基于水准测量和倾斜观测的某建筑物安全性鉴定分析

李 翔 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

1 引言

随着社会经济的不断发展，一些经济发达城市的地面空间越来越少。因此由地面空间向地下空间发展是城市发展的必然趋势，随之而来的是日渐增多的基坑工程，基坑开挖难免会对相邻建筑造成不同程度的损伤，这必然会给建筑物的安全使用带来很大的隐患。初期的损伤是肉眼观察不到的，如果不能及时发现，可能会导致建筑物发生灾难性事故，产生极其恶劣的社会影响。本文采取两种方法判定建筑物是否安全，一种是倾斜度监测，另外一种是建筑物沉降观测。在基坑开挖之前测定基坑影响范围内建筑物的倾斜度，一方面可以直接判断建筑物倾斜度是否超限，以及建筑物是否处于安全状态；另一方面可以记录基坑开挖之前建筑物的初始状态，用于与基坑开挖过程中建筑物倾斜度的对比，从而判断基坑开挖对邻近建筑物的影响程度。沉降观测为一个持续的观测过程，先是基坑开挖前采集初始数据，后是基坑回填，最终建筑物沉降趋于稳定时结束观测。监测过程中可以直接通过累计沉降量、沉降速率以及相邻观测点沉降差来判断建筑物是否处于稳定状态。最终相邻观测点的沉降差与倾斜度观测的倾斜度变化量相互验证，共同判定建筑物的安全状态。

本文以某基坑旁边的一栋楼为例，利用水准测量和自由设站法分别对建筑物的沉降和倾斜度进行观测，对观测结果进行分析，验证沉降观测和倾斜度观测的重要性。

2 工程实例

2.1 工程概况

本基坑最大开挖深度为5.3m，基坑支护采用搅拌桩内置H 型钢+坑内被动区加固、钢板桩+支撑的支护形式。基坑南侧开挖深度影响范围内有多栋2 层砖混结构民房，建造于2000 年左右。根据工程勘察报告，场地各土层自上而下依次为：①层杂填土，厚度0.6～2.4m；②层粉质粘土，厚度0.4～2.0m；③层淤泥质粉质粘土（淤泥），厚度5.4～10.3m；④层粉质粘土，厚度0.4～3.5m；⑤层粉质粘土混砾卵石，厚度1.9～7.8m。本项目地质条件较差，为了及时了解居民楼的安全情况，受委托单位要求对基坑南侧民房进行沉降观测和倾斜度观测。本文以其中一栋楼为例，通过对沉降观测数据与倾斜度观测数据比对分析，评估建筑物的损伤情况。

2.2 沉降观测

2.2.1 观测点及布网设计

为了不影响观测的成果，基准点应布置在建筑物沉降变形影响区以外。根据相关规范要求，基准点至少应布置3个，以便后期监测过程中相互校核，编号分别为CN1、CN2、CN3。假定CN1 作为本次观测的基准点，高程为10.0000m，其余各点高程均为相对于CN1 的高程。为保证基准点的精度，每月对基准点进行复测。

沉降监测点应尽量布置在柱或者承重墙等受力部位，建筑物四角应布置沉降观测点，同时应方便监测。沉降观测点要能充分反映建筑物的沉降情况，根据相关规范要求，结合建筑物实际形状，在设计图纸上标注沉降观测点，并依据标好的点位图在现场进行布置。本工程在建筑物四周共布置6 个观测点，编号依次为D1-D6，具体见图1。

图1 闭合水准路线图

2.2.2 观测周期和精度要求

本次测验于2021-04-06—09-15进行沉降观测，共计观测18 次。使用的仪器均经过合法的仪器检定机构进行检定，仪器检定合格且在有效期内，本项目采用天宝DINI03 电子水准仪进行二等水准测量观测。观测时确保前后视距不大于50m，前后视距差不大于1.5m，前后视距累积差不大于3.0m，保证视线离地面超过0.55m。观测数据处理结果均满足表1的技术要求。

