高層建筑工程中變形測量的精度設計與測量措施

茂名市國土資源勘探測繪院 525000

摘要：本文首先探討了建筑物允許變形值、差異變形量和水準觀測等級三個方向的設計觀測精度，并簡要介紹了變形測量的常用方法，對工程實踐有較大的參考價值。

關鍵詞：變形測量；精度設計

隨著城市建設步伐的不斷加快，高層建筑越來越多。為保證工程的安全運行，監督施工質量和預防工程事故，對高層建筑進行變形測量，監測其在施工、運營、管理期間的變形情況，分析變形情況和理解變形機理，驗證和完善有關工程設計的理論和經驗公式，預報未來變形，具有重要的現實意義。在工作實踐中，精度設計尤為重要。若精度設計過小，而建筑物本身的變形相對較小，則觀測的數據掩蓋了建筑物的真實變形；同樣，若精度設計過高，導致變形測量難度、工作量和費用加大。因此，合理計變形測量精度有十分重要的現實意義。

1變形測量精度設計

變形測量的精度需要根據變形值與變形速度來確定，測量誤差應控制在與變形允許值相比小到在一定概率下可忽略的程度。因此，測量變形的中誤差小于變形量是必要的。但究竟兩者的比例關系取多少合適，則應根據變形測量的目的、建筑物允許變形值的大小以及可能達到的儀器與技術條件來共同確定。另外，由于觀測的精度決定觀測成果的質量以及高層建筑安全狀態結論的可靠性，因此變形測量方案的選擇對測量員、建筑設計和管理人員是至關重要的。

1.1根據允許變形值設計觀測精度

對于如何根據允許變形值確定觀測精度，國內外還存在各種不同的看法。若觀測目的是為了使變形值不超過某一允許的數值而確保建筑物的安全，則其觀測中誤差應小于允許變形值的1/10～1/20；若觀測目的是為了研究其變形過程，則應提高觀測精度，將建筑物安全變形值的各項中誤差乘以1/5～1/2系數后再采用。我國《建筑物變形測量規程》第3.21條規定：“相對變形、局部地基變形及膨脹土地基變形等的觀測誤差，均不應超過允許變形值的1/20\"。建筑物允許變形值大多由設計單位提供，或按有關規范規定，一般可以直接使用。

依據規范，根據允許變形值設計變形測量精度，可分為下列四步：

（l）確定頂部容許偏移量△容=αH103（mm），式中α為設計時允許傾斜度，H為建筑物高度；

（2）計算容許誤差f△=△容/20（mm）；

（3）計算觀測中誤差m△=f△/3（mm）；

（4）計算基礎兩端的不均勻變形時的相對變形測量中誤差m沉=（D/H）m△（mm），式中D為高層建筑基礎寬，H為高層建筑高度。

1.2根據差異變形量設計觀測精度

某些高程建筑物，由于自身荷載很大，變形量一般也比較大，特別是在軟土地區，最終變形量有的會達到數十厘米。但由于其剛性較強，變形一般比較均勻，屬整體變形，對建筑物的影響不大，因此《建筑地基基礎設計規范》（GBJ7一89）對高層建筑物的地基基礎變形允許值沒有作出具體規定。有的專業技術標準即使作出具體規定，其值也比較寬松。若按允許變形量的1/20來計算觀測精度，其結果約低于普通水準測量精度，顯然不太合理。由于對建筑物的損害往往是由于差異變形量超出允許值所造成的，而差異變形量可由兩點間高差來求得。

