建筑物变形监测方案研究

孙会超，苏帅伟，任鼎鑫

（河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016）

0 引言

变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种负荷的作用下，其形状、大小及位置在时间和空间中的变化。建筑物变形原因有自然因素影响和自身因素影响［1］。建筑物在设计的时候都会设置一定的变形阈值，但是一旦变形值超过变形的最大允许值就会影响建筑物的安全，轻则影响建筑物的使用，重则发生危险灾难。

为了及时地检测出建筑物的安全状态，需要对建筑进行变形监测，以了解建筑物的变形状况，提供预警，为建筑的加固等提供数据支撑。

1 监测模式

1.1 周期性监测

周期性监测模式在建筑物的变形监测中是最常用的。周期性监测模式主要是指当形变体的变形速率相当缓慢时，在局部时间域和空间域相对稳定时，可进行周期性变形监测，监测频率视具体情况可为数月、一年或甚至数年之久。此时可以采用多种技术手段进行监测，观测时间间隔应依照监测精度的要求而定。数据处理与分析在事后进行，用专用的后处理软件进行解算，计算出建筑物的变形量，得到最终的成果报告。

1.2 连续性监测

连续性监测模式就是指利用固定仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。可以根据监测要求设定观测精度，目前监测的精度一般为毫米级或者亚毫米级的精度。连续性监测的最大优点为速度快，可以动态监测目标的变形情况。

一般情况下，选择周期性监测还是连续性监测模式，应根据监测对象、监测要求、仪器设备和经费等因素进行综合考虑。

2 变形观测的方法

2.1 基准点的布置

（1）建筑沉降观测应设置基准点，如果基准点距离需要观测的建筑比较远，则还可以增加工作基点，便于观测，工作基点可根据需要设置。一般情况下，在进行沉降观测的时候，其基准点的个数应在3个以上，但是对某些特别的建筑物需要进行适当增加观测点，设置的基准点要有一定的检核条件，观测要有一定的多余观测。

（2）基准点的标石应埋设在基岩层或原状土层中，在建筑区内，点位应设置在变形区影响范围外，距离邻近建筑物最大地基距离的两倍以上，所设标石应大于建筑物根基深度。建筑物内部的监测点，埋设深度应大于压缩层的深度，避免由于房屋的沉降导致基准点点位的变化。

（3）基准点应设置在监测目标变形范围之外的地质条件稳定，且易于保存的地方。在建设过程中要根据情况及时复测。当基准点稳定后，根据设计需要进行定期复测。当基准点受到如附近施工影响，大型车辆碾压、剧烈震动等外界较大影响时，或者是定期复测时发现基准点变化较大时，应根据情况制定方案进行复测，并分析原因，及时采取措施。

（4）基准点和工作基点应先在图上设计，根据观测目标、观测方案和观测仪器进行合理布设。在外业布设基准点时应避开松软土地、公路主干道、水源地等易遭破坏的地方。若采用GPS进行观测，还应考虑避开发射塔、高压线等干扰强烈地方，以避免对观测结果产生影响。

2.2 沉降观测点的布置

沉降观测点布设的基本原则是要能够全面反映建筑物的变形特征，方便观测。综合考虑建筑物所在的地质条件和建筑物的特点，一般情况下观测点布置在以下位置。

（1）大转角处及沿外墙或根柱基上，建筑物的四角等建筑物特征位置。

（2）沉降缝两侧、建筑物裂缝、基础埋深相差悬殊外、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处［2］。

（3）框架结构建筑物的部分柱基上或沿纵横轴线设点［3-4］。

2.3 水准点稳定性监测

水准点在使用之前应进行联测检校。水准点应布设在受建筑物变形影响范围外，同时应避免布设在公路上和土质松软的地上，以避免水准点沉降，影响观测结果。为了观测方便，水准基准点也不能离监测建筑物过远。因此，水准点的布设需要综合考虑使用的方便性、布设的稳定性等因素，首先在图上设计好之后，进行选点埋设。

2.4 变形监测的方法

沉降观测可以采用水准仪进行。观测过程中要尽量使前后视距相等，减小i 角误差。每次观测要用同一套仪器设备，同一班人员进行观测。

根据工程的性质、地质情况和观测目标等来确定观测的频率。在首次进行观测前，应对基准点进行检测。根据观测数据的情况来确定观测时间间隔。总的来说，刚开始观测时，时间间隔要短一些，待沉降稳定后观测时间间隔可以适当延长。

2.5 变形监测的精度

变形监测精度要求［4］如表1和表2所示。

3 变形监测方案的制定

3.1 变形监测方案制定

（1）根据建筑物的状态确定监测的精度。（2）确定观测时间间隔。（3）确定观测次数。

根据变形影响因子的预估值大小、时间特性以及其对变形体发生作用的知识性推断，可得到一个概略模型。通过该模型，根据监测目标的精度因素，估算出观测时间间隔、观测次数等。

3.2 变形监测精度要求

由于每个工程对精度要求不尽相同，因此在确定监测精度时要根据任务要求来确定。以二等水准为例，精度要求有附和或环线闭合差，测段线路往返测高差不符值等要求，精度要求如表3和表4所示。

表1 建筑变形测量的等级、精度指标及其适用范围

表2 沉降量观测中误差的要求

表3 测段线路往返测高差不符值、附和导线和环线闭合差以及检测已测测段高差之差的限差

表4 内业计算精度要求

4 变形监测实例分析

4.1 变形监测点布设

某七层建筑物建设时间较久，为了解该建筑物的变形情况，则需要对该建筑物进行监测。监测点沿轴线布设在建筑物的外墙及根基处。

位移监测采用静态测量监测模式，观测之后利用精密数据处理软件进行数据的后处理。静态数据处理模式是以每一期观测数据做一次相对定位，然后通过计算两期监测点的坐标差来测定变形量。根据两期监测点的坐标差,采用统计检核的方法来确定该坐标差是否是变形量。利用二等水准测量方法，对监测点进行测量将观测结果进行解算，最终整理之后可以得到4个监测点的平面位移及沉降变化值。

4.2 成果提交

数据处理无误后，将数据处理结果及外业观测数据提交。

（1）测量任务书、技术设计书；

（2）外业观测原始数据及各种记录表；

（3）技术总结及成果。

5 结语

建筑物变形监测对于建筑物的安全运行有着重要作用。因此，只有合理制定监测方案，采用合适的观测仪器和数据处理方案，才能提高建筑物监测精度，才能够更好地为后续处理提供数据支持。随着科学技术的快速发展，监测手段朝着智能化、自动化方向迅速发展，为建筑物的监测提供了强有力的支撑。