工程实践的建筑变形监测技术分析

一、建筑变形监测

建筑物变形监测的目的就在于获得变形体在空间与时间上的特征，进而对其作出几何分析与物理解释。实际上建筑物变形监测具有实用和科学两种意义，其实用意义是指通过对各种建筑物，以及地质构造的稳定性进行检查，及时发现问题并采取相应的措施予以解决；而科学意义则是通过对变形机理更好地解释并验证有关理论，建立其正确预报变形的理论与方法。变形监测按从变形体的空间位置角度来划分，可分为外部变形监测和内部变形监测。外部变形监测手段技术成熟并具有较好的通用性和较高的精度，主要是对变形体空间三维几何形态上的变化进行观测，进而提供变形体整体变形信息。其常规测量仪器主要有水准仪、经纬仪、测距仪、全站仪等测量设备，以及摄影测量设备等。但是这种测量方法在野外的工作量大，在连续监测上具有较大的困难。如今，随着新的测量仪器的出现，变形监测可实现测量全自动化，并结合GPS接收机的超测量机器人用于变形监测，不仅提高了观测的效率减轻工作量，同时也提高了外部变形监测的能力。内部变形监测则主要是观测变形体结构内部的应力、应变、渗压、土压力、温度、伸缩缝开合、孔隙压力等项目，主要是采用的均是各种高精度的专用仪器，所以容易实现连续自动的监测，以及长距离遥控遥测，但内部变形监测只能提供局部的变形信息。因此在变形监测数据的处理中，尤其是变形的物理解释和预测预报时，必须结合外部观测资料与内部观测资料同时分析。

二、基于工程实践的建筑变形监测方案设计

建筑变形是一个复杂而没有规律的过程，这种无规律性主要体现在建筑变形的时间和速度上。但是，建筑变形监测的次数却是有限的，因此对建筑进行科学有效的变形监测，选择合适的观测周期是保证观测变形结果正确性的基础，同时也是正确进行变形分析的基础，最终达到确保建筑安全性的目的。建筑变形观测贯穿了建筑的整个施工过程，从施工开始到结束共有两次建筑变形监测，这两次观测的所间隔也就是一个观测周期。为了更好的确定变形观测周期，保持观测结果的科学性和有效性，需要根据工程所在地地质条件、建筑物的特点、变形规律与速度以及观测精度来确定。同时，在建筑变形监测中应考虑到外界自然因素如温度、风荷载等对观测结果的影响。

（一）观测精度确定

建筑变形量能够确切地反映出建筑物及其地基的实际变形情况、变形趋势，同时建筑变形量也是确定检测方案与检验成果质量的基本依据。观测成果是否可靠除了受观测精度的直接影响外，还受到观测方法与仪器设备的影响，为此，在建筑物变形监测中需要确定合理的观测精度，尽管国内外对变形监测精度看法存在差异，但是变形监测精度一定是由观测目的所决定的。1971年，FIG国际测量工作者联合会在会上提出了“为了确保高层建筑的安全，当观测目的在于使变形值不超过某一允许数值时，观测中误差应低于允许变形值的1/10~1/20。二档观测目的为对变形过程进行研究时，中误差应远小于该允许数值。”同时，对于不同的建筑物来说，变形监测的精度也不同，而统一建筑不同位置的观测精度要求也可能不同，其观测精度等级主要以五个方面为根据。第一，将高层建筑的阶段平均变形量作为依据；第二，将高层建筑的最小变形量作为依据；第三，将某些固定值作为依据；第四，将预估变形速度、变形量作为依据；第五，将地基允许的变形值作为依据。在工程实践中，建筑监测精度通常以高层建筑地基允许变形值作为依据来进行推算，其中高层建筑地基允许变形量是由相应建筑规范规定或者设计单位给出的，通常包括了沉降量、沉降差、倾斜与局部倾斜四种。根据《建筑地基基础设计规范》，通过常用的高层建筑地基允许值就能够计算出相应的允许变形量，并以此确定观测的精度、观测的方法、使用的仪器设备等，并提供监测网网形设计与优化的依据。

