大型建筑物變形監測方法研究

夏偉　辛文鵬　方京

【摘 要】本文將大型建筑物變形監測分為地基基礎和地面上部主體兩個階段，從理論上闡述兩個階段監測工作的特點。以地基基礎變形監測為主，選取廣濟醫院基坑為案例分析，進行技術方案設計，提出從監測點精度要求反推控制網等級來布網的觀測方案；驗證平差控制網是否符合要求；整理分析各項監測點數據，該基坑周期內變形趨勢穩定，整個基坑總體運行安全。

【關鍵詞】建筑物；變形監測；基坑監測；監測方法

中圖分類號： TU196.1 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0171-002

0 緒論

變形監測是在一定時間段內通過測量被研究對象的自身形變程度和速率及其所在位置的變化特點和規律；其貫穿于工程施工建設和營運整個過程。

建筑物變形產生的主要因素有：（1）地基基礎的原因：例如地基巖土不均勻、土壤物理性質不同、軟土塑性變形等；（2）建筑周圍環境的原因：例如地下水位變化、氣溫濕度變化等；（3）建筑在勘察設計施工作中存在缺陷引起的變形；（4）外力的原因：風振地震等影響，工程建設的實踐表明，為了保證工程建筑物的安全防止工程事故發生，需要在工程建設的全過程中采用合理有效的方案對建筑物進行不斷地監測，整理歸納觀測數據，獲取工程建筑物變形情況和規律，分析變形原因和特點，發現問題及時預警預報，指導工程施工的順利進行。

1 研究理論

大型建筑物的施工階段性決定了其變形監測分為兩個階段：（1）大型建筑物地基和基礎變形監測（2）大型建筑物地面上部主體變形監測。

1.1 地基和基礎變形監測

大型建筑物地基和基礎變形監測首要指基坑變形觀測，常規的主要監測方面有：基坑圍護結構和建筑主體豎向位移監測、坑內外水位觀測、基坑回彈測量、地基分層沉降測量等。以上幾種觀測方面中，位移觀測是所有測項中的主要手段但是又以豎向方向的觀測為主。為了提高監測精度，布置一個可靠的控制網是所有建筑變形觀測的核心測量工作。

對于任一監測項目，首先檢查勘測建筑場地的工程概況和周邊環境，確定所建建筑等級和精度，按照規范要求選取適當方法布設有效的控制網并優化網形和點位。埋設控制點時要將其放置在建筑周邊便于觀測和保存的位置，必須要求控制點要有很高的穩定性，這樣既可以用來直接測定監測點的移動和變化，也方便后續建筑主體建設時對其進行變形觀測提供一個穩定可靠的基準基礎。

1.2 地面上部主體變形監測

大型建筑物上部主體變形監測與地基和基礎變形監測有所區別，主要在于它們觀測內容不盡相同，地基和基礎變形監測各項目中大多以豎向方向觀測為主，而上部主體監測主要以水平方向觀測為主，并且增加了對建筑物裂縫、扭轉、傾斜和振動等觀測；除此之外大型建筑物上部主體變形監測手段更加豐富多種觀測技術綜合應用。

其工作方法是先根據建筑物形狀規模等級在建筑物上選取好監測點，在整個建筑外圍穩定區域建立控制網，這個控制網的等級精度根據監測點的點位誤差和精度來確定，其目的是用來檢驗工作基點的可靠性，確保基點的穩固性，當控制網平差檢驗合格時，便可以在基準點上設站觀測監測點。根據網形和精度要求采用合適的方法觀測周期內點位移動狀況，主要使用前方交會法；由于大型復雜建筑結構中存在著特殊的位置，采用普通的幾何水準測量方法不能滿足要求，可根據其點位位置使用引線法進行觀測。

