高層建筑物的變形觀測常用方法及問題處理

常曉波

摘要：本文結(jié)合建筑物觀測實(shí)踐，簡要介紹了高層建筑物變形觀測的常用方法，討論了高層建筑物的沉降原因，沉降觀測周期和頻率；詳細(xì)分析了高層建筑物變形觀測中常見的問題及其處理方法。

關(guān)鍵字：建筑物、變形觀測、沉降觀測、測量

前言

隨著高層建筑物的增高和荷載的增加，在地基基礎(chǔ)上和上部結(jié)構(gòu)的共同作用下，建筑物將發(fā)生不均勻沉降，輕者將使建筑物產(chǎn)生傾斜或裂縫，影響正常使用，重者將危機(jī)建筑物的安全。因此，建筑物的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，只有定期對高層建筑和重要建筑進(jìn)行變形觀測，掌握其變形規(guī)律，才能合理預(yù)測未來的變形大小，及時(shí)采取預(yù)防或善后措施，確保建筑物的安全使用。

一、建筑物沉降觀測常用的方法

在建筑工程中，高層建筑物變形監(jiān)測是判別建筑物的質(zhì)量、保證建筑物永固安全的必備步驟，高層建筑的變形觀測包括沉降觀測、傾斜觀測和裂縫觀測 。其中沉降觀側(cè)是變形觀側(cè)的重點(diǎn)，在沉降觀測工作實(shí)踐中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用最有效的觀測方法，并科學(xué)分析、處理沉降觀測結(jié)果，對沉降觀測中常見的問題提出合理的解決辦法，準(zhǔn)確掌握建筑物的沉降變化規(guī)律，為建筑物設(shè)計(jì)和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)的依據(jù)。

（1）水準(zhǔn)測量法

水準(zhǔn)測量作為建筑物沉降觀測的一種常用方法，是利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行基誰點(diǎn)和沉降監(jiān)測點(diǎn)的高程測量，根據(jù)沉降監(jiān)測點(diǎn)各周期的高程變化，分析建筑物的沉降變形情況。此法適合干不同類型、不同精度要求和不同施測條件的建筑物沉降監(jiān)測，也是一種傳統(tǒng)而可靠的方法。

（2）全自動測量法

隨著測量儀器的不斷改進(jìn)，全站儀在沉降監(jiān)測中得到 了廣泛的應(yīng)用，尤其是全自動跟蹤測量儀的推廣應(yīng)用 ，為全天候、全方位、高精度的全 自動監(jiān)測提供 了廣闊的發(fā)展空間。全自動測量法在大壩、橋梁等建筑物的沉降監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。

（3）數(shù)字?jǐn)z影測量法

數(shù)字?jǐn)z影測量在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究中有著廣泛的用途，特別適用于重要工程的變形和自動生產(chǎn)線的監(jiān)測，以及不可接觸物體的量測等。利用該技術(shù)進(jìn)行大型建筑物的沉降監(jiān)測時(shí)，無需接觸被側(cè)物體，并可同時(shí)提供多個(gè)點(diǎn)的瞬間三維空間信息，從而獲得建筑物的沉降數(shù)據(jù)，測定精度可達(dá)到24um 。

（4）GPS測量法

GPS作為一種全新的空間定位技術(shù)，從靜態(tài)定位發(fā)展到動態(tài)定位，并具有很高的相對定位精度，因此，在越來越多的領(lǐng)域取代了常規(guī)的光學(xué)儀器和電子儀器。應(yīng)用GPS進(jìn)行建筑物的沉降監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)全天候、實(shí)時(shí)、連續(xù)的高精度自動監(jiān)測。

二、沉降觀測中常見的問題及處理方法

高層建筑基坑開挖后，由于土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，會有一個(gè)內(nèi)力重分布的過程，基底及基坑周圍土體變形產(chǎn)生回彈，隨著基礎(chǔ)施工的進(jìn)行，荷載不斷加大，地基變形增加，加之地下水位的影響，整個(gè)建筑物在垂直方向都會產(chǎn)生位移，因此高層建筑的沉降觀測從基坑開挖前就要進(jìn)行，并且在整個(gè)施工過程中都不能間斷直至竣工投入使用且沉降變形基本穩(wěn)定以后，才能停止 。

（1）高層建筑的沉降觀測步驟

高層建筑的沉降觀測步驟如下：設(shè)置永久觀測點(diǎn)→埋設(shè)觀測點(diǎn)→變形測量→內(nèi)業(yè)計(jì)算→觀測成果整理分析。

（2）五定原則

沉降觀測的自始至終要遵循“五定”原則，所謂“五定”，即通常所說的沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測人員要穩(wěn)定；觀測時(shí)的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。以上措施在客觀上盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實(shí)。

（3）注意事項(xiàng)

