工程施工中变形观测技术与方法

卫艳霞

(黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁 810008)

0 引言

从20世纪90年代以来，工程变形监测手段的硬件和软件迅速发展，人类社会的进步，加快了工程建设的进程，并且对现在工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求，保证工程建筑物安全施工是一个十分重要而且很现实的问题［1］。因此，变形监测工作的意义更加重要，成为工程设计和施工质量控制的重要手段［2，3］。

1 主要观测方法

按照JGJ 8-2007建筑变形测量规范中二等变形观测的技术要求，

使用精密电子水准仪并结合施工现场的实际情况深入探究了施工建筑沉降方案，包括对沉降基点和沉降观测点的布设、观测周期的确定以及基准点的检测方法等。通过绘制各个沉降观测点的沉降折线图来反映各个观测点沉降变化过程。计算出各个点的沉降速度，分析各点稳定性。最终通过计算确定平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、最大倾斜值、最小倾斜值。具体内容如图1所示。

图1 沉降工作流程图

2 沉降观测实践

2.1 工程概况

工程为某商住楼，该工程所处的地段由于二十多年来过量开采地下水，从而致使地下水位急剧下降。处于符合漏斗范围的地方存在孔隙比较大，高压缩土层。因此，工程区较容易引起地面的沉降。

2.2 观测仪器及精度要求

沉降观测仪器一般使用精密水准仪，测量精度的确定极其重要，过高的精度要求使测量工作复杂、增加费用和时间，精度定的太低又会增加变形分析的困难，使所估计的变形参数误差增大，得出不正确的结论。制定变形观测的精度取决于变形的大小、速率、仪器和方法所能达到的实际精度，以及观测的目的等［8］。测量精度确定后，测量过程严格按照JGJ 8-2007建筑变形测量规范中二等变形观测的技术要求施测获得了可靠的数据，此时的观测精度可达到0.3 mm/km。

2.3 观测系统的建立

1)水准基点的选埋。具体要求水准基点要布设在建筑物沉降区、施工机器震动区及开挖区的范围以外，水准基点与邻近建筑物的距离应大于建筑物基础深度的1.5倍～2.0倍。至少布设三个水准基点，三个水准基点构成闭合检校，并保证在施工现场内任何地方架设仪器至少后视到两个基准点，同时水准基点离开观测点不应大于100 m。沉降观测水准基点可根据地质条件不同选择深埋式或浅埋式［9］，图2为三个水准基点点位分布。

图2 水准基点分布图

2)沉降观测点布设。沉降观测点是固定在观测的高层建筑物上的标识，选用的是直径为20 mm的螺纹钢，用冲击钻固定在建筑物的墙体上。按照JGJ 8-2007建筑物变形测量规范中要求沉降观测点的数量和位置应能全面反映建筑物的沉降情况［10］，在下列位置点位选设如图3所示。

2.4 观测周期的确立

图3 沉降观测点位图（单位：m）

沉降观测周期包括沉降观测网的观测周期和基准网检验周期。施工阶段的观测随施工进度及时进行。观测次数与时间应视地基与加荷情况而定。施工过程中如暂时停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。停工期间，可每隔2个月～3个月观测一次。封顶至竣工阶段观测，每月观测一次。在观测过程中，如有基础附近地面荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间连续降雨等情况，均应及时增加观测次数。当建筑物突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或几天一次的连续观测［11］。

2.5 进行沉降观测

本次观测选用的仪器为徕卡NDA03精密水准仪，配合铟钢条码尺观测精度可以达到0.3 mm/km，沉降观测的观测路线是由沉降基点和沉降观测点组成闭合路线。因为首次观测的沉降点高程值是以后计算沉降量的依据。因此，要求必须采用往返测两次观测，且两次观测都应为偶数站。在两次所测得的沉降点的高程值差值满足1 mm以内后，取两次测量高程值的平均值作为最后的沉降点高程。在以后的沉降观测中允许采用单程观测，因为沉降点和基准点组成的是闭合路线，可以通过闭合差来检验测量的精度。要求闭合差小于允许值的一半。图4为本次沉降观测路线图，测量从J1开始并闭合到J1，取往测与返测的平均值作为最后的高程值［12］。