2 研究內容

2.1 監測方法

表1 建筑變形測量精度要求表

大型建筑物變形監測實際操作時設計項目眾多內容豐富，主要包括有：基坑回彈測量、地基沉降觀測、建筑物沉降監測、水平位移觀測、傾斜觀測、裂縫觀測、撓度觀測和振動觀測。

2.2 精度與頻率

2.2.1 監測精度確定

變形監測過程中各監測點的精度由建筑物工程概況和其等級確定。根據《建筑變形測量規范》，具體要求見下表1規定。

2.2.2 監測頻率確定

變形監測的所采用頻率的大小受多種因素的影響，如形變速度、大小、和監測對象等。在實際測量中也可以根據監測量的形變速率來設定采用的頻率大小；一般當變形值變化速率較大的時候需要增大頻率防止形變超限引發事故，當變形值在一定時間內變化速率較小無明顯波動時，我們可以適當減小觀測頻率仍可以保持監測信息的可靠性。一般在建筑物剛開始建成的時候，墻體和基礎凝固程度不高，容易引起形變而且變化速度較快，其走勢和規律難以把握。此時需要加大觀測頻率。隨著時間推移建筑物逐漸成型變形趨勢穩定下來后，此時可以適當減少觀測次數，堅持定期觀測。

3 數據分析結果

該控制網經平差后其高程閉合差小于二等水準閉合差的限差要求；反向分配閉合差根據假設已知的的BM4高程（3.000m）可以推算出其余三個控制點的高程。

導線總長799m導線平均邊長134m，角度閉合差-9.8″小于其限差±40√7 ″（±105.8″），導線全長相對閉合差為66797.45643，根據導線網平差計算數據與《建筑變形測量規范》導線測量技術要求（表4.6）相比較，廣濟醫院基坑水平控制網等級滿足二級導線標準。

表2 導線測量技術要求表

綜合上述數據計算，該基坑水平控制網和高程控制網均達到各自要求標準，以監測點精度要求反推控制網等級所布設的二級控制網經檢驗符合要求，可以用來在控制點上架設儀器對基坑周邊所布設的各項監測點的水平和豎向位移進行觀測。

4 變形數據分析

監測工作歷時7個月，共整理113期監測報表，由于數據龐大多而繁瑣，于是便對觀測數據統計繪制成曲線圖，以時間為橫軸，各項變形觀測量的累積變化值為縱軸，以坡頂水平位移為例分析：

圖1得出，隨著基坑開挖的進程，大量土方不斷從坑內挖走，坡頂水平位移向基坑內側移動的趨勢，并且位移量在逐漸增大，底板施工結束后水平位移量基本趨于穩定值不再有較大或明顯波動，由于2015年3月20日東南側邊坡發生坍塌、滑坡，使得該位置處的大多數監測點變化速率較大，尤其是監測點P21水平位移累計值有明顯波動趨勢較陡超出報警值（42mm），2015年3月26日后水平位移基本趨于穩定，最大水平位移53.8mm，P20和P22水平位移累計值雖然未達到報警值，但相當變化量均接近40mm，針對坡頂水平位移超出報警值，此時加強對該區域的跟蹤監測，并專人專項加大對此點的觀測頻率以防止緊急事故發生，采取及時有效預警措施，在后續的監測中，各監測點變化幅度平緩走趨于穩定；其他各點累計水平位移變化較小未達到報警值。

從以上各監測項目的累計變化曲線可以看出，除前期個別坡頂位移超出報警值外，其他各監測項目的變化曲線均較為平緩沒有突變數據產生，未出現變形數據達到報警值的情況；后期的各監測項目的觀測值變化平穩，無明顯波動均處于穩定狀態，基坑在監測周期內安全處于可控狀態。

5 結束語

大型建筑物樓層高、地基深、結構復雜，在其工程建設中對建筑物要求精度高不允許出現差錯，整個階段需要進行變形監測。本文分析介紹大型建筑物變形監測的主要理論和內容，提出了由監測點精度要求反推控制網等級的技術方案，結合工程概況確定建筑等級，根據建筑變形監測規范，明確此建筑各項監測點的精度、周期和頻率，以規范已知的限差要求反推在基坑外圍所需要布置控制網的等級標準和基準點的精度要求。用推算出來的控制網觀測平差計算，驗證網是否符合要求，當滿足建筑等級精度要求時，再在基準點上架設儀器對各監測點進行觀測。這樣的技術方案設計，在實際監測中監測點和控制網相互限制，能夠快速高效地達到精度要求。

【參考文獻】

[1]張正祿.工程測量學（第二版）[M].武漢大學出版社，2013，11.

[2]王曉華，胡友健，柏柳.變形監測研究現狀綜述[J].測繪科學，2006，31（2）：130-132.