建筑物主体倾斜测量方法探讨

□钟文勇

随着城市化进程的加速，城市中高层建筑物的数量越来越多，建筑物主体倾斜测量作为建筑物变形监测的一部分，其重要性也越来越明显，高层建筑的倾斜问题，对建筑物危害较大，对建筑物的使用寿命有直接影响。建筑物在施工过程中和使用过程中都会发生几何变形，包括下沉、位移、倾斜，并可能由此产生裂缝，构件挠曲、扭转等。不同的建筑物有不同的允许变形值，如果实际变形超过了限值就会危害建筑物的正常使用或者预示建筑物的使用环境产生了某种不正常的变化。为保证工程建筑物在施工、使用和运行中的安全，以及为建筑设计积累资料，必须在建筑物施工过程中及竣工后进行变形观测。倾斜监测可以为设计和施工部门提供相关的参考数据以便及时采取措施，达到安全施工、杜绝安全隐患的目的。本文结合作者近来完成的一项高层建筑物的监测项目，对建筑物倾斜观测的全站仪反射镜片法与传统的经纬仪正交垂直投点标定法进行了精度分析和探讨。

一、建筑物倾斜观测

(一)曲江明珠城倾斜监测工程概况。该工程为韶关市亿华房地产有限公司城西旧城改造项目位于韶关市曲江区马坝镇旧城改造项目五号地块为一幢89.70米高的28层商品楼，地基基础设计为甲级；该楼位于市中心，周边建筑物较为密集，四周均为街道；该项目验收前要求委托第三方进行建筑物的安全监测，其中包括沉降监测和倾斜监测。

(二)项目实施。建筑物产生倾斜的原因之一是地基承载力的不均匀、建筑物体型复杂形成不同荷载及受外力风荷、地震、温度和地下水位的变化等影响引起建筑物基础的不均匀沉降；二是建筑本身的自重及荷载等。用测量仪器来测定建筑物的基础和主体结构倾斜变化的工作，称为倾斜观测，倾斜观测一般是用水准仪、经纬仪、垂球或其他专用仪器来测量建筑物的倾斜度。应测定建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值，再根据建筑物的高度，计算建筑物主体的倾斜度，即I=tanα=ΔS/H。倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值ΔS。偏移值ΔS的测定一般采用经纬仪投影法。《建筑变形规范》中规定对建筑物外部进行倾斜测量时，测站点的点位应选在与倾斜方向成正交的方向线上距照准目标1.5～2.0倍目标高度的固定位置，但对该高层建筑物进行倾斜观测时由于该楼房较高其施工场地受限严重，采用吊垂球法难以实施、采用传统的经纬仪正交垂直投点标定法已很难观测全面，而使用免棱镜全站仪进行建筑物倾斜监测的方法也存在监测点位难以统一等问题，精度难以保证。鉴于上述问题，笔者根据实地情况采用全站仪反射镜片法进行监测，在高层建筑每条边的相对底部和顶部各一个发射镜片。

在每一面墙的正对面能看到反射镜片的任意地方架设全站仪，假设正对楼房的反方向为北方向，然后照准每一个反射片用极坐标法对每一条边的底部和顶部反射片进行坐标点的采集，采集得到1#点底部坐标为X=1093.245,Y=2023.880，H=112.505，顶部坐标为X=1093.310,Y=2023.865，H=188.485；2#点底部坐标为X=785.270,Y=1910.620，H=113.035，顶部坐标为X=785.250,Y=1910.610，H=186.770；3#点底部坐标为X=900.730,Y=1867.160，H=135.360，顶部坐标为X=900.755,Y=1867.195，H=188.150；4#点底部坐标为X=937.400,Y=1880.935，H=108.120，顶部坐标为X=937.415,Y=1880.920H=188.210。

利用经纬仪正交垂直投点标定法。由于该建筑物较高，施工场地受限严重，难以找到两个相互垂直的方向进行建筑物的倾斜观测，即使能找到，通常也难以做到严格垂直，采用经纬仪正交垂直投点标定法很难每边观测完整，因此根据实地情况只能该楼房1#，4#两边进行数据的采集，在每一条边的两个垂直方向架设经纬仪，利用经纬仪可以直接测出建筑物的倾斜度，其原理是用经纬仪测出建筑物顶部的倾斜位移值，则可计算出建筑物的倾斜度。

利用此方法采集的角度值、和高度值如下：1#(东)起点为0°00′00″，止点为359°59′55″，高度76米；1#(南)起点为0°00′00″，止点为359°59′42″，高度76米；2#(东)起点为0°00′00″，止点为0°00′05″，高度70米；2#(北)起点为0°00′00″，止点为0°00′04″，高度70米。

二、建筑物测量精度对比

(一)全站仪反射镜片法。利用简单的计算公式:①位移量=A2-A1②倾斜量=SQRT(△X+△Y)③倾斜率=倾斜量/计算高度。

(二)经纬仪正交垂直投点标定法。由于不能每边都采集到应有的数据，只能对采集到的两边进行数据分析。通过已知角度α和高度H计算位移量和倾斜量，利用公式I=tgα=ΔS/H最终计算结果如下：1#(东)弧度为6.283161，位移量为18mm；1#(南)弧度为6.283098，位移量为66mm由此可以计算出1#点的倾斜量为68.4mm，倾斜率为0.88‰；2#(东)弧度为0.000024，位移量为17mm；2#(北)弧度为0.000019，位移量为14mm，此可以计算出2#点的倾斜量为22mm，倾斜率为0.30‰。各规范建筑变形允许值如下：其中规范JGJ125-99规定倾斜率小于1%，GB50204-2002规定垂直度H/1000且≤30mm建筑观测的精度要求取决于该工程建筑预计的允许变形值的大小和进行观测的目的。若为建筑物的安全监测，其观测中误差应小于允许变形值的1/10-1/20;若是为了研究建筑物的变形过程和规律，则其中误差应比这个数少得多，即精度要求要高得多。通常“以当时能达到的最高精度为标准进行观测”所以建筑变形规范规定：建筑顶部的水平位移、工程设施的整体垂直挠曲、全高垂直度偏差、工程设施水平轴线偏差等建筑的整体变形的的测定中误差，不应超过其变形允许值分量的1/10即为1‰，从两表的数据作对比可以看出采用两种方法观测到的数据得到的倾斜量均一样：1#边为0.88‰,、4#边为0.30‰，观测精度均满足规范要求，两种观测方法所产生的误差可以忽略不计，从计算结果可以看出整栋建筑物的变形值在正常范围内，均能满足各规范规定的变形允许值。

三、结语

研究结果显示采用全站仪反射镜片法与传统的建筑物倾斜观测方法相比，该方法在保证测量精度的同时，能够较快完成高层建筑物主体倾斜监测工作，同时最大程度的解决建筑场地狭小无法完成正交垂直投点标定法倾斜测量等问题、灵活性强，受场地限制较少，观测的工作量也比传统方法显著减少，完成数据采集后通过简单计算公式便可得出倾斜率，具有极大的优越性。