基于水準測量和傾斜觀測的某建筑物安全性鑒定分析

李 翔 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展，一些經濟發達城市的地面空間越來越少。因此由地面空間向地下空間發展是城市發展的必然趨勢，隨之而來的是日漸增多的基坑工程，基坑開挖難免會對相鄰建筑造成不同程度的損傷，這必然會給建筑物的安全使用帶來很大的隱患。初期的損傷是肉眼觀察不到的，如果不能及時發現，可能會導致建筑物發生災難性事故，產生極其惡劣的社會影響。本文采取兩種方法判定建筑物是否安全，一種是傾斜度監測，另外一種是建筑物沉降觀測。在基坑開挖之前測定基坑影響范圍內建筑物的傾斜度，一方面可以直接判斷建筑物傾斜度是否超限，以及建筑物是否處于安全狀態；另一方面可以記錄基坑開挖之前建筑物的初始狀態，用于與基坑開挖過程中建筑物傾斜度的對比，從而判斷基坑開挖對鄰近建筑物的影響程度。沉降觀測為一個持續的觀測過程，先是基坑開挖前采集初始數據，后是基坑回填，最終建筑物沉降趨于穩定時結束觀測。監測過程中可以直接通過累計沉降量、沉降速率以及相鄰觀測點沉降差來判斷建筑物是否處于穩定狀態。最終相鄰觀測點的沉降差與傾斜度觀測的傾斜度變化量相互驗證，共同判定建筑物的安全狀態。

本文以某基坑旁邊的一棟樓為例，利用水準測量和自由設站法分別對建筑物的沉降和傾斜度進行觀測，對觀測結果進行分析，驗證沉降觀測和傾斜度觀測的重要性。

2 工程實例

2.1 工程概況

本基坑最大開挖深度為5.3m，基坑支護采用攪拌樁內置H 型鋼+坑內被動區加固、鋼板樁+支撐的支護形式?；幽蟼乳_挖深度影響范圍內有多棟2 層磚混結構民房，建造于2000 年左右。根據工程勘察報告，場地各土層自上而下依次為：①層雜填土，厚度0.6～2.4m；②層粉質粘土，厚度0.4～2.0m；③層淤泥質粉質粘土（淤泥），厚度5.4～10.3m；④層粉質粘土，厚度0.4～3.5m；⑤層粉質粘土混礫卵石，厚度1.9～7.8m。本項目地質條件較差，為了及時了解居民樓的安全情況，受委托單位要求對基坑南側民房進行沉降觀測和傾斜度觀測。本文以其中一棟樓為例，通過對沉降觀測數據與傾斜度觀測數據比對分析，評估建筑物的損傷情況。

2.2 沉降觀測

2.2.1 觀測點及布網設計

為了不影響觀測的成果，基準點應布置在建筑物沉降變形影響區以外。根據相關規范要求，基準點至少應布置3個，以便后期監測過程中相互校核，編號分別為CN1、CN2、CN3。假定CN1 作為本次觀測的基準點，高程為10.0000m，其余各點高程均為相對于CN1 的高程。為保證基準點的精度，每月對基準點進行復測。

沉降監測點應盡量布置在柱或者承重墻等受力部位，建筑物四角應布置沉降觀測點，同時應方便監測。沉降觀測點要能充分反映建筑物的沉降情況，根據相關規范要求，結合建筑物實際形狀，在設計圖紙上標注沉降觀測點，并依據標好的點位圖在現場進行布置。本工程在建筑物四周共布置6 個觀測點，編號依次為D1-D6，具體見圖1。

圖1 閉合水準路線圖

2.2.2 觀測周期和精度要求

本次測驗于2021-04-06—09-15進行沉降觀測，共計觀測18 次。使用的儀器均經過合法的儀器檢定機構進行檢定，儀器檢定合格且在有效期內，本項目采用天寶DINI03 電子水準儀進行二等水準測量觀測。觀測時確保前后視距不大于50m，前后視距差不大于1.5m，前后視距累積差不大于3.0m，保證視線離地面超過0.55m。觀測數據處理結果均滿足表1的技術要求。

