高層建筑工程中變形測量的精度設(shè)計與測量措施

茂名市國土資源勘探測繪院 525000

摘要：本文首先探討了建筑物允許變形值、差異變形量和水準觀測等級三個方向的設(shè)計觀測精度，并簡要介紹了變形測量的常用方法，對工程實踐有較大的參考價值。

關(guān)鍵詞：變形測量；精度設(shè)計

隨著城市建設(shè)步伐的不斷加快，高層建筑越來越多。為保證工程的安全運行，監(jiān)督施工質(zhì)量和預(yù)防工程事故，對高層建筑進行變形測量，監(jiān)測其在施工、運營、管理期間的變形情況，分析變形情況和理解變形機理，驗證和完善有關(guān)工程設(shè)計的理論和經(jīng)驗公式，預(yù)報未來變形，具有重要的現(xiàn)實意義。在工作實踐中，精度設(shè)計尤為重要。若精度設(shè)計過小，而建筑物本身的變形相對較小，則觀測的數(shù)據(jù)掩蓋了建筑物的真實變形；同樣，若精度設(shè)計過高，導(dǎo)致變形測量難度、工作量和費用加大。因此，合理計變形測量精度有十分重要的現(xiàn)實意義。

1變形測量精度設(shè)計

變形測量的精度需要根據(jù)變形值與變形速度來確定，測量誤差應(yīng)控制在與變形允許值相比小到在一定概率下可忽略的程度。因此，測量變形的中誤差小于變形量是必要的。但究竟兩者的比例關(guān)系取多少合適，則應(yīng)根據(jù)變形測量的目的、建筑物允許變形值的大小以及可能達到的儀器與技術(shù)條件來共同確定。另外，由于觀測的精度決定觀測成果的質(zhì)量以及高層建筑安全狀態(tài)結(jié)論的可靠性，因此變形測量方案的選擇對測量員、建筑設(shè)計和管理人員是至關(guān)重要的。

1.1根據(jù)允許變形值設(shè)計觀測精度

對于如何根據(jù)允許變形值確定觀測精度，國內(nèi)外還存在各種不同的看法。若觀測目的是為了使變形值不超過某一允許的數(shù)值而確保建筑物的安全，則其觀測中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/10～1/20；若觀測目的是為了研究其變形過程，則應(yīng)提高觀測精度，將建筑物安全變形值的各項中誤差乘以1/5～1/2系數(shù)后再采用。我國《建筑物變形測量規(guī)程》第3.21條規(guī)定：“相對變形、局部地基變形及膨脹土地基變形等的觀測誤差，均不應(yīng)超過允許變形值的1/20\"。建筑物允許變形值大多由設(shè)計單位提供，或按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，一般可以直接使用。

依據(jù)規(guī)范，根據(jù)允許變形值設(shè)計變形測量精度，可分為下列四步：

（l）確定頂部容許偏移量△容=αH103（mm），式中α為設(shè)計時允許傾斜度，H為建筑物高度；

（2）計算容許誤差f△=△容/20（mm）；

（3）計算觀測中誤差m△=f△/3（mm）；

（4）計算基礎(chǔ)兩端的不均勻變形時的相對變形測量中誤差m沉=（D/H）m△（mm），式中D為高層建筑基礎(chǔ)寬，H為高層建筑高度。

1.2根據(jù)差異變形量設(shè)計觀測精度

某些高程建筑物，由于自身荷載很大，變形量一般也比較大，特別是在軟土地區(qū)，最終變形量有的會達到數(shù)十厘米。但由于其剛性較強，變形一般比較均勻，屬整體變形，對建筑物的影響不大，因此《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7一89）對高層建筑物的地基基礎(chǔ)變形允許值沒有作出具體規(guī)定。有的專業(yè)技術(shù)標準即使作出具體規(guī)定，其值也比較寬松。若按允許變形量的1/20來計算觀測精度，其結(jié)果約低于普通水準測量精度，顯然不太合理。由于對建筑物的損害往往是由于差異變形量超出允許值所造成的，而差異變形量可由兩點間高差來求得。

我國設(shè)計單位對于框架結(jié)構(gòu)的工業(yè)與民用建筑，規(guī)定其相鄰的差異變形量為0.002L。因此觀測精度應(yīng)按如下方式確定：

