工程施工中變形觀測技術(shù)與方法

衛(wèi)艷霞

(黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，青海西寧 810008)

0 引言

從20世紀90年代以來，工程變形監(jiān)測手段的硬件和軟件迅速發(fā)展，人類社會的進步，加快了工程建設(shè)的進程，并且對現(xiàn)在工程建筑物的規(guī)模、造型、難度提出了更高的要求，保證工程建筑物安全施工是一個十分重要而且很現(xiàn)實的問題［1］。因此，變形監(jiān)測工作的意義更加重要，成為工程設(shè)計和施工質(zhì)量控制的重要手段［2，3］。

1 主要觀測方法

按照JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)范中二等變形觀測的技術(shù)要求，

使用精密電子水準儀并結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況深入探究了施工建筑沉降方案，包括對沉降基點和沉降觀測點的布設(shè)、觀測周期的確定以及基準點的檢測方法等。通過繪制各個沉降觀測點的沉降折線圖來反映各個觀測點沉降變化過程。計算出各個點的沉降速度，分析各點穩(wěn)定性。最終通過計算確定平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、最大傾斜值、最小傾斜值。具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 沉降工作流程圖

2 沉降觀測實踐

2.1 工程概況

工程為某商住樓，該工程所處的地段由于二十多年來過量開采地下水，從而致使地下水位急劇下降。處于符合漏斗范圍的地方存在孔隙比較大，高壓縮土層。因此，工程區(qū)較容易引起地面的沉降。

2.2 觀測儀器及精度要求

沉降觀測儀器一般使用精密水準儀，測量精度的確定極其重要，過高的精度要求使測量工作復雜、增加費用和時間，精度定的太低又會增加變形分析的困難，使所估計的變形參數(shù)誤差增大，得出不正確的結(jié)論。制定變形觀測的精度取決于變形的大小、速率、儀器和方法所能達到的實際精度，以及觀測的目的等［8］。測量精度確定后，測量過程嚴格按照JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)范中二等變形觀測的技術(shù)要求施測獲得了可靠的數(shù)據(jù)，此時的觀測精度可達到0.3 mm/km。

2.3 觀測系統(tǒng)的建立

1)水準基點的選埋。具體要求水準基點要布設(shè)在建筑物沉降區(qū)、施工機器震動區(qū)及開挖區(qū)的范圍以外，水準基點與鄰近建筑物的距離應大于建筑物基礎(chǔ)深度的1.5倍～2.0倍。至少布設(shè)三個水準基點，三個水準基點構(gòu)成閉合檢校，并保證在施工現(xiàn)場內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個基準點，同時水準基點離開觀測點不應大于100 m。沉降觀測水準基點可根據(jù)地質(zhì)條件不同選擇深埋式或淺埋式［9］，圖2為三個水準基點點位分布。

圖2 水準基點分布圖

2)沉降觀測點布設(shè)。沉降觀測點是固定在觀測的高層建筑物上的標識，選用的是直徑為20 mm的螺紋鋼，用沖擊鉆固定在建筑物的墻體上。按照JGJ 8-2007建筑物變形測量規(guī)范中要求沉降觀測點的數(shù)量和位置應能全面反映建筑物的沉降情況［10］，在下列位置點位選設(shè)如圖3所示。

2.4 觀測周期的確立

圖3 沉降觀測點位圖（單位：m）

沉降觀測周期包括沉降觀測網(wǎng)的觀測周期和基準網(wǎng)檢驗周期。施工階段的觀測隨施工進度及時進行。觀測次數(shù)與時間應視地基與加荷情況而定。施工過程中如暫時停工，在停工時及重新開工時應各觀測一次。停工期間，可每隔2個月～3個月觀測一次。封頂至竣工階段觀測，每月觀測一次。在觀測過程中，如有基礎(chǔ)附近地面荷載突然增減、基礎(chǔ)四周大量積水、長時間連續(xù)降雨等情況，均應及時增加觀測次數(shù)。當建筑物突然發(fā)生大量沉降、不均勻沉降或嚴重裂縫時，應立即進行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測［11］。

