浅谈工程建筑物变形观测点的布设

符海鸥，覃文柱

（四川省核工业地质调查院，成都 610000）

浅谈工程建筑物变形观测点的布设

符海鸥，覃文柱

（四川省核工业地质调查院，成都 610000）

工程建筑物变形观测是指对工程建筑物由于某种原因而产生的形状、大小和位置等方面的变形所进行的观测和分析的过程，是保证工程建筑物安全的重要手段。本文就工程建筑物变形观测点的布设原则以及对不同工程建筑物如何进行变形观测点的布设做简要阐述。

布设；变形；观测点；工程建筑物

变形观测是指定期对变形体的有关几何量进行测量，并从测量结果中整理.分析出变形规律的过程。其基本原理是：在变形体上选择一定数量的有代表性的点，通过对这些点的重复观测来求出几何量的变化。我们把这种位于变形体上的具有代表性的点称为“观测点”或简称为“测点”。由于测点的位置是变化的，为了求出这种变化，从理论上讲，还必须一定数量的位置固定或变化甚小的点，我们称之为“基准点”或简称为“基点”。有时，由于实际工作的原因，直接利用基点是困难的或不合理的。此时，我们还要利用一些介于测点和基点之间的过渡点，即所谓的“工作基点”。一般地，我们把由基点.工作基点.测点构成的观测系统称这为“变形观测系统”。下面就工程建筑物变形观测点的布设原则及不同工程建筑物变形观测点的布设方法做简要阐述。

1 工程建筑物变形观测点的布设原则

变形观测点是直接布设在工程建筑物即所谓的变形体上，用以测定变形体变形值的点。在整个观测与分析过程中，测点的位置变化被看成是工程建筑物形变的理所当然的反映，特别是在分析过程中，我们将从测点的变化来归纳出变形体整体形变的规律。因此，可以说测点与变形体的关系如同样本与母体的关系。对测点的观测实质上是对变形体（母体）的一次抽样。在统计理论中，对于样本的最基本的要求是它应具有充分的代表性。具体到测点布设，这种代表性体现在以下三个方面，这三个方面也正是测点布设时应遵循的最基本的原则：

1）有足够的点数；

2）应考虑特征点（即能控制整个建筑物变化的点和关键部位上的点）；

3）应与变形体紧密结合在一起。

以上这些原则为基础，再结合不同建筑物的具体情况进行具体分析，并与工程设计人员密切配合，方可设计出合理的布点方案。

2 不同工程建筑物变形观测点的布设

2.1 工业与民用建筑物变形观测点的布设

工业与民用建筑物的变形观测的主要内容是基础的沉陷观测。对于高层建筑物则辅以倾斜观测与风振观测。对于重要的工业设备，有时也要求进行垂直位移和水平位移观测。

关于基础沉陷观测点的布设方案，通常由设计部门提出要求，由设计人员和测量人员共同研究后确定。布设时，一方面要有足够的密度，以便反映出整个基础的沉陷情况，并绘出等沉陷曲线图；另一方面，也应尽量减少不必要的测点，以避免不必要的人力.物力的浪费。在确定沉陷点的布设方案时，还应考虑建筑物的规模.形式.结构特征以及建筑场地的工程地质.水文地质等条件，分析可能引起沉陷的因素及沉陷关键部位，在相应部位上布设测点。另外，还应注意：测点应在施工过程中埋设，且应牢固地与建筑物结合在一起。埋设时，还应考虑点的安全性，尽量保证在整个观测过程中不受损坏。

对于民用建筑物， 通常在它的四角点.中点.转角处布置观测点。沿建筑物的周边每隔10~20m 布置一个观测点，设置有沉降缝的建筑物，或者在新建与原有建筑物的连接处，在其两侧或伸缩缝的任一侧布置观测点；对于宽度大于15m 的建筑物，在其内部有承重墙或支柱时，应尽可能布置观测点。为了查明基础纵横方向的弯曲和曲折，在其纵横轴线上也应埋设观测点。

对于一般的工业建筑物来说，除了在柱子基础上布设观测点之外，在主要设备基础的四周，以及动荷载四周和地质条件不良之处也要布置观测点。

对于高层建筑物而言，由于它层次多，荷载大，重心高，基础深，因此变形观测的作用也特别显著。由于高层建筑物的上述特点，在观测过程中除了进行基础沉降观测之外，还要进行建筑物上部的倾斜与风振观测。为了观测基坑开挖过程中地基的回弹现象，在施工之前还应布设地基回弹观测点。布点时应以点数最少而又能测出需要的地基纵横断面的回弹量为原则。一般是在建筑物的纵横轴线上布设观测点。

为了研究土层压实的情况，应布设分层沉降观测点，布点时，最好是布设在基础中心线上，条件不允许时，也可以布设在基坑边缘。分层沉降观测点埋设的最大深度应达到理论计算的受压层的底部，其余各层观测点的深度和数量应根据土层和应力大小而定。

2.2 混凝土重力坝变形观测点的布设

混凝土重力坝变形观测主要包括垂直位移观测（基础沉陷.坝体在垂直方向上的伸缩）.水平位移观测.坝体倾斜观测及挠度观测等。在坝体垂直位移观测中，主要是基础沉陷观测。根据大坝基础的地质条件.坝体结构.内部应力的分布情况以及观测便利等因素来考虑，将基础沉陷观测点布设在基础廊道的中心线与每个坝段中心线的交点处。原则上每坝段布设一点。对于重点坝段（坝体较高.地质条件不良）除了地基础廊道内每坝段增设一个观测点外，还应在横向廊道内增设一些观测点，这些点一方面用于测量基础的沉陷，另一方面还可用于计算基础的倾斜（转动）。为了测定坝体本身在垂直方向的伸缩，还应平行于坝轴方向在坝顶下游坝肩及坝趾处布设若干观测点。

