各界人士的廣泛關注。但是在開展此項工作期間，相關工作者應當在充分結合變形種類以及測量要求的基礎上，對測量方案加以完善與優化，并嚴格按照相關標準進行操作。應在觀測前做好相應的準備工作，使觀測能夠順利進行，在觀測過程中需要根據規范來進行測量，保證測量數據的準確性，使觀測的結果能夠發揮出有效的參考作用，嚴格控制觀測過程，只有這樣，才能從源頭上保障檢測結果的準確性與可靠性。

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