周邊建筑物監(jiān)測(cè)實(shí)施過程分析

廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司，廣東 廣州 510000

1 背景概況

建筑深基坑、地鐵施工、城市綜合管廊施工等地下工程的施工需要開挖深基坑或進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，深度小則7～8m，大則超過30m。深基坑的開挖和隧道施工不可避免地會(huì)對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生不利影響。往常，因深基坑和地鐵隧道施工造成的周邊建構(gòu)筑物坍塌或傾斜的事件時(shí)常發(fā)生。相關(guān)國(guó)家、行業(yè)的監(jiān)測(cè)類規(guī)范對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)也設(shè)置了相應(yīng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)及報(bào)警指標(biāo)，如《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）規(guī)定基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)的基坑應(yīng)測(cè)周邊建筑豎向位移及傾斜，宜測(cè)周邊建筑水平位移；安全等級(jí)為二級(jí)的基坑應(yīng)測(cè)周邊建筑豎向位移，宜測(cè)傾斜，可測(cè)周邊建筑水平位移；安全等級(jí)為三級(jí)的基坑應(yīng)測(cè)周邊建筑豎向位移，可測(cè)傾斜和周邊建筑水平位移。相關(guān)報(bào)警指標(biāo)見表1。

表1 周邊建筑物相關(guān)報(bào)警值要求

2 監(jiān)測(cè)實(shí)施過程中的相關(guān)問題

以廣州市為例，建筑深基坑監(jiān)測(cè)必須委托第三方監(jiān)測(cè)單位實(shí)施，在監(jiān)測(cè)實(shí)施前需編制專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案，工程影響范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)為必須監(jiān)測(cè)的對(duì)象。方案設(shè)置報(bào)警指標(biāo)時(shí)，之前相當(dāng)一部分只設(shè)置建筑物沉降這個(gè)指標(biāo)，近一兩年開始逐漸增加建筑物傾斜監(jiān)測(cè)的實(shí)施。建筑物沉降監(jiān)測(cè)使用類似10mm、15mm或者20mm等值來控制，一般采用水準(zhǔn)觀測(cè)或三角高程觀測(cè)實(shí)施。建筑物傾斜監(jiān)測(cè)按照2‰、3‰或其他值來控制，一般運(yùn)用差異沉降或頂?shù)孜灰朴?jì)算法，為實(shí)施方便，又以應(yīng)用差異沉降法居多。

對(duì)于利用水準(zhǔn)觀測(cè)或者三角高程觀測(cè)進(jìn)行的沉降監(jiān)測(cè)，有明確的規(guī)范技術(shù)條文約定，實(shí)施時(shí)基本都沒有問題。但對(duì)于傾斜監(jiān)測(cè)部分，實(shí)際生產(chǎn)中監(jiān)測(cè)單位實(shí)施時(shí)測(cè)量得到的基本都是建筑物基于第一次測(cè)量時(shí)后續(xù)的傾斜變化，并非每次測(cè)量的建筑物垂直度。以差異沉降為例，其操作方法如下：第一步，監(jiān)測(cè)開始前在被監(jiān)測(cè)建筑基線邊的兩端各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并利用水準(zhǔn)儀測(cè)量2個(gè)測(cè)點(diǎn)的初始高差h0（或高程），作為初始值；第二步，每次觀測(cè)實(shí)施時(shí)采用水準(zhǔn)觀測(cè)方法獲取此次測(cè)量時(shí)2個(gè)測(cè)點(diǎn)的高差h1（或高程）；第三步，內(nèi)業(yè)通過計(jì)算高差之差h1-h0，結(jié)合兩點(diǎn)之間的水平投影長(zhǎng)度D，計(jì)算傾斜變化值，傾斜變化值作為傾斜監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行報(bào)告整理。

關(guān)于對(duì)報(bào)警的控制，實(shí)施監(jiān)測(cè)過程中，監(jiān)測(cè)單位按照?qǐng)?bào)警指標(biāo)（含速率報(bào)警指標(biāo)）來進(jìn)行變化控制。監(jiān)測(cè)持續(xù)至施工完成工程結(jié)束，若監(jiān)測(cè)過程中沒有出現(xiàn)突變性的沉降造成變化速率報(bào)警、基坑回填后建筑物監(jiān)測(cè)沉降和傾斜兩個(gè)參數(shù)不超過原定報(bào)警值、當(dāng)前建筑物沉降變化情況處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