混凝土坝的水平位移观测包括如下内容：

1）大致在同一高程面上的不同点位在垂直于坝的纵向轴线方向的水平位移。一般用基准线法进行观测。此时可在坝顶或纵向廊道内布设一定数量的基准线。

2）在同一铅垂线上不同高程处的水平位移。一般是在大坝的垂直廊道内布设正垂线用坐标仪进行测量。

3）任一点在任一方向上的水平位移。可用导线法或前方交会法测定。此时可将观测点布设在基础较差.构造单簿的坝段。通常将其埋设在坝下游背水面的不同高程处。所有的水平位移观测点均可作为垂直位移观测点。

2.3 土石坝变形观测点的布设

土石坝的结构比混凝土重力坝简单，变形观测的主要内容为垂直位移观测和水平位移观测。其观测点的布设原则是：应该具有代表性且能控制坝体的主要变形情况。观测点一般布设在坝面上。例如： 最大坝高处.合拢段.泄水底孔处.闸门处.坝基地质不良以及坝底地形变化较大之处。同时，为了了解整个坝体变形的全貌，在其它地段也应布点。布点时可沿坝轴线方向以河床中心最大坝高处为起点成断面状向两端布设。横断面间距一般为40~80m，对于横断面形状基本相同而基础又没有多大变化的长坝，间距可以适当加大。但观测横断面的数量不能太少，以免绘制等沉陷图时产生困难。在土石坝的横断面上，一般可平行于坝轴线方向布设4~5条观测断面。各断面上的观测点应该在平行于坝轴线的同一直线上。

对于土石坝而言，垂直位移和水平位移的观测标志通常设在同一观测点上。也就是说，垂直位移观测点一般也是水平位移观测点。实际当中，为了施工的方便，土石坝一般不设观测廊道，所以观测点均布设在坝面上。

2.4 综述

通过以上方法布设观测点后，如果能测出这些观测点的坐标变化，就可求提所需要的变形值，以进一步分析建筑物的变形状况。然而，要求得上述观测点的坐标变化，必需要有一些固（稳）定（或相对固定）基准点，也即必须有一些固定的点来作为测量分析的依据。否则，若没有足够的固定点作为基准，测出的位移将只是相对的，有时甚至是没有意义的。

由此可见，选择基准点的关键是要求其“固定”，即它本身没有位移。对此可作如下分析：工程建筑物兴建后，其周围地区的受力情况是：随着离开它的水平距离和垂直距离（深度）的改变而变化。离开建筑物越远，深度越大，地基受力就越小，直至一定的范围之外，这种影响完全消失。因此，从理论上讲，由工程建筑物的兴建而产生的变形（体）是有一定范围的。只要将其基准点选择在这种范围之外，即可满足固定的要求。由此可见，布设基准点可选择如下两个方法：一是远设（在水平方向上设在变形体外）；二是深埋（在垂直方向上设在变形体之外）。然而在实际工作中，这两个方法是难以实现的，或者说即使是能实现也是不尽合理的。这是因为：如果采用远设的方法，就会使观测路线增长或网的规模加大。这就起码会带来两个方面的不利影响：一是加大了每期观测的工作量；二是扩大了误差的累积效应。这两个方面的不利影响对于变形观测来说是致命的。因为变形观测的基本特点是重复观测和精度要求高。因此，不考虑具体的工作情况，片面地追求远设和深埋是不现实的。在变形观测的实践中，对于变形体范围不大的场合（例如一般的工.民用建筑物），采用深埋和远设的方法是可行的，因为此时的远设也不是很远，深埋也不至于太深。而对于变形体范围A 大的情况（例如大型水利工程），采用远设和深埋就不太合适了。此时，应采用变通的方法，在观测点与基准点之间增加工作基点作为一种过渡来解决上述问题。

对于工作基点的要求是：变形速度小，且与观测点之间的距离较近。这样，实际工作时，可以用工作基点作为过渡性的基点来测定观测点相对于工作基点的位移，称之为“测点观测”，再利用固定基点来测定工作基点相对于固定基点的位移，称之为“基点观测”。计算时，利用基点观测的成果对测点观测的成果加以改正，最终就能求出观测点相对于固定基点的位移。

[1] 李青岳. 工程测量学[M]. 北京: 测绘出版社, 1984, 1.

[2] 张培基. 水坝变形观测[M]. 北京: 测绘出版社, 1981, 1.

[3] 城乡建设环境保护部. 全球定位系统城市测量技术规程(CJJ73-97) [S]. 1997.

On Point Location for Deformation Observation of Engineering Buildings

FU Hai-ou QIN Wen-zhu
（Sichuan Institute of Geological Survey for Nuclear Industry, Chengdu 610061）

Deformation observation of engineering buildings refers to observation of such deformation as variation in shape, size and location engineering buildings resulting from any reason. This paper has a discussion on principle of point location for the deformation observation.

location; observation point; deformation; engineering building

TU 317

A

1006-0995（2014）01-0095-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.01.022

2012-10-29

符海鸥（1983～），男，湖南怀化人，工程师，主要从事测量及其相关工作