我國設計單位對于框架結構的工業與民用建筑，規定其相鄰的差異變形量為0.002L。因此觀測精度應按如下方式確定：

（1）計算差異變形量最大允許值δ最大=2L（mm），式中L為兩監測點間距離；

（2）計算差異變形量觀測容許誤差fh=±δ最大/10（mm）；

（3）計算差異變形量觀測容許誤差m沉=fh/2（mm）。

1.3根據建筑物變形測量的等級設計觀測精度

表1 建筑物變形測量的等級及其精度要求

沉降觀測位移觀測適用范圍

變形測觀測點測站觀測點坐

量等級高差中誤差標中誤差

（mm）（mm）

特級≤0.05≤0.3特高精度要求的特種精密工程和重要科研

項目變形觀測

一級≤0.15≤1.0高精度要求的大型建筑物和科研項目變形

觀測

二級≤0.50≤3.0中等精度要求的大型建筑物和科研項目變形

觀測；重要建筑物主體傾斜觀測、場地滑坡觀測

三級≤1.50≤10.0低等精度要求的建筑物變形觀測；一般建筑物

主體傾斜觀測、場地滑坡觀測

注：1觀測點測站高差中誤差，系指幾何水準測量測站高差中誤差或靜力水準測量

相鄰觀測點相對高差中誤差；

2觀測點坐標中誤差，系指觀測點相對測站點（如工作基點等）的坐標中誤差、

坐標差中誤差以及等價的觀測點相對基準線的偏差值中誤差、建筑物（或構

件）相對底部定點的水平位移分量中誤差

建筑物變形測量規程（JGJ/T8-97）中規定：對于未規定或難于規定變形觀測值的觀測項目，可根據設計、施工的原則要求，參考同類或類似項目的經驗，對照表1的規定，選取適宜的精度等級。

2 建筑物變形測量常用方法

2.1 幾何水準測量法

水準測量作為建筑物變形測量的一種常用方法，是利用水準儀進行基準點和變形監測點的高程測量，根據變形監測點各周期的高程變化，分析建筑物的變形情況。此法適合于不同類型、不同精度要求和不同施測條件的建筑物變形監測，也是一種傳統而可靠的方法。

2.2 GPS測量法

GPS作為一種全新的空間定位技術，從靜態定位發展到動態定位，并具有很高的相對定位精度，因此，在越來越多的領域取代了常規的光學儀器和電子儀器。應用GPS進行建筑物的變形監測，可以實現全天候、實時、連續的高精度自動監測。

2.3 全自動測量法

隨著測量儀器的不斷改進，全站儀在變形監測中得到了廣泛的應用，尤其是全自動跟蹤測量儀（測量機器人）的推廣應用，為全天候、全方位、高精度（可達亞mm級）的全自動監測提供了廣闊的發展空間。全自動測量法在大壩、橋梁等建筑物的變形監測中得到了廣泛的應用。

2.4 數字攝影測量法

數字攝影測量在經濟建設、國防建設和科學研究中有著廣泛的用途，特別適用于重要工程的變形和自動生產線的監測，彈體運動軌跡、炮口沖擊波等不可接觸物體的量測等。利用該技術進行大型建筑物的變形監測時，無需接觸被測物體，并可同時提供多個點的瞬間三維空間信息，從而獲得建筑物的變形數據，測定精度可達2～4μm。

3結束語

根據允許變形值設計觀測精度的方法，適用于明確提出了（或可以獲得）建筑物允許傾斜度或頂部容許偏移量要求的工業與民用建筑物（或其他構筑物）的基礎變形測量。實際工作中大多數建筑物均有地質勘察資料，關于地基變形分析部分一般有傾斜度a，可以直接利用。但在此情況下，建筑物愈高，變形允許值會愈大，相應地觀測誤差也愈大，往往會出現對多層建筑需要按二級精度觀測，而對高層、超高層建筑卻只能以三級精度觀測的現象。因此，高層建筑物變形測量的方案應根據差異變形量的標準設計。

根據差異變形量設計變形測量精度，除用于變形量允許值過大的高層建筑外，也適用于一些對精密機床及流水線安裝有類似要求的特殊工程。

在有些變形測量工程中，由于甲方或設計單位的原因，無法提供允許傾斜度（或最大偏移量）、最大允許差異變形量等數據。如：在珠海發電廠，由于甲方無法提供允許最大偏移量，我們根據表1對已建的煤碼頭、煤碼頭防浪墻、循環水泵房進行一級位移觀測，使用了GPS測量法及部分使用全站儀觀測；對汽機房、鍋爐房框架、循環水進水管溝、煙囪等進行一級沉降觀測，使用幾何水準測量法。