图4 沉降观测点分布图

3 沉降数据处理

3.1 水准网的平差

在经典平差中采用选择固定基准的方法来确定参考系，不同的参考系给出网点不同的位移值。由经典平差所求得的网点位移值是相对于假定的固定点的变化量。当网中存在固定点时，采用这些固定点作为基准应用经典平差可以得到满意的效果。当监测网中所有网点具有微小的随机变动时，自由网平差对这种变形情况是一种有效的分析方法［13］。

本次沉降监测采用的是经典平差的方法，使用的是徕卡水准网平差程序，把沉降基点J1的高程值视为真值，设起算点J1的起算高程为10.0 m，闭合点J1高程为10.0 m。把每次的观测数据输入到软件中，对闭合环进行平差处理。以第十次观测数据为闭合环 如 图 4 所 示:J1—J2—1—J3—A6—A7—A8—A9—A10—2—A5—3—A4—A3—A2—4—J1。

3.2 基准点稳定性检验

虽然沉降基准点往往布设在远离变形体的稳定地层或基岩上，但是参考点也可能因为某些因素而发生移动。在变形观测过程中为了能够发现不稳定的参考点，通常布设多个参考点，且构成一个参考网。通过定期对参考网的复测来检查参考点是否稳定，并将不稳定的参考点剔除［14］。如图3所示，通过比较基准点与检测点的相对标高H1和测标高H2的差值是否在允许值之内来判断基准点的稳定性。

3.3 累计沉降量的计算

水准网平差处理后，根据计算出的各个基准点高程和沉降点相对于相应基准点的高差，计算出各沉降点的高程。各个沉降点前后两次的高程之差即为这周期的沉降量，各期沉降量的和为沉降点的累计沉降量［15］。

3.4 沉降变形曲线

在沉降数据的处理上，一般采用变形折线图来反映变形观测点的变形大小和速度。在绘图时，根据经验和沉降趋势判断，剔除存在观测误差的点［16］。由于本次监测时间跨度大，且每次观测相隔时间差别很大，为了便于清楚表现每次沉降观测各个观测点的变形情况，以观测次数为横轴，单位为次，沉降量为竖轴，单位为mm，各个沉降点用不同的曲线表示，并把每次观测距离第一次观测时长标注在图上，形成整个检测过程中沉降变形的折线图5。

图5 商住楼沉降曲线

通过图5可以明显看出来各个观测点随观测次数的沉降大小和沉降趋势，对于同一次观测，还能比较出不同观测点变形大小。图5各个观测点总体呈缓和下降趋势，符合沉降观测的客观规律。

3.5 工程安全评价

该商住楼已经沉降观测十次，现将几个主要观测数据计算如下:

1)平均沉降量为 －6.41 mm，最大沉降量(A2)为 －9.77 mm，最小沉降量(A9)为－1.35 mm。

2)观测点相对倾斜值按下式计算:

其中，Si为基础倾斜方向端点i的沉降量，mm;Sj为基础倾斜方向端点j的沉降量，mm;L为基础两端点i，j间的距离，mm。

观测点最大相对倾斜值(A1—A2)为0.000 31，观测点最小相对倾斜值(A4—A5)为 0.000 040 909。

3)差异沉降最大允许值按下式计算:

M最大=2/1 000×L，L为两相邻沉降点的最小间距。

M最大=2/1 000 ×10.0 m=20.0 mm。

观测结果最大差异沉降量点A2与A3，值为5.58 mm＜20.0 mm，在允许沉降范围之内。根据对观测数据的分析、比较，认为本建筑物在观测期间沉降量较小。

4 结语

工程施工监测中采用了精密测量仪器，由专门人员严格按照JGJ 8-2007建筑变形测量规范中二等变形观测的技术要求施测。通过对测量数据的处理，最终获得施工过程中各个沉降观测点的变形折线图，客观的描述了沉降观测点在不同施工阶段的沉降变形情况。通过计算得到施工中的平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、观测点最大相对倾斜值和最小相对倾斜值以及最大差异沉降量，比较其与允许值的大小，判断该工程为安全工程。

［1］ JGJ 8-2007，建筑变形测量规范［S］.

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［4］ 吕喜明，李明远.最小二乘曲线拟合的MATLAB实现［J］.内蒙古民族大学学报(自然科学版)，2009，24(2):125-127.

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