當(dāng)高層建筑物附近沒有永久性水準(zhǔn)點(diǎn)或水準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)少于3時(shí)，應(yīng)建立永久性水準(zhǔn)點(diǎn)。永久性水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)能長期保存，不易破壞及振動，應(yīng)遠(yuǎn)離公路、鐵路、嚴(yán)禁埋設(shè)在松軟土內(nèi)，其埋設(shè)深度應(yīng)在最低地下水位及凍土層以下0.5m。

高層建筑的沉降觀測點(diǎn)應(yīng)沿建筑四腳、縱橫墻的交接處和伸縮縫兩側(cè)布置，間距一般為15～30m。沉降點(diǎn)的高度一般設(shè)在室外地坪以上500mm 處，當(dāng)高層建筑設(shè)有兩層及兩層以上地下室時(shí)，應(yīng)在地下室基礎(chǔ)底部以上500mm處設(shè)置沉降觀測點(diǎn)。

每次觀測結(jié)束后，都要檢查記錄計(jì)算是否正確，精度是否合格，并進(jìn)行誤差分配，然后將觀測高程列入觀測成果表中，計(jì)算相鄰兩側(cè)次觀測之間的沉降量，并注明觀測日期和荷重情況。

三、沉降與時(shí)間關(guān)系圖中出現(xiàn)的問題及解決辦法

（1）傾斜觀測

高層建筑在施工和使用階段，由于地下水、周圍工程的施工或基礎(chǔ)不均勻沉降，常常會造成建筑發(fā)生傾斜或裂縫的現(xiàn)象，如不及時(shí)處理，往往會造成安全隱患，所以必須進(jìn)行傾斜與裂縫觀測。

在進(jìn)行觀測前，首先要在進(jìn)行傾斜觀測的建筑物上設(shè)置上下兩點(diǎn)或上、中、下三點(diǎn)，作為觀測點(diǎn)，各點(diǎn)應(yīng)位于同一垂直視準(zhǔn)面內(nèi)，由此兩點(diǎn)連成的直線為垂直狀態(tài)，如果建筑物發(fā)生傾斜，則此直線就由垂直線變?yōu)閮A斜線。觀測時(shí)，經(jīng)緯儀的位置距離建筑應(yīng)大干建筑物的高度。高層建筑的傾斜觀測必須在互相垂直兩個(gè)方向進(jìn)行。

（2）裂縫觀測

高層建筑物發(fā)現(xiàn)裂縫，除了要增加沉降觀測的次數(shù)以外，應(yīng)立即進(jìn)行裂縫變化的觀測，要在裂縫處設(shè)置觀測標(biāo)志，其基本要求是：當(dāng)裂縫開始時(shí)標(biāo)志就能相應(yīng)的發(fā)生變化或開裂，及時(shí)反映出建筑物裂縫發(fā)展情況。標(biāo)志的形式有三種：

1）石膏板標(biāo)志用厚10mm，寬約50mm一80mm的石膏板（長度根據(jù)裂縫大小而定），在裂縫兩邊固定牢靠，當(dāng)裂縫繼續(xù)發(fā)展時(shí)，石膏板也隨之開裂，從而觀測裂縫發(fā)展的情況。

2）白鐵片標(biāo)志用兩塊白鐵皮，一片取150mmX150mm的正方形，固定在裂縫的一側(cè)，并使其一邊和裂縫的邊緣對齊。另一片為50mmX200mm，固定在裂縫的另一側(cè)，并使其中一部分緊貼相鄰的正方形白鐵片，當(dāng)兩片白鐵片固定好以后，再在表面涂上油漆。如果裂縫繼續(xù)發(fā)展，兩白鐵片將繼續(xù)拉。露出正方形白鐵片上原來沒有油漆的那部分，量取其寬度，即為裂縫寬度。

3）金屬棒標(biāo)志的具體做法是：在裂縫兩邊鑿孔，分別將兩根長約10cm直徑10mm-12mm的鋼筋頭插人，并使其露出墻外約2cm左右，用水泥砂漿搗實(shí)。鋼筋頭應(yīng)磨平，并在上面刻畫十字線或中心點(diǎn)，便于日后量測距離。水泥砂漿凝固后，量出兩個(gè)中心點(diǎn)之間的距離，并做好記錄。裂縫發(fā)展了，金屬棒中心點(diǎn)的距離也加大。定期測量金屬棒的距離并進(jìn)行比較，即可掌握裂縫發(fā)展情況。

結(jié)束語

隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的發(fā)展，建筑物沉降觀側(cè)方法已由傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量發(fā)展到全自動測量、數(shù)字?jǐn)z影測量、GPS測量等多種方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)快速、全面、準(zhǔn)確獲取建筑物沉降數(shù)據(jù)的目的。通過科學(xué)分析并妥善處理外業(yè)測量和成果整理中的主要問題，使沉降觀測結(jié)果和沉降變化規(guī)律更加真實(shí)、可靠、為建筑物設(shè)計(jì)、施工、管理和防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)的依據(jù)。

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