山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測方法研究

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400039）

山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測方法研究

鄧鑫潔，唐麗

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400039）

為確保山體滑坡區(qū)建筑物的安全使用，需對滑坡體及建筑物的變形進行監(jiān)測和預(yù)報，該文針對山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測工作展開，介紹了現(xiàn)有的變形監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)處理方法，總結(jié)了變形監(jiān)測工作流程以及監(jiān)測方案的編制原則，并應(yīng)用在山體滑坡區(qū)的某高校宿舍樓的變形監(jiān)測工作中，取得一定的成果。

變形監(jiān)測；預(yù)報；建筑物；山體滑坡

0 引言

山體斜坡上某一部分巖土在重力（包括巖土本身重力及地下水的動靜壓力）作用下，沿著一定的軟弱結(jié)構(gòu)面（帶）產(chǎn)生剪切位移而整體向斜坡下方移動的作用和現(xiàn)象，稱為山體滑坡[1]，是常見地質(zhì)災(zāi)害之一，它的發(fā)生會影響甚至危及臨近建筑物的安全。滑坡體產(chǎn)生變形的原因復(fù)雜多變，降雨、地震、人類工程活動等都可能誘發(fā)滑坡體變形，不同滑坡體變形的時空特征存在區(qū)別。即使是同一滑坡體，在不同的變形階段和不同的區(qū)域（塊體），其影響因素和變形的時空特征也可能不同[2]。

為了保證山體滑坡區(qū)建筑物的安全使用，可對滑坡體及影響范圍內(nèi)的建筑物同時進行變形監(jiān)測，分析并預(yù)測其變化趨勢，當(dāng)變形量在一定范圍內(nèi)時，不會構(gòu)成危害；一旦滑坡體位移超過預(yù)警值，即發(fā)出預(yù)警信息，提示有關(guān)管理單位進行加固處理，或提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備，必要時進行人員疏散轉(zhuǎn)移，可避免或減少災(zāi)害造成人員和財產(chǎn)損失。

本文針對山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測與預(yù)警工作展開研究，結(jié)合實例，力圖展示完整的變形監(jiān)測流程。

1 建筑物特征分析

山體滑坡區(qū)建筑物的變形表現(xiàn)為本身及其基礎(chǔ)在水平方向和垂直方向的位移。針對建筑物的變形監(jiān)測主要指對建筑物及其地基、建筑基坑或一定范圍內(nèi)的巖體及土體的位移、沉降、傾斜、撓度、裂縫和相關(guān)影響因素進行監(jiān)測，并提供變形分析預(yù)報的過程[3]。

建筑物變形監(jiān)測工作可依據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行[1，3，4]，建筑變形觀測規(guī)范中對建筑物變形測量的等級及其精度要求給出了一般規(guī)定，如表1所示。

表1 建筑變形測量的等級及其精度要求

為充分獲取建筑物變形情況，選取變形體上有代表性的特征點作為變形觀測點，如變形體的地基、基礎(chǔ)、場地及上部結(jié)構(gòu)等能反映變形體特征的敏感位置；并在變形影響區(qū)域外穩(wěn)固可靠的位置布設(shè)不少于3個基準(zhǔn)點作為變形監(jiān)測的基準(zhǔn)，在一個周期變形監(jiān)測過程中能保持穩(wěn)定的位置選擇直接測定觀測點的控制點作為工作基點，并確定合理的觀測周期，通過獲取的監(jiān)測點水平和垂直方向的位移來反映建筑物整體的變形情況。

2 變形監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)處理

變形監(jiān)測工作的實施與項目特征密切相關(guān)。在收到項目任務(wù)書后，應(yīng)立即收集相關(guān)資料，組織現(xiàn)場踏勘，結(jié)合實際情況制定監(jiān)測方案。在實施變形監(jiān)測后，及時進行數(shù)據(jù)分析，對引起變形的原因做出分析和解釋；當(dāng)監(jiān)測結(jié)果精度不符合要求時，應(yīng)及時調(diào)整監(jiān)測方案；當(dāng)變形量超過預(yù)警值時，應(yīng)及時通知責(zé)任單位采取保護措施；當(dāng)監(jiān)測結(jié)果顯示變形體有明顯位移但未達到預(yù)警值時，需繼續(xù)監(jiān)測，并及時提交監(jiān)測報告。其工作流程圖如圖1所示。