表1 沉降監測主要技術要求

2.2.3 沉降觀測作業

為了減小觀測誤差以及保證觀測數據的測量精度，在確定好水準觀測路線后，后續的每次觀測都應按照固定的觀測路線實施。每次觀測前都應嚴格按照規范要求操作，前后視距差、累計視距差、往返測較差、閉合差等均需符合規范要求。儀器在每次觀測前均在露天的陰影下放置30min 左右，使儀器與外界氣溫趨于一致，減小溫度變化對儀器i角的影響；測量之前應對儀器進行不少于20次的單次測量預熱。每次測量前測定儀器的i 角，確定i 角小于15s 的情況下才會開始測量，同時應固定測量儀器、人員、觀測時段等。

2.3 傾斜觀測

本次采用全站儀自由設站的方法對建筑物傾斜度進行測量。根據規范要求，全站儀架設位置距建筑物的距離為1.5～2 倍建筑物高度。如圖2 所示，首先在合適的A1點架設全站儀正對墻面Ⅰ，找到測站點到墻面最短的水平距離，把該方向設為北方向，建立坐標系。利用極坐標的方法測量頂點與底點的坐標以及高度，通過頂點與底點的X、Y 坐標差與頂底高差之比得到建筑物的傾斜度。本項目傾斜度一共觀測3 次，分別在基坑開挖之前、沉降觀測點累計沉降量超過預警值時、基坑回填之后沉降觀測點達到穩定狀態。

圖2 傾角觀測原理示意圖

3 觀測結果

3.1 沉降觀測結果

按照《工程測量標準》（GB 50026-2020）、《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2016）規定的技術指標對閉合水準路線進行觀測和內業平差計算，各項數據均滿足規范要求。

利用平差改正后的高程數據計算出各監測點的本次變化量、累計變化量、沉降速率，觀測結果表見表2及圖3。

表2 建筑物沉降觀測數據匯總表

圖3 建筑物累計沉降量—時間曲線圖

通過曲線圖可以很明顯地看出4 月底基坑開挖到底后的一段時間內，鄰近基坑側的D4-D6 沉降速率較大，累計沉降量不斷增大，5 月20 日累計沉降量超過10mm 的預警值。6 月底至9 月份，沉降趨于穩定。D1 與D6 號點沉降差最大，為12.2mm。兩點間距約8m，兩點間最大沉降差未超過規范允許的0.002L，即16mm。由此可以判定該建筑物目前尚能安全使用。

3.2 傾角觀測結果

傾角觀測的數據及計算出的相對斜率如表3所示。

表3 建筑物傾斜數據匯總表

通過表中的數據可以得出：在基坑開挖之前該樓有一定的傾斜，此方法測量建筑物整體傾斜度無法消除由于建筑物墻體砌筑不垂直、外立面粉刷層厚度不均勻而產生的誤差，所以在基坑開挖之前測得該建筑物有一定的傾斜度；通過3 次的測量數據可以很明顯地看出基坑的開挖確實造成了該棟建筑整體往基坑內側傾斜，整體傾斜率小于《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2016）規定的0.4%，由此可以判定該建筑物尚能安全使用。

4 結語

沉降觀測是一個持續的過程，通過一段時間連續觀測算得相鄰觀測點沉降差，再根據兩點的水平間距，計算建筑物基礎在這一觀測時間段內沿兩點連線方向的傾斜。此法只能獲得建筑物在某一固定時間段、固定方向的傾斜，無法評定建筑物整體傾斜。

采用自由設站法測得的建筑物傾斜為建筑物整體傾斜，此法有一定的弊端。由于大部分建筑物外墻都有粉刷層、保溫層以及一些裝飾材料等，這些材料在施工時很難保證從上到下厚度均勻一致，此種測量方法在實際應用中都是直接忽略這些因素引起的誤差。

通過對兩種方法的比較，設想在基坑開挖過程中基礎的沉降跟建筑物整體傾斜是同步發展的。也就是說，在這一完整的觀測時間段內，建筑物整體傾斜變化量為基礎差異沉降與粉刷層、裝飾層引起的誤差之和。這樣一來就可以求出粉刷層、裝飾層等引起的誤差，從而消除這種不可避免的誤差，更精確地測定建筑物整體傾斜度，達到精確評定建筑物安全性的目標。