大型建筑物變形監(jiān)測方法研究

夏偉　辛文鵬　方京

【摘 要】本文將大型建筑物變形監(jiān)測分為地基基礎(chǔ)和地面上部主體兩個階段，從理論上闡述兩個階段監(jiān)測工作的特點(diǎn)。以地基基礎(chǔ)變形監(jiān)測為主，選取廣濟(jì)醫(yī)院基坑為案例分析，進(jìn)行技術(shù)方案設(shè)計(jì)，提出從監(jiān)測點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級來布網(wǎng)的觀測方案；驗(yàn)證平差控制網(wǎng)是否符合要求；整理分析各項(xiàng)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)，該基坑周期內(nèi)變形趨勢穩(wěn)定，整個基坑總體運(yùn)行安全。

【關(guān)鍵詞】建筑物；變形監(jiān)測；基坑監(jiān)測；監(jiān)測方法

中圖分類號： TU196.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0171-002

0 緒論

變形監(jiān)測是在一定時(shí)間段內(nèi)通過測量被研究對象的自身形變程度和速率及其所在位置的變化特點(diǎn)和規(guī)律；其貫穿于工程施工建設(shè)和營運(yùn)整個過程。

建筑物變形產(chǎn)生的主要因素有：（1）地基基礎(chǔ)的原因：例如地基巖土不均勻、土壤物理性質(zhì)不同、軟土塑性變形等；（2）建筑周圍環(huán)境的原因：例如地下水位變化、氣溫濕度變化等；（3）建筑在勘察設(shè)計(jì)施工作中存在缺陷引起的變形；（4）外力的原因：風(fēng)振地震等影響，工程建設(shè)的實(shí)踐表明，為了保證工程建筑物的安全防止工程事故發(fā)生，需要在工程建設(shè)的全過程中采用合理有效的方案對建筑物進(jìn)行不斷地監(jiān)測，整理歸納觀測數(shù)據(jù)，獲取工程建筑物變形情況和規(guī)律，分析變形原因和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)，指導(dǎo)工程施工的順利進(jìn)行。

1 研究理論

大型建筑物的施工階段性決定了其變形監(jiān)測分為兩個階段：（1）大型建筑物地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測（2）大型建筑物地面上部主體變形監(jiān)測。

1.1 地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測

大型建筑物地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測首要指基坑變形觀測，常規(guī)的主要監(jiān)測方面有：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑主體豎向位移監(jiān)測、坑內(nèi)外水位觀測、基坑回彈測量、地基分層沉降測量等。以上幾種觀測方面中，位移觀測是所有測項(xiàng)中的主要手段但是又以豎向方向的觀測為主。為了提高監(jiān)測精度，布置一個可靠的控制網(wǎng)是所有建筑變形觀測的核心測量工作。

對于任一監(jiān)測項(xiàng)目，首先檢查勘測建筑場地的工程概況和周邊環(huán)境，確定所建建筑等級和精度，按照規(guī)范要求選取適當(dāng)方法布設(shè)有效的控制網(wǎng)并優(yōu)化網(wǎng)形和點(diǎn)位。埋設(shè)控制點(diǎn)時(shí)要將其放置在建筑周邊便于觀測和保存的位置，必須要求控制點(diǎn)要有很高的穩(wěn)定性，這樣既可以用來直接測定監(jiān)測點(diǎn)的移動和變化，也方便后續(xù)建筑主體建設(shè)時(shí)對其進(jìn)行變形觀測提供一個穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)基礎(chǔ)。

1.2 地面上部主體變形監(jiān)測

大型建筑物上部主體變形監(jiān)測與地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測有所區(qū)別，主要在于它們觀測內(nèi)容不盡相同，地基和基礎(chǔ)變形監(jiān)測各項(xiàng)目中大多以豎向方向觀測為主，而上部主體監(jiān)測主要以水平方向觀測為主，并且增加了對建筑物裂縫、扭轉(zhuǎn)、傾斜和振動等觀測；除此之外大型建筑物上部主體變形監(jiān)測手段更加豐富多種觀測技術(shù)綜合應(yīng)用。

其工作方法是先根據(jù)建筑物形狀規(guī)模等級在建筑物上選取好監(jiān)測點(diǎn)，在整個建筑外圍穩(wěn)定區(qū)域建立控制網(wǎng)，這個控制網(wǎng)的等級精度根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的點(diǎn)位誤差和精度來確定，其目的是用來檢驗(yàn)工作基點(diǎn)的可靠性，確?；c(diǎn)的穩(wěn)固性，當(dāng)控制網(wǎng)平差檢驗(yàn)合格時(shí)，便可以在基準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)站觀測監(jiān)測點(diǎn)。根據(jù)網(wǎng)形和精度要求采用合適的方法觀測周期內(nèi)點(diǎn)位移動狀況，主要使用前方交會法；由于大型復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)中存在著特殊的位置，采用普通的幾何水準(zhǔn)測量方法不能滿足要求，可根據(jù)其點(diǎn)位位置使用引線法進(jìn)行觀測。

2 研究內(nèi)容

2.1 監(jiān)測方法

表1 建筑變形測量精度要求表

大型建筑物變形監(jiān)測實(shí)際操作時(shí)設(shè)計(jì)項(xiàng)目眾多內(nèi)容豐富，主要包括有：基坑回彈測量、地基沉降觀測、建筑物沉降監(jiān)測、水平位移觀測、傾斜觀測、裂縫觀測、撓度觀測和振動觀測。

2.2 精度與頻率

2.2.1 監(jiān)測精度確定

變形監(jiān)測過程中各監(jiān)測點(diǎn)的精度由建筑物工程概況和其等級確定。根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》，具體要求見下表1規(guī)定。