表1 沉降监测主要技术要求

2.2.3 沉降观测作业

为了减小观测误差以及保证观测数据的测量精度，在确定好水准观测路线后，后续的每次观测都应按照固定的观测路线实施。每次观测前都应严格按照规范要求操作，前后视距差、累计视距差、往返测较差、闭合差等均需符合规范要求。仪器在每次观测前均在露天的阴影下放置30min 左右，使仪器与外界气温趋于一致，减小温度变化对仪器i角的影响；测量之前应对仪器进行不少于20次的单次测量预热。每次测量前测定仪器的i 角，确定i 角小于15s 的情况下才会开始测量，同时应固定测量仪器、人员、观测时段等。

2.3 倾斜观测

本次采用全站仪自由设站的方法对建筑物倾斜度进行测量。根据规范要求，全站仪架设位置距建筑物的距离为1.5～2 倍建筑物高度。如图2 所示，首先在合适的A1点架设全站仪正对墙面Ⅰ，找到测站点到墙面最短的水平距离，把该方向设为北方向，建立坐标系。利用极坐标的方法测量顶点与底点的坐标以及高度，通过顶点与底点的X、Y 坐标差与顶底高差之比得到建筑物的倾斜度。本项目倾斜度一共观测3 次，分别在基坑开挖之前、沉降观测点累计沉降量超过预警值时、基坑回填之后沉降观测点达到稳定状态。

图2 倾角观测原理示意图

3 观测结果

3.1 沉降观测结果

按照《工程测量标准》（GB 50026-2020）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）规定的技术指标对闭合水准路线进行观测和内业平差计算，各项数据均满足规范要求。

利用平差改正后的高程数据计算出各监测点的本次变化量、累计变化量、沉降速率，观测结果表见表2及图3。

表2 建筑物沉降观测数据汇总表

图3 建筑物累计沉降量—时间曲线图

通过曲线图可以很明显地看出4 月底基坑开挖到底后的一段时间内，邻近基坑侧的D4-D6 沉降速率较大，累计沉降量不断增大，5 月20 日累计沉降量超过10mm 的预警值。6 月底至9 月份，沉降趋于稳定。D1 与D6 号点沉降差最大，为12.2mm。两点间距约8m，两点间最大沉降差未超过规范允许的0.002L，即16mm。由此可以判定该建筑物目前尚能安全使用。

3.2 倾角观测结果

倾角观测的数据及计算出的相对斜率如表3所示。

表3 建筑物倾斜数据汇总表

通过表中的数据可以得出：在基坑开挖之前该楼有一定的倾斜，此方法测量建筑物整体倾斜度无法消除由于建筑物墙体砌筑不垂直、外立面粉刷层厚度不均匀而产生的误差，所以在基坑开挖之前测得该建筑物有一定的倾斜度；通过3 次的测量数据可以很明显地看出基坑的开挖确实造成了该栋建筑整体往基坑内侧倾斜，整体倾斜率小于《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）规定的0.4%，由此可以判定该建筑物尚能安全使用。

4 结语

沉降观测是一个持续的过程，通过一段时间连续观测算得相邻观测点沉降差，再根据两点的水平间距，计算建筑物基础在这一观测时间段内沿两点连线方向的倾斜。此法只能获得建筑物在某一固定时间段、固定方向的倾斜，无法评定建筑物整体倾斜。

采用自由设站法测得的建筑物倾斜为建筑物整体倾斜，此法有一定的弊端。由于大部分建筑物外墙都有粉刷层、保温层以及一些装饰材料等，这些材料在施工时很难保证从上到下厚度均匀一致，此种测量方法在实际应用中都是直接忽略这些因素引起的误差。

通过对两种方法的比较，设想在基坑开挖过程中基础的沉降跟建筑物整体倾斜是同步发展的。也就是说，在这一完整的观测时间段内，建筑物整体倾斜变化量为基础差异沉降与粉刷层、装饰层引起的误差之和。这样一来就可以求出粉刷层、装饰层等引起的误差，从而消除这种不可避免的误差，更精确地测定建筑物整体倾斜度，达到精确评定建筑物安全性的目标。