黄岩瑞隆塔的监测方法及数据分析

林 杰 叶 良 吴振雷 吕伟加 马梁梁

(1.浙江省台州市黄岩区博物馆，浙江 台州 318020； 2.浙江科技学院，浙江 杭州 310000； 3.龙游县博物馆，浙江 衢州 324000； 4.杭州聚代文化遗产保护科技有限公司，浙江 杭州 310000)

以砖砌成的塔，存在着一些弊端，由于砖塔缝隙非常多，因而塔身上极容易生长植物，杂草、树木的根系深入塔身会极大地破坏塔的结构，造成塔的坍塌；另外构成砖塔的建筑材料体形很小，容易被人取下，著名的杭州雷峰塔就是被人们这样的窃砖活动击倒的。因此，对塔的基础沉降和水平位移进行监测，为后续保护管理提供基础数据，是非常有必要的。

目前已有许多对塔体的基础沉降和水平位移进行监测的方法。韩侃等[1]利用平均间隙法原理，对监测网基点的稳定性进行了检验及分析，提出了基于回归平面的古塔变形的分析方法。谭玉峰等[2]基于智能传感技术、网络通信技术、自动控制技术、大数据技术，构建了古塔物联网远程实时监测系统，实现了对护珠塔的远程实时监测与对古塔风险的精准识别和及时预报。吴满意等[3]采用了一种新的监测方法对塔形古建筑外部观测，通过测站点点位的选择以及照准目标的选择，在倾斜观察时采用前方交会法主要测得塔顶中心相对于塔底中心的倾斜方向及倾斜角度。以解决一些无法进入内部的古塔的观测问题。刘建清[4]利用观测数据和分形收缩相似仿射变换及迭代法求出塔层中心坐标，然后利用中心坐标连线及在坐标平面上的投影线对古塔的倾斜、弯曲、扭曲程度进行分析，给出古塔未来的变化趋势。汪耀武[5]以某古塔倾斜观测为例，介绍了采用严密平差方法计算建筑物重心点坐标，从而计算倾斜方向和倾斜度的方法，为其他圆形构筑物或者高层建筑等倾斜观测提供了参考。本文针对黄岩瑞隆感应塔出现砖块掉落现象并且塔身主体发生倾斜的问题，通过对黄岩瑞隆塔的基础沉降和塔身水平位移进行现场监测，分析其倾斜变化量和基础沉降变化量数据，判断瑞隆感应塔在监测周期内是否保持稳定。为类似建筑物的基础沉降监测，水平位移监测提供技术思路。

1 黄岩瑞隆感应塔概况

瑞隆感应塔，位于台州市黄岩区城关镇九峰山下九峰公园内；建于北宋建隆四年(963年)。塔身为七层八面仿楼阁式砖塔，石砌须弥座，高35.2 m，塔身主体发生倾斜，并且于2015年出现砖块掉落现象。

2 监测方案的确定以及监测方法

2.1 基准网的监测方案

瑞隆感应塔首次监测布设是由4个平面基准点和2个高程基准点组成的监测基准网(见图1)。平面坐标系统采用假定坐标系统，假定坐标系统的X轴增大方向为地理北方向。高程控制基准网采用假设高程基准。平面监测基准点均设置有强制对中观测墩。经实地踏勘，以上基准点现场点位保持完好，未有明显撬动迹象。通过检测，确定原有监测基准网各点点位稳定。具体检测结果如表1～表3所示。

表1 瑞隆感应塔平面基准点边长检测成果表

表2 瑞隆感应塔高程基准点检测成果表

表3 瑞隆感应塔监测基准点成果表

2.2 塔体基础沉降监测方法

观测使用SOKKIA SET1X全站仪观测，角度、距离分别观测2测回，现场观测严格按设计书要求执行，测距时在全站仪中输入每测站气象元素(温度、气压)和仪器的加、乘常数改正。基础沉降监测点点位布置图如图2所示。

2.3 塔身水平位移监测方法

塔顶与塔5层分别布设3个水平位移(倾斜)观测点，点位稳定，可以用于观测。观测使用SOKKIA SET1X全站仪观测，角度、距离分别观测2测回，塔身倾斜计算利用观测得到的水平位移监测点空间位置数据，通过几何拟合的方式求解塔身的拟合中心点坐标，通过上下层几何中心水平投影的距离和方向，比较计算塔身的倾斜量和倾斜方向。塔身倾斜以首次测定的塔底室内地坪的中心点坐标和塔底中心点与塔顶监测点所在平面之间的高差，为固定计算参数，计算塔身的整体倾斜量。

3 监测结果分析与讨论

3.1 塔体基础沉降数据分析

对瑞隆感应塔8个基础沉降观测点历次监测成果进行比较，通过数据比较分析，8个基础沉降监测点中的高程最大累计位移量为-0.2 mm～0.2 mm，均小于设计精度±1.0 mm，瑞隆感应塔基础在2017年8月～2020年6月观测周期内高程变化不显著。具体监测数据见图3。

3.2 塔身水平位移监测数据分析

对瑞隆感应塔水平位移(倾斜)历次监测成果进行比较(见图4)。通过数据对比分析:1)塔基～5层拟合中心点水平投影近两期位移量在0.3 mm，倾斜率变化0.01‰；塔基～5层拟合中心点水平投影累计位移量在0.4 mm，倾斜率变化0.02‰。2)塔基～塔顶拟合中心点水平投影近两期位移量在1.6 mm，倾斜率变化0.05‰；塔基～塔顶拟合中心点水平投影累计位移量3.6 mm，倾斜率变化0.11‰。

4 结语

从瑞隆感应塔的历次监测数据进行分析可以看出，在2017年8月～2020年6月共进行了7次监测，各相邻监测周期以及累计基础沉降和水平位移(倾斜)监测成果的变化量均较小，可以判断瑞隆感应塔在上述监测周期内保持稳定。随着监测器材的日益丰富，监测方法的不断更新，考虑到瑞隆感应塔建成年代久远，可以对瑞隆感应塔进行长期跟踪监测，制定更加深入的专项监测方案，在注重整体结构安全监测的基础上，可以加入振动监测、裂缝监测、专业无人机巡查比对监测等内容，为后续保护管理提供基础数据，为后续病害发生机理研究提供科学支持，确保瑞隆感应塔的安全。