建筑物變形監測方案研究

孫會超，蘇帥偉，任鼎鑫

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南鄭州450016）

0 引言

變形是自然界普遍存在的現象，它是指變形體在各種負荷的作用下，其形狀、大小及位置在時間和空間中的變化。建筑物變形原因有自然因素影響和自身因素影響［1］。建筑物在設計的時候都會設置一定的變形閾值，但是一旦變形值超過變形的最大允許值就會影響建筑物的安全，輕則影響建筑物的使用，重則發生危險災難。

為了及時地檢測出建筑物的安全狀態，需要對建筑進行變形監測，以了解建筑物的變形狀況，提供預警，為建筑的加固等提供數據支撐。

1 監測模式

1.1 周期性監測

周期性監測模式在建筑物的變形監測中是最常用的。周期性監測模式主要是指當形變體的變形速率相當緩慢時，在局部時間域和空間域相對穩定時，可進行周期性變形監測，監測頻率視具體情況可為數月、一年或甚至數年之久。此時可以采用多種技術手段進行監測，觀測時間間隔應依照監測精度的要求而定。數據處理與分析在事后進行，用專用的后處理軟件進行解算，計算出建筑物的變形量，得到最終的成果報告。

1.2 連續性監測

連續性監測模式就是指利用固定儀器進行長時間的數據采集，獲得變形數據系列，此時監測數據是連續的，具有較高的時間分辨率。可以根據監測要求設定觀測精度，目前監測的精度一般為毫米級或者亞毫米級的精度。連續性監測的最大優點為速度快，可以動態監測目標的變形情況。

一般情況下，選擇周期性監測還是連續性監測模式，應根據監測對象、監測要求、儀器設備和經費等因素進行綜合考慮。

2 變形觀測的方法

2.1 基準點的布置

（1）建筑沉降觀測應設置基準點，如果基準點距離需要觀測的建筑比較遠，則還可以增加工作基點，便于觀測，工作基點可根據需要設置。一般情況下，在進行沉降觀測的時候，其基準點的個數應在3個以上，但是對某些特別的建筑物需要進行適當增加觀測點，設置的基準點要有一定的檢核條件，觀測要有一定的多余觀測。

（2）基準點的標石應埋設在基巖層或原狀土層中，在建筑區內，點位應設置在變形區影響范圍外，距離鄰近建筑物最大地基距離的兩倍以上，所設標石應大于建筑物根基深度。建筑物內部的監測點，埋設深度應大于壓縮層的深度，避免由于房屋的沉降導致基準點點位的變化。

（3）基準點應設置在監測目標變形范圍之外的地質條件穩定，且易于保存的地方。在建設過程中要根據情況及時復測。當基準點穩定后，根據設計需要進行定期復測。當基準點受到如附近施工影響，大型車輛碾壓、劇烈震動等外界較大影響時，或者是定期復測時發現基準點變化較大時，應根據情況制定方案進行復測，并分析原因，及時采取措施。

（4）基準點和工作基點應先在圖上設計，根據觀測目標、觀測方案和觀測儀器進行合理布設。在外業布設基準點時應避開松軟土地、公路主干道、水源地等易遭破壞的地方。若采用GPS進行觀測，還應考慮避開發射塔、高壓線等干擾強烈地方，以避免對觀測結果產生影響。

2.2 沉降觀測點的布置

沉降觀測點布設的基本原則是要能夠全面反映建筑物的變形特征，方便觀測。綜合考慮建筑物所在的地質條件和建筑物的特點，一般情況下觀測點布置在以下位置。

（1）大轉角處及沿外墻或根柱基上，建筑物的四角等建筑物特征位置。

（2）沉降縫兩側、建筑物裂縫、基礎埋深相差懸殊外、人工地基與天然地基接壤處、不同結構的分界處及填挖方分界處［2］。

（3）框架結構建筑物的部分柱基上或沿縱橫軸線設點［3-4］。

2.3 水準點穩定性監測

水準點在使用之前應進行聯測檢校。水準點應布設在受建筑物變形影響范圍外，同時應避免布設在公路上和土質松軟的地上，以避免水準點沉降，影響觀測結果。為了觀測方便，水準基準點也不能離監測建筑物過遠。因此，水準點的布設需要綜合考慮使用的方便性、布設的穩定性等因素，首先在圖上設計好之后，進行選點埋設。

2.4 變形監測的方法

沉降觀測可以采用水準儀進行。觀測過程中要盡量使前后視距相等，減小i 角誤差。每次觀測要用同一套儀器設備，同一班人員進行觀測。

根據工程的性質、地質情況和觀測目標等來確定觀測的頻率。在首次進行觀測前，應對基準點進行檢測。根據觀測數據的情況來確定觀測時間間隔。總的來說，剛開始觀測時，時間間隔要短一些，待沉降穩定后觀測時間間隔可以適當延長。

2.5 變形監測的精度

變形監測精度要求［4］如表1和表2所示。

3 變形監測方案的制定

3.1 變形監測方案制定

（1）根據建筑物的狀態確定監測的精度。（2）確定觀測時間間隔。（3）確定觀測次數。

根據變形影響因子的預估值大小、時間特性以及其對變形體發生作用的知識性推斷，可得到一個概略模型。通過該模型，根據監測目標的精度因素，估算出觀測時間間隔、觀測次數等。

3.2 變形監測精度要求

由于每個工程對精度要求不盡相同，因此在確定監測精度時要根據任務要求來確定。以二等水準為例，精度要求有附和或環線閉合差，測段線路往返測高差不符值等要求，精度要求如表3和表4所示。

表1 建筑變形測量的等級、精度指標及其適用范圍

表2 沉降量觀測中誤差的要求

表3 測段線路往返測高差不符值、附和導線和環線閉合差以及檢測已測測段高差之差的限差

表4 內業計算精度要求

4 變形監測實例分析

4.1 變形監測點布設

某七層建筑物建設時間較久，為了解該建筑物的變形情況，則需要對該建筑物進行監測。監測點沿軸線布設在建筑物的外墻及根基處。

位移監測采用靜態測量監測模式，觀測之后利用精密數據處理軟件進行數據的后處理。靜態數據處理模式是以每一期觀測數據做一次相對定位，然后通過計算兩期監測點的坐標差來測定變形量。根據兩期監測點的坐標差,采用統計檢核的方法來確定該坐標差是否是變形量。利用二等水準測量方法，對監測點進行測量將觀測結果進行解算，最終整理之后可以得到4個監測點的平面位移及沉降變化值。

4.2 成果提交

數據處理無誤后，將數據處理結果及外業觀測數據提交。

（1）測量任務書、技術設計書；

（2）外業觀測原始數據及各種記錄表；

（3）技術總結及成果。

5 結語

建筑物變形監測對于建筑物的安全運行有著重要作用。因此，只有合理制定監測方案，采用合適的觀測儀器和數據處理方案，才能提高建筑物監測精度，才能夠更好地為后續處理提供數據支持。隨著科學技術的快速發展，監測手段朝著智能化、自動化方向迅速發展，為建筑物的監測提供了強有力的支撐。