2.5 進行沉降觀測

本次觀測選用的儀器為徠卡NDA03精密水準儀，配合銦鋼條碼尺觀測精度可以達到0.3 mm/km，沉降觀測的觀測路線是由沉降基點和沉降觀測點組成閉合路線。因為首次觀測的沉降點高程值是以后計算沉降量的依據(jù)。因此，要求必須采用往返測兩次觀測，且兩次觀測都應為偶數(shù)站。在兩次所測得的沉降點的高程值差值滿足1 mm以內(nèi)后，取兩次測量高程值的平均值作為最后的沉降點高程。在以后的沉降觀測中允許采用單程觀測，因為沉降點和基準點組成的是閉合路線，可以通過閉合差來檢驗測量的精度。要求閉合差小于允許值的一半。圖4為本次沉降觀測路線圖，測量從J1開始并閉合到J1，取往測與返測的平均值作為最后的高程值［12］。

圖4 沉降觀測點分布圖

3 沉降數(shù)據(jù)處理

3.1 水準網(wǎng)的平差

在經(jīng)典平差中采用選擇固定基準的方法來確定參考系，不同的參考系給出網(wǎng)點不同的位移值。由經(jīng)典平差所求得的網(wǎng)點位移值是相對于假定的固定點的變化量。當網(wǎng)中存在固定點時，采用這些固定點作為基準應用經(jīng)典平差可以得到滿意的效果。當監(jiān)測網(wǎng)中所有網(wǎng)點具有微小的隨機變動時，自由網(wǎng)平差對這種變形情況是一種有效的分析方法［13］。

本次沉降監(jiān)測采用的是經(jīng)典平差的方法，使用的是徠卡水準網(wǎng)平差程序，把沉降基點J1的高程值視為真值，設(shè)起算點J1的起算高程為10.0 m，閉合點J1高程為10.0 m。把每次的觀測數(shù)據(jù)輸入到軟件中，對閉合環(huán)進行平差處理。以第十次觀測數(shù)據(jù)為閉合環(huán) 如 圖 4 所 示:J1—J2—1—J3—A6—A7—A8—A9—A10—2—A5—3—A4—A3—A2—4—J1。

3.2 基準點穩(wěn)定性檢驗

雖然沉降基準點往往布設(shè)在遠離變形體的穩(wěn)定地層或基巖上，但是參考點也可能因為某些因素而發(fā)生移動。在變形觀測過程中為了能夠發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的參考點，通常布設(shè)多個參考點，且構(gòu)成一個參考網(wǎng)。通過定期對參考網(wǎng)的復測來檢查參考點是否穩(wěn)定，并將不穩(wěn)定的參考點剔除［14］。如圖3所示，通過比較基準點與檢測點的相對標高H1和測標高H2的差值是否在允許值之內(nèi)來判斷基準點的穩(wěn)定性。

3.3 累計沉降量的計算

水準網(wǎng)平差處理后，根據(jù)計算出的各個基準點高程和沉降點相對于相應基準點的高差，計算出各沉降點的高程。各個沉降點前后兩次的高程之差即為這周期的沉降量，各期沉降量的和為沉降點的累計沉降量［15］。

3.4 沉降變形曲線

在沉降數(shù)據(jù)的處理上，一般采用變形折線圖來反映變形觀測點的變形大小和速度。在繪圖時，根據(jù)經(jīng)驗和沉降趨勢判斷，剔除存在觀測誤差的點［16］。由于本次監(jiān)測時間跨度大，且每次觀測相隔時間差別很大，為了便于清楚表現(xiàn)每次沉降觀測各個觀測點的變形情況，以觀測次數(shù)為橫軸，單位為次，沉降量為豎軸，單位為mm，各個沉降點用不同的曲線表示，并把每次觀測距離第一次觀測時長標注在圖上，形成整個檢測過程中沉降變形的折線圖5。

圖5 商住樓沉降曲線

通過圖5可以明顯看出來各個觀測點隨觀測次數(shù)的沉降大小和沉降趨勢，對于同一次觀測，還能比較出不同觀測點變形大小。圖5各個觀測點總體呈緩和下降趨勢，符合沉降觀測的客觀規(guī)律。