圖1 變形監(jiān)測工作流程圖

在整個流程中，監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)處理方法的選擇非常重要。目前常規(guī)的大地測量監(jiān)測手段有三角測量、水準(zhǔn)測量等，這類方法能提供變形體的整體變形狀態(tài)及絕對變形信息，適用于不同精度要求、不同形式變形體和不同監(jiān)測環(huán)境下的監(jiān)測工作，但存在監(jiān)測點位布設(shè)易受地形條件影響，外業(yè)工作量大且不易實現(xiàn)自動化監(jiān)測的缺點[5-6]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的非接觸式測量手段應(yīng)用在變形監(jiān)測中，如GPS變形監(jiān)測技術(shù)、近景攝影測量方法、光纖傳感檢測技術(shù)、衛(wèi)星遙測技術(shù)（SAR）等[7]，這類方法更靈活、精度更高、費用更省并能很大程度上實現(xiàn)智能化，從而大大降低勞動強度的優(yōu)點，但同時也對人員、設(shè)備、環(huán)境提出了新的要求。以GPS變形監(jiān)測技術(shù)為例，它具有連續(xù)、實時、高精度、可全天候測量和自動化程度高等優(yōu)點[8]，但在高山峽谷、地下、建筑物密集地區(qū)等地方會受到衛(wèi)星信號的遮擋及多路徑效益的影響，導(dǎo)致監(jiān)測精度和可靠性不高或無法進行測量，另外GPS監(jiān)測中水平位移精度較高，但垂直位移精度偏低，所以無法完全代替常規(guī)的變形監(jiān)測手段[9-10]。

針對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理分析，國內(nèi)外學(xué)者提出了眾多模型，如確定函數(shù)模型，回歸分析模型，時間序列模型，灰色系統(tǒng)模型，卡爾曼濾波模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，馬爾科夫模型等[11-13]。這些模型在分析不同誘因的滑坡體時各有所長，在實際工作中需參考項目特征，合理選擇分析模型，從而確定變形體的變形與變形原因之間的關(guān)系，解釋變形原因。

隨著科技的進步，變形監(jiān)測自動化成了新的發(fā)展方向，提高測量的速度、降低測量作業(yè)的勞動強度，同時滿足精度要求，學(xué)者們在研究將多種監(jiān)測方法結(jié)合，在工作中也可根據(jù)實際情況合理選擇。

3 案例分析

3.1 案例概況

某高校項目總體由A、B、C、D幢四棟多層構(gòu)成，框架結(jié)構(gòu)，建筑安全性等級為Ⅱ級，工程重要性等級為Ⅱ級，場地類別為中等復(fù)雜。已建1#宿舍樓及在建D棟宿舍樓北側(cè)填土體發(fā)生了滑坡，在1#樓與D棟宿舍之間爆裂的水管將大量土體沖下北側(cè)溝谷，并牽制了D棟宿舍樓北側(cè)土體，使之發(fā)生了“下坐”和向臨空面方向的滑移。1#宿舍樓靠近東北角的4根“吊腳樓”樁基因土體滑移后，部分樁身裸露在外，危及到1#宿舍樓的安全及D號樓的安全，為使滑坡應(yīng)急搶險工作有序開展，保障已建學(xué)生公寓1#樓和在建D號樓的安全使用，立即展開了應(yīng)急搶險工作。

在加固確保安全后，持續(xù)對滑坡體及周邊兩棟建筑物基礎(chǔ)樁進行為期兩年的監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，掌握了滑坡體及兩幢建筑物基礎(chǔ)樁的變形情況，為業(yè)主和應(yīng)急處理部門提供及時用以評定建筑物穩(wěn)定性和安全性的可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，并對可能發(fā)生的安全隱患或事故進行及時預(yù)報，讓責(zé)任單位有時間做出決策，避免事故的發(fā)生。