2.2.2 監(jiān)測頻率確定

變形監(jiān)測的所采用頻率的大小受多種因素的影響，如形變速度、大小、和監(jiān)測對象等。在實(shí)際測量中也可以根據(jù)監(jiān)測量的形變速率來設(shè)定采用的頻率大??；一般當(dāng)變形值變化速率較大的時(shí)候需要增大頻率防止形變超限引發(fā)事故，當(dāng)變形值在一定時(shí)間內(nèi)變化速率較小無明顯波動時(shí)，我們可以適當(dāng)減小觀測頻率仍可以保持監(jiān)測信息的可靠性。一般在建筑物剛開始建成的時(shí)候，墻體和基礎(chǔ)凝固程度不高，容易引起形變而且變化速度較快，其走勢和規(guī)律難以把握。此時(shí)需要加大觀測頻率。隨著時(shí)間推移建筑物逐漸成型變形趨勢穩(wěn)定下來后，此時(shí)可以適當(dāng)減少觀測次數(shù)，堅(jiān)持定期觀測。

3 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

該控制網(wǎng)經(jīng)平差后其高程閉合差小于二等水準(zhǔn)閉合差的限差要求；反向分配閉合差根據(jù)假設(shè)已知的的BM4高程（3.000m）可以推算出其余三個控制點(diǎn)的高程。

導(dǎo)線總長799m導(dǎo)線平均邊長134m，角度閉合差-9.8″小于其限差±40√7 ″（±105.8″），導(dǎo)線全長相對閉合差為66797.45643，根據(jù)導(dǎo)線網(wǎng)平差計(jì)算數(shù)據(jù)與《建筑變形測量規(guī)范》導(dǎo)線測量技術(shù)要求（表4.6）相比較，廣濟(jì)醫(yī)院基坑水平控制網(wǎng)等級滿足二級導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)。

表2 導(dǎo)線測量技術(shù)要求表

綜合上述數(shù)據(jù)計(jì)算，該基坑水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)均達(dá)到各自要求標(biāo)準(zhǔn)，以監(jiān)測點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級所布設(shè)的二級控制網(wǎng)經(jīng)檢驗(yàn)符合要求，可以用來在控制點(diǎn)上架設(shè)儀器對基坑周邊所布設(shè)的各項(xiàng)監(jiān)測點(diǎn)的水平和豎向位移進(jìn)行觀測。

4 變形數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測工作歷時(shí)7個月，共整理113期監(jiān)測報(bào)表，由于數(shù)據(jù)龐大多而繁瑣，于是便對觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)繪制成曲線圖，以時(shí)間為橫軸，各項(xiàng)變形觀測量的累積變化值為縱軸，以坡頂水平位移為例分析：

圖1得出，隨著基坑開挖的進(jìn)程，大量土方不斷從坑內(nèi)挖走，坡頂水平位移向基坑內(nèi)側(cè)移動的趨勢，并且位移量在逐漸增大，底板施工結(jié)束后水平位移量基本趨于穩(wěn)定值不再有較大或明顯波動，由于2015年3月20日東南側(cè)邊坡發(fā)生坍塌、滑坡，使得該位置處的大多數(shù)監(jiān)測點(diǎn)變化速率較大，尤其是監(jiān)測點(diǎn)P21水平位移累計(jì)值有明顯波動趨勢較陡超出報(bào)警值（42mm），2015年3月26日后水平位移基本趨于穩(wěn)定，最大水平位移53.8mm，P20和P22水平位移累計(jì)值雖然未達(dá)到報(bào)警值，但相當(dāng)變化量均接近40mm，針對坡頂水平位移超出報(bào)警值，此時(shí)加強(qiáng)對該區(qū)域的跟蹤監(jiān)測，并專人專項(xiàng)加大對此點(diǎn)的觀測頻率以防止緊急事故發(fā)生，采取及時(shí)有效預(yù)警措施，在后續(xù)的監(jiān)測中，各監(jiān)測點(diǎn)變化幅度平緩走趨于穩(wěn)定；其他各點(diǎn)累計(jì)水平位移變化較小未達(dá)到報(bào)警值。

從以上各監(jiān)測項(xiàng)目的累計(jì)變化曲線可以看出，除前期個別坡頂位移超出報(bào)警值外，其他各監(jiān)測項(xiàng)目的變化曲線均較為平緩沒有突變數(shù)據(jù)產(chǎn)生，未出現(xiàn)變形數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值的情況；后期的各監(jiān)測項(xiàng)目的觀測值變化平穩(wěn)，無明顯波動均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑在監(jiān)測周期內(nèi)安全處于可控狀態(tài)。

5 結(jié)束語

大型建筑物樓層高、地基深、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其工程建設(shè)中對建筑物要求精度高不允許出現(xiàn)差錯，整個階段需要進(jìn)行變形監(jiān)測。本文分析介紹大型建筑物變形監(jiān)測的主要理論和內(nèi)容，提出了由監(jiān)測點(diǎn)精度要求反推控制網(wǎng)等級的技術(shù)方案，結(jié)合工程概況確定建筑等級，根據(jù)建筑變形監(jiān)測規(guī)范，明確此建筑各項(xiàng)監(jiān)測點(diǎn)的精度、周期和頻率，以規(guī)范已知的限差要求反推在基坑外圍所需要布置控制網(wǎng)的等級標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)點(diǎn)的精度要求。用推算出來的控制網(wǎng)觀測平差計(jì)算，驗(yàn)證網(wǎng)是否符合要求，當(dāng)滿足建筑等級精度要求時(shí)，再在基準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)儀器對各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行觀測。這樣的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，在實(shí)際監(jiān)測中監(jiān)測點(diǎn)和控制網(wǎng)相互限制，能夠快速高效地達(dá)到精度要求。

【參考文獻(xiàn)】

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