（二）布设观测点

建筑物变形观测点包括了基准点、监测点。其中基准点又分为工作基点与稳定基准点，在监测过程中发挥着各自的作用。在基准点的布置上应充分考虑其稳定性，保证不受到干扰，并考虑技术的应用，因此基准点通常埋设在基岩上或者变性影响范围以外。为了保证基准点的稳定性，通常在监测点与基准点之间加设工作基点，并在基准点周围设保护点（以保护点作为基准点的检核或者受破坏时的恢复）。在进行基准点的布设时，主要对测量工作的需要进行考虑，而在监测点的布设中，需要与其他学科进行结合，布设的监测点通常位于高层建筑变形明显或者能够反映变形特征的部位，通常的布设部位在以下几个位置：一是基础类型、埋深与荷载存在明显不同的部位；二是建筑角点、中点位置，并且监测点每边应不低于三个；三是建筑沉降缝、伸缩缝与新旧建筑的连接处两侧；四是多边形、圆形建筑对称轴处；五是工业厂房独立柱基础。

（三）观测内容及观测周期的确定

1沉降观测。沉降观测通常采用水准测量法或者液体静力水准测量法。在高层建筑的沉降观测中，需要使用到精密水准仪，并根据国家二等水准技术要求进行观测，观测点联测到水准基点上，布设成闭合环或者与水准路线附和。在变形监测中采用水准测量时需要按照固定时间、固定路线、采用固定观测仪器由固定观测人员进行观测。沉降观测的周期通常根据经验公式来确定：其中，K为高程沉降量与误差比（通常为5~10），Mh为量沉降观测点间的高程误差，V为沉降速度。2倾斜观测。在对建筑进行观测时，需要对建筑主体的倾斜变形进行有效的观测，在测定的过程中应重视偏移值，该偏移值主要为顶部到底部的偏移值，并以此对建筑的倾斜度进行计算。在倾斜观测中具有较多的方法，高层建筑上部倾斜的观测传统方法包括全站仪坐标测量法，经纬仪投点法等，而在实际工程中则通常采用回归平面法，该方法通过高层建筑上个监测点的沉降量Zi，采用最小二乘法拟合高程建筑的沉降量回归平面：Zi=a□Xi+b·Yi+c，（Zi为本期观测值与原始高程的差值）。然后根据高层建筑的基础斜率α=（Si-Sj）/L得出倾斜结果。建筑倾斜观测周期通常根据倾斜的速度进行确定，一般在1~3个月观测一次。当基础附近大量卸载与堆放时，应增加观测的次数。在施工期间倾斜观测可与沉降观测协调进行，从而为建筑变形的分析和评价提供更完善的资料。3裂缝观测。在工程建筑中，可能会出现裂缝的现象，为确保建筑的安全性，我们需要对裂缝进行观测与分析，并技术采取相应的措施进行解决。为了避免裂缝较多造成混乱，因此在观测中通常需要对每条裂缝进行编号，然后分别观测裂缝的长度、宽度、位置与走势等。在裂缝的观测中一般有两种方法，一是绘制方格坐标，二是在裂缝两端做上标记，然后用钢尺进行丈量。工程实践表明，在裂缝观测中可以使用设置标点的测量方式有针对性的对具有典型性与重点性的裂缝进行具体的测量。4水平位移观测。在建筑水平位移的观测中通常根据建筑物的类型采用不同的测量方法进行测量，如直线建筑采用的基准线、距离丈量法和引张线法，曲线建筑常用的精密导线法、测角前方交会法，以及高层建筑通常采用的经纬仪投点法与测角前方交会法等。在水平位移观测周期的确定上，针对不良地基地区的建筑观测。

三、数据分析

通过在建筑变形检测中没上述几种监测内容与监测方法的应用，在得到一系列的数据之后，应对其进行系统化的整理与处理，并在处理完成后将此建筑变形的过程图绘制出来，进而方便清楚地进行查看与判断。同时该过程图还应作为对建筑变形程度、变形趋势以及使用是否安全的分析和评估的依据。

四、结语

如今，我国的城市化进程不断加快，建筑物如雨后春笋般拔地而起，并且样式多样，而在发展的同时越来越多的问题也随之而来，建筑变形监测也变得越发重要。建筑变形监测不仅是工程设计质量的保证，同时也是建筑质量的保证，在保障广大人民群众的生命财产安全中发挥着至关重要的作用。因此，我们需要加大力度进行建筑变形监测，与时俱进，以先进的技术与方法切实保证建筑的安全稳定，推动建筑业的长远发展。

作者：裴小强 单位：四川省川建勘察设计院

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