本文以此為背景，介紹該情況下變形監(jiān)測工作的開展。

3.2 監(jiān)測方案

（1）監(jiān)測作業(yè)依據(jù)

監(jiān)測工作的開展應(yīng)依據(jù)委托合同、國家或行業(yè)測量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、責(zé)任單位提供的勘探點平面位置圖、控制點成果以及現(xiàn)場實際情況展開。每期的變形檢測均在較短的時間內(nèi)完成，并采用相同的圖形（觀測路線）和觀測方法、使用同一儀器和設(shè)備、觀測人員相對固定，并應(yīng)記錄相關(guān)的環(huán)境因素，包括荷載、溫度、降水等，并采用統(tǒng)一基準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)[1]。

（2）基準(zhǔn)點及變形監(jiān)測點的布設(shè)

變形監(jiān)測基準(zhǔn)點布設(shè)于滑坡體對面穩(wěn)定的基巖上，呈三角形布設(shè)，以有利于對變形點的監(jiān)測為原則，平面基準(zhǔn)點與高程基準(zhǔn)點同點位布設(shè)，共3個，其編號為KZ1、KZ2、KZ3。變形監(jiān)測以受滑坡影響較大的兩棟建筑物為監(jiān)測重點，在D號樓靠近滑坡一側(cè)的基礎(chǔ)樁頂端布設(shè)3個監(jiān)測點，其編號為A1、A2、A3。在已建學(xué)生公寓1#樓靠近滑坡一側(cè)的基礎(chǔ)樁頂端布設(shè)3個監(jiān)測點，其編號為A4、A5、A6，并在1#樓頂布設(shè)1個監(jiān)測點（A7）。滑坡體上呈方格狀布設(shè)4個監(jiān)測點，其編號為H1、H2、H3、H4（滑坡體西側(cè)因監(jiān)測期間挖掘機作業(yè)未能布點）。水平位移監(jiān)測點和垂直位移監(jiān)測點同點位布設(shè)，基準(zhǔn)點及監(jiān)測點布設(shè)詳見圖2所示。

圖2 基準(zhǔn)點及監(jiān)測點布設(shè)

（3）監(jiān)測內(nèi)容

為使滑坡應(yīng)急搶險施工安全有序進行，對滑坡體本身進行水平位移及垂直位移監(jiān)測；為確保建筑物的安全使用，對受滑坡影響的兩幢建筑物基礎(chǔ)樁進行水平位移及垂直位移監(jiān)測。

（4）監(jiān)測手段

在本文案例中，滑坡體面積小，在搶險結(jié)束后，項目進入穩(wěn)定階段，監(jiān)測內(nèi)容比較簡單，工作量較小，參考第一期監(jiān)測手段并考慮到項目經(jīng)費，選擇了全站儀進行監(jiān)測。

表2 監(jiān)測點A1每期坐標(biāo)

表3 監(jiān)測點A1坐標(biāo)變形量成果表

3.3 數(shù)據(jù)處理

對檢查合格后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行平差計算，解算出各監(jiān)測點的三維坐標(biāo)，并與上一次及初次觀測進行比較，得到相鄰周期變形量和累計變形量，各次監(jiān)測成果及成果比較，以點A1為例，列入監(jiān)測點坐標(biāo)及變形量成果表表2、表3。

根據(jù)監(jiān)測點坐標(biāo)及變形量成果表，繪制出各監(jiān)測點的變化曲線及擬合曲線圖，以A1點為例（如圖3所示），直觀反映出各監(jiān)測點的變化趨勢。

圖3 監(jiān)測點A1變形監(jiān)測過程曲線

表4 監(jiān)測點A1在監(jiān)測期間相鄰周期的變形量統(tǒng)計

表5 監(jiān)測點A1在監(jiān)測期未的累計變形量統(tǒng)計表

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》的規(guī)定：“二、三級及部分一級變形測量，相鄰兩期觀測點的變動分析可通過比較觀測點相鄰兩期的變形量與最大測量誤差（取兩倍中誤差）來進行。當(dāng)變形量小于最大誤差時，可認(rèn)為該觀測點在這兩個周期間沒有變動或變動不顯著；對多期變形觀測成果，當(dāng)相鄰周期變形量小，但多周期呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢時，應(yīng)視為有變動”[4]。根據(jù)監(jiān)測點坐標(biāo)及變形量成果表，統(tǒng)計了各監(jiān)測點在監(jiān)測期間相鄰周期的變形量及監(jiān)測期末的累計變形量，由于篇幅原因，列出監(jiān)測點A1如表4、表5所示。

根據(jù)該項目滑坡應(yīng)急搶險期變形監(jiān)測方案設(shè)計，確定該項工程監(jiān)測報警值。在本例中初步確定為：水平位移相鄰周期間變化速率大于2.5mm/d，累計變形量大于25mm，垂直位移相鄰周期沉降速率大于2mm/d，累計沉降量大于20mm時，應(yīng)進行預(yù)警，加密觀測次數(shù)，并提示責(zé)任單位做好人員疏散和應(yīng)急救援準(zhǔn)備。

由全部監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)及變形過程曲線可以發(fā)現(xiàn)：

（1）統(tǒng)計建筑物上監(jiān)測點相鄰周期的最大平面位移量，相鄰周期的最大沉降量，其最大平面位移速率，最大沉降速率，與監(jiān)測方案中確定的報警值（2.5mm/d和2.0mm/d）相比較，判斷相鄰周期變動是否顯著。

（2）統(tǒng)計建筑物上監(jiān)測點的平面位移分量的最終累計值最大值和最小值，以及最終累計沉降量最大值，最小值，并與監(jiān)測方案中規(guī)定的報警值比較，判斷監(jiān)測點是否穩(wěn)定。

（3）從建筑物上各監(jiān)測點的變形過程曲線來看，第25期的變形量與前面監(jiān)測數(shù)據(jù)相比有一定變化，而后第26、27、28期的變形值變化不大。說明第25期觀測時建筑物受到了一定外界條件的影響，變形值有一定的突變，但其突變值較小，不足以引起建筑結(jié)構(gòu)安全性的明顯變化。最后三期監(jiān)測數(shù)據(jù)變化很小，說明建筑變形已趨于穩(wěn)定。

3.4 監(jiān)測結(jié)果分析

綜合相鄰周期變形、累計變形的分析，做出監(jiān)測結(jié)論：

（1）在監(jiān)測期內(nèi)（兩個水文年），監(jiān)測點相鄰監(jiān)測周期變形值及累計變形值均較小，未達到原監(jiān)測方案中的報警值，不屬于《建筑變形測量規(guī)范》中應(yīng)該判定為有變動的范圍，說明兩幢建筑物在監(jiān)測期內(nèi)處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）建筑物上監(jiān)測點最后三期監(jiān)測數(shù)據(jù)變化很小，變形過程曲線平穩(wěn)，說明目前建筑變形已趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

變形監(jiān)測與預(yù)警是確保山體滑坡區(qū)建筑物安全使用的重要保障，本文從研究現(xiàn)狀和工作流程兩個方面介紹了這種工作的相關(guān)情況，可作為小型工程變形監(jiān)測工作的范本。在后續(xù)的研究中將以監(jiān)測數(shù)據(jù)為出發(fā)點，探索滑坡體變形特征模型。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study on Monitoring Methods for Building Transformation in Landslide Area

To ensure the safety of buildings in the landslide area,it's a must to monitor and forecast the deformation of buildings and the landslide.This paper,focusing on the building deformation monitoring in landslide area,introduces the existing methods and data processing methods,and summarizes the work flow chart and compiling principles for monitoring plans,which are all applied in the deformation monitoring work of the dormitory buildings of a university.

deformation monitoring;forecasting;buildings;landslide

TU454

A

1671-9107（2016）12-0044-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.044

2016-08-06

鄧鑫潔（1987-），女，湖北荊州人，研究生，講師，工程師，主要研究方向為3S數(shù)據(jù)采集與處理。