黃巖瑞隆塔的監測方法及數據分析

林 杰 葉 良 吳振雷 呂偉加 馬梁梁

(1.浙江省臺州市黃巖區博物館，浙江 臺州 318020； 2.浙江科技學院，浙江 杭州 310000； 3.龍游縣博物館，浙江 衢州 324000； 4.杭州聚代文化遺產保護科技有限公司，浙江 杭州 310000)

以磚砌成的塔，存在著一些弊端，由于磚塔縫隙非常多，因而塔身上極容易生長植物，雜草、樹木的根系深入塔身會極大地破壞塔的結構，造成塔的坍塌；另外構成磚塔的建筑材料體形很小，容易被人取下，著名的杭州雷峰塔就是被人們這樣的竊磚活動擊倒的。因此，對塔的基礎沉降和水平位移進行監測，為后續保護管理提供基礎數據，是非常有必要的。

目前已有許多對塔體的基礎沉降和水平位移進行監測的方法。韓侃等[1]利用平均間隙法原理，對監測網基點的穩定性進行了檢驗及分析，提出了基于回歸平面的古塔變形的分析方法。譚玉峰等[2]基于智能傳感技術、網絡通信技術、自動控制技術、大數據技術，構建了古塔物聯網遠程實時監測系統，實現了對護珠塔的遠程實時監測與對古塔風險的精準識別和及時預報。吳滿意等[3]采用了一種新的監測方法對塔形古建筑外部觀測，通過測站點點位的選擇以及照準目標的選擇，在傾斜觀察時采用前方交會法主要測得塔頂中心相對于塔底中心的傾斜方向及傾斜角度。以解決一些無法進入內部的古塔的觀測問題。劉建清[4]利用觀測數據和分形收縮相似仿射變換及迭代法求出塔層中心坐標，然后利用中心坐標連線及在坐標平面上的投影線對古塔的傾斜、彎曲、扭曲程度進行分析，給出古塔未來的變化趨勢。汪耀武[5]以某古塔傾斜觀測為例，介紹了采用嚴密平差方法計算建筑物重心點坐標，從而計算傾斜方向和傾斜度的方法，為其他圓形構筑物或者高層建筑等傾斜觀測提供了參考。本文針對黃巖瑞隆感應塔出現磚塊掉落現象并且塔身主體發生傾斜的問題，通過對黃巖瑞隆塔的基礎沉降和塔身水平位移進行現場監測，分析其傾斜變化量和基礎沉降變化量數據，判斷瑞隆感應塔在監測周期內是否保持穩定。為類似建筑物的基礎沉降監測，水平位移監測提供技術思路。

1 黃巖瑞隆感應塔概況

瑞隆感應塔，位于臺州市黃巖區城關鎮九峰山下九峰公園內；建于北宋建隆四年(963年)。塔身為七層八面仿樓閣式磚塔，石砌須彌座，高35.2 m，塔身主體發生傾斜，并且于2015年出現磚塊掉落現象。

2 監測方案的確定以及監測方法

2.1 基準網的監測方案

瑞隆感應塔首次監測布設是由4個平面基準點和2個高程基準點組成的監測基準網(見圖1)。平面坐標系統采用假定坐標系統，假定坐標系統的X軸增大方向為地理北方向。高程控制基準網采用假設高程基準。平面監測基準點均設置有強制對中觀測墩。經實地踏勘，以上基準點現場點位保持完好，未有明顯撬動跡象。通過檢測，確定原有監測基準網各點點位穩定。具體檢測結果如表1～表3所示。

表1 瑞隆感應塔平面基準點邊長檢測成果表

表2 瑞隆感應塔高程基準點檢測成果表

表3 瑞隆感應塔監測基準點成果表

2.2 塔體基礎沉降監測方法

觀測使用SOKKIA SET1X全站儀觀測，角度、距離分別觀測2測回，現場觀測嚴格按設計書要求執行，測距時在全站儀中輸入每測站氣象元素(溫度、氣壓)和儀器的加、乘常數改正。基礎沉降監測點點位布置圖如圖2所示。

2.3 塔身水平位移監測方法

塔頂與塔5層分別布設3個水平位移(傾斜)觀測點，點位穩定，可以用于觀測。觀測使用SOKKIA SET1X全站儀觀測，角度、距離分別觀測2測回，塔身傾斜計算利用觀測得到的水平位移監測點空間位置數據，通過幾何擬合的方式求解塔身的擬合中心點坐標，通過上下層幾何中心水平投影的距離和方向，比較計算塔身的傾斜量和傾斜方向。塔身傾斜以首次測定的塔底室內地坪的中心點坐標和塔底中心點與塔頂監測點所在平面之間的高差，為固定計算參數，計算塔身的整體傾斜量。

3 監測結果分析與討論

3.1 塔體基礎沉降數據分析

對瑞隆感應塔8個基礎沉降觀測點歷次監測成果進行比較，通過數據比較分析，8個基礎沉降監測點中的高程最大累計位移量為-0.2 mm～0.2 mm，均小于設計精度±1.0 mm，瑞隆感應塔基礎在2017年8月～2020年6月觀測周期內高程變化不顯著。具體監測數據見圖3。

3.2 塔身水平位移監測數據分析

對瑞隆感應塔水平位移(傾斜)歷次監測成果進行比較(見圖4)。通過數據對比分析:1)塔基～5層擬合中心點水平投影近兩期位移量在0.3 mm，傾斜率變化0.01‰；塔基～5層擬合中心點水平投影累計位移量在0.4 mm，傾斜率變化0.02‰。2)塔基～塔頂擬合中心點水平投影近兩期位移量在1.6 mm，傾斜率變化0.05‰；塔基～塔頂擬合中心點水平投影累計位移量3.6 mm，傾斜率變化0.11‰。

4 結語

從瑞隆感應塔的歷次監測數據進行分析可以看出，在2017年8月～2020年6月共進行了7次監測，各相鄰監測周期以及累計基礎沉降和水平位移(傾斜)監測成果的變化量均較小，可以判斷瑞隆感應塔在上述監測周期內保持穩定。隨著監測器材的日益豐富，監測方法的不斷更新，考慮到瑞隆感應塔建成年代久遠，可以對瑞隆感應塔進行長期跟蹤監測，制定更加深入的專項監測方案，在注重整體結構安全監測的基礎上，可以加入振動監測、裂縫監測、專業無人機巡查比對監測等內容，為后續保護管理提供基礎數據，為后續病害發生機理研究提供科學支持，確保瑞隆感應塔的安全。