（1）計算差異變形量最大允許值δ最大=2L（mm），式中L為兩監(jiān)測點間距離；

（2）計算差異變形量觀測容許誤差fh=±δ最大/10（mm）；

（3）計算差異變形量觀測容許誤差m沉=fh/2（mm）。

1.3根據(jù)建筑物變形測量的等級設(shè)計觀測精度

表1 建筑物變形測量的等級及其精度要求

沉降觀測位移觀測適用范圍

變形測觀測點測站觀測點坐

量等級高差中誤差標中誤差

（mm）（mm）

特級≤0.05≤0.3特高精度要求的特種精密工程和重要科研

項目變形觀測

一級≤0.15≤1.0高精度要求的大型建筑物和科研項目變形

觀測

二級≤0.50≤3.0中等精度要求的大型建筑物和科研項目變形

觀測；重要建筑物主體傾斜觀測、場地滑坡觀測

三級≤1.50≤10.0低等精度要求的建筑物變形觀測；一般建筑物

主體傾斜觀測、場地滑坡觀測

注：1觀測點測站高差中誤差，系指幾何水準測量測站高差中誤差或靜力水準測量

相鄰觀測點相對高差中誤差；

2觀測點坐標中誤差，系指觀測點相對測站點（如工作基點等）的坐標中誤差、

坐標差中誤差以及等價的觀測點相對基準線的偏差值中誤差、建筑物（或構(gòu)

件）相對底部定點的水平位移分量中誤差

建筑物變形測量規(guī)程（JGJ/T8-97）中規(guī)定：對于未規(guī)定或難于規(guī)定變形觀測值的觀測項目，可根據(jù)設(shè)計、施工的原則要求，參考同類或類似項目的經(jīng)驗，對照表1的規(guī)定，選取適宜的精度等級。

2 建筑物變形測量常用方法

2.1 幾何水準測量法

水準測量作為建筑物變形測量的一種常用方法，是利用水準儀進行基準點和變形監(jiān)測點的高程測量，根據(jù)變形監(jiān)測點各周期的高程變化，分析建筑物的變形情況。此法適合于不同類型、不同精度要求和不同施測條件的建筑物變形監(jiān)測，也是一種傳統(tǒng)而可靠的方法。

2.2 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進行建筑物的變形監(jiān)測，可以實現(xiàn)全天候、實時、連續(xù)的高精度自動監(jiān)測。

2.3 全自動測量法

隨著測量儀器的不斷改進，全站儀在變形監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是全自動跟蹤測量儀（測量機器人）的推廣應(yīng)用，為全天候、全方位、高精度（可達亞mm級）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、橋梁等建筑物的變形監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.4 數(shù)字攝影測量法

數(shù)字攝影測量在經(jīng)濟建設(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，彈體運動軌跡、炮口沖擊波等不可接觸物體的量測等。利用該技術(shù)進行大型建筑物的變形監(jiān)測時，無需接觸被測物體，并可同時提供多個點的瞬間三維空間信息，從而獲得建筑物的變形數(shù)據(jù)，測定精度可達2～4μm。

3結(jié)束語

根據(jù)允許變形值設(shè)計觀測精度的方法，適用于明確提出了（或可以獲得）建筑物允許傾斜度或頂部容許偏移量要求的工業(yè)與民用建筑物（或其他構(gòu)筑物）的基礎(chǔ)變形測量。實際工作中大多數(shù)建筑物均有地質(zhì)勘察資料，關(guān)于地基變形分析部分一般有傾斜度a，可以直接利用。但在此情況下，建筑物愈高，變形允許值會愈大，相應(yīng)地觀測誤差也愈大，往往會出現(xiàn)對多層建筑需要按二級精度觀測，而對高層、超高層建筑卻只能以三級精度觀測的現(xiàn)象。因此，高層建筑物變形測量的方案應(yīng)根據(jù)差異變形量的標準設(shè)計。

根據(jù)差異變形量設(shè)計變形測量精度，除用于變形量允許值過大的高層建筑外，也適用于一些對精密機床及流水線安裝有類似要求的特殊工程。

在有些變形測量工程中，由于甲方或設(shè)計單位的原因，無法提供允許傾斜度（或最大偏移量）、最大允許差異變形量等數(shù)據(jù)。如：在珠海發(fā)電廠，由于甲方無法提供允許最大偏移量，我們根據(jù)表1對已建的煤碼頭、煤碼頭防浪墻、循環(huán)水泵房進行一級位移觀測，使用了GPS測量法及部分使用全站儀觀測；對汽機房、鍋爐房框架、循環(huán)水進水管溝、煙囪等進行一級沉降觀測，使用幾何水準測量法。