3.5 工程安全評價

該商住樓已經(jīng)沉降觀測十次，現(xiàn)將幾個主要觀測數(shù)據(jù)計算如下:

1)平均沉降量為 －6.41 mm，最大沉降量(A2)為 －9.77 mm，最小沉降量(A9)為－1.35 mm。

2)觀測點相對傾斜值按下式計算:

其中，Si為基礎(chǔ)傾斜方向端點i的沉降量，mm;Sj為基礎(chǔ)傾斜方向端點j的沉降量，mm;L為基礎(chǔ)兩端點i，j間的距離，mm。

觀測點最大相對傾斜值(A1—A2)為0.000 31，觀測點最小相對傾斜值(A4—A5)為 0.000 040 909。

3)差異沉降最大允許值按下式計算:

M最大=2/1 000×L，L為兩相鄰沉降點的最小間距。

M最大=2/1 000 ×10.0 m=20.0 mm。

觀測結(jié)果最大差異沉降量點A2與A3，值為5.58 mm＜20.0 mm，在允許沉降范圍之內(nèi)。根據(jù)對觀測數(shù)據(jù)的分析、比較，認為本建筑物在觀測期間沉降量較小。

4 結(jié)語

工程施工監(jiān)測中采用了精密測量儀器，由專門人員嚴格按照JGJ 8-2007建筑變形測量規(guī)范中二等變形觀測的技術(shù)要求施測。通過對測量數(shù)據(jù)的處理，最終獲得施工過程中各個沉降觀測點的變形折線圖，客觀的描述了沉降觀測點在不同施工階段的沉降變形情況。通過計算得到施工中的平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、觀測點最大相對傾斜值和最小相對傾斜值以及最大差異沉降量，比較其與允許值的大小，判斷該工程為安全工程。

［1］ JGJ 8-2007，建筑變形測量規(guī)范［S］.

［2］ 金其沖，郭新成，邵穎浩.西安民生大樓一期工程沉降監(jiān)測與分析［J］.測繪工程，1995，4(1):57-61.

［3］ 蔣 建，路 倬，高廣運，等.建筑地基沉降預測的Usher-Spillman組合模型研究［J］.北京工業(yè)大學學報，2011，37(4):507-514.

［4］ 呂喜明，李明遠.最小二乘曲線擬合的MATLAB實現(xiàn)［J］.內(nèi)蒙古民族大學學報(自然科學版)，2009，24(2):125-127.

［5］ 吳清海.1stopt在沉降預測中的應用研究［J］.測繪科學，2009，34(4):34-35.

［6］ 巨正平，郭廣禮，張書畢，等.最佳曲線擬合［J］.江西科學，2009，27(1):25-27.

［7］ 吳清海.地面沉降預測方法的探討［J］.測繪通報，2009(2):46-48.

［8］ 袁德寶.GPS變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的小波分析與應用研究［D］.北京:中國礦業(yè)大學，2009.

［9］ 楊東升.建筑物變形觀測的意義［J］.施工技術(shù)，2010(39):513-514.

［10］ 陳世梅.建筑變形監(jiān)測技術(shù)探討［J］.科技資訊，2011(20):79-80.

［11］ 鄒 昆.高層建筑變形監(jiān)測方案設(shè)計及監(jiān)測方法研究［J］.建筑科學，2010(18):83-84.

［12］ 馬華宇，翟銀鳳.地鐵變形監(jiān)測方案設(shè)計與變形分析［J］.河南建材，2011(2):53-55.

［13］ GB 50026-2007，工程測量規(guī)范［S］.

［14］ 吳子安.工程建筑物變形觀測數(shù)據(jù)處理［M］.北京:測繪出版社，1989.

［15］ 陳永奇，吳子安，吳中如.變形監(jiān)測分析與預報［M］.北京:測繪出版社，1998.

［16］ 李青岳，陳永奇.工程測量學［M］.北京:測繪出版社，1995.