文物建筑沉降觀測分析方法探索

陳劍鋒

廈門原正工程檢測有限公司（361006）

文物觀測現狀: 文物建筑的沉降觀測較為復雜，是房屋鑒定中出現開裂時用于文物建筑單位進行控制病害的一個很重要的手段，但是文物建筑的沉降觀測尚未形成標準化的分析模式，暫未出現可以遵循的國家標準。作為文物單位最為集中的城市北京，2017 年發布了 DB11/T 1473—2017 《文物建筑安全監測規范》，針對磚、石、木等文物建筑單位提出了各種病害的控制要求。沉降觀測作為控制病害的主要手段，依據DB11/T 1473—2017《文物建筑安全監測規范》5.8，監測實施流程從建立監測系統到檢測數據采集，都有專業的公司提供全自動化服務，但是在安全狀態的判定和異常數據的原因分析上還沒出現標準化的分析模式，不能很好的利用采集的數據達到控制病害并不斷提高自身控制水平的目標，沒法形成有效的監測體系。

沉降數據分析方法:文物建筑沉降影響因素眾多主要有:溫濕度、降雨量、地表含水率、蒸發量、水文地質、地表沉降、人群及周邊交通影響等。從原理上合理沉降的數據波動主要來自于:①資源開采導致的全球性地表下沉；②熱脹冷縮導致的基礎及地下線性收縮膨脹；③地表含水率改變引起的土壤干密度變化帶來的高程變化；④人類日常活動影響。為了減少合理沉降等對數據帶來的干擾，宜采用以下幾點進行優化分析，以此甄別干擾數據。

1）選取沉降觀測數據時間點:由于文物建筑作為旅游資源之一，受到人群影響較大。 批量游客路過產生的彎沉值對實際沉降數值影響較大。為避免采集到人群及交通干擾比較嚴重的數值，沉降觀測時間點宜為夜間游客稀少時段。為了降低溫差引起的地下部分線性收縮膨脹帶來的影響，沉降數據的時間采集點宜每日采集時間盡量一致。基于以上兩點考慮，沉降觀測數據采用夜間統一時間點，文章以每日 0∶00:00 為例。

2）選取數據合理區間:本案例依據儀器開始使用當年，獲取的相對穩定（當年無檢修擾動，如有應剔除）的數據作為基礎，選取了使用期間0∶00:00 采集的數據作為樣本庫，以單個水準點的單日沉降最大值和最小值劃出單個水準點的當日沉降的合理區間。 通過識別超出合理區間的數據，分析數據的成因，可以及時發現病害風險或者儀器故障等非病害原因。

3）選取沉降穩定值:文物沉降監測的目的主要是通過監測文物建筑是否繼續處于沉降穩定階段，通過監測數據，及時發現沉降給建筑物帶來的危害以便及時控制。 本項目監控方式采用自動實時監控，數據每日至少自動采集一次。 依據JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》: 當建筑物最后100 d 的最大沉降速率小于0.01 mm/d~0.04 mm/d 時，可認為已達到穩定狀態。 本次數據分析方案采用按月度分析，以當月沉降速率日平均值小于0.04 mm/d 作為建筑物是否處于穩定沉降的依據。

4）篩選異常值:參照二道井子夏家文化遺址案例，其文物保護要求要求較高，設計上為最大地表累計沉降為30 mm。 文章取文物建筑累計沉降達到30 mm 為異常值，且30 mm 的沉降較易配合周邊水準點數值及現場痕跡核實是否為真實沉降，如短期內累計沉降累計達到30 mm，應立即核實是否為真實沉降。

沉降數據分析實例: 對原始沉降觀測數據采用Microsoft Excel 2003 進行整理并生成圖表。 并且依據2016 年獲取的0∶00:00 觀測的已知樣本數據，獲取單個水準點的最大值和最小值作為該點位的歷史上限和歷史下限。 超過上下限的點位劃為警戒點，作為原因分析對象，當日沉降超過30 mm 的列為異常值，應做核實檢修或擾動等原因記錄。

鼓浪嶼黃榮遠堂1-5 號水準儀水準儀，11 日數據均出現異常。 經查，11 日廈門天氣為多云、 溫度16-22 ℃、東風 1-2 級，無地震等災害。 11 日的1-5號水準點全部超出警戒線與天氣無關，其中3 號水準儀沉降193.628 mm、4 號水準儀沉降60.799 mm、5 號水準儀沉降55.835 mm，均已超過30 mm。 經現場查看核實，未出現如此大量沉降的痕跡，核實為儀器檢修引起，該數據作剔除處理。1 號和2 號水準儀11 日沉降量也達到了警戒點，1 號為6.582 mm，2 號為1.173 mm，考慮為擾動儀器檢修或擾動影響，因沉降值較低，無法通過現場確認為異常值，作為可疑數據并入數據處理。 2 號水準點當月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，建筑物處于穩定沉降狀態。 1 號水準點因為11 日數據的影響，日均沉降超過0.04 mm/d。 鑒于11 日當天有發生儀器檢修有擾動，1 號水準點11 日的異常數據作為儀器檢修異常剔除后，當月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，處于穩定沉降狀態。

表1

沉降觀測數據見表1。

總結: 文物沉降觀測一般是建筑物發生疑似不均勻沉降引起的開裂采取的病害控制手段。 雖然文物建筑一般年代久遠，沉降趨穩，但是數據波動比較大，分析起來比較困難，為更好的控制病害，建議如下:①對于異常值應立即核實，為避免不必要的核實工作，任何檢修或擾動等可追溯的動作務必記錄詳盡，必要時可增設攝像頭方便核實是否有人為擾動。 ②對于警戒值除了極端天氣或地質災害外，出現警戒值也是不合理的，所以有氣候災害也應一并記錄，因為警戒值大部分數值較低，現場痕跡無從核實，可用游標卡尺等監控建筑單位的裂縫擴展情況。 ③對于日均沉降數據超出穩定值，應列為風險控制目標，仔細監控病害發展，對于變化比較不明顯的裂紋建議用貼石膏餅法觀測病害是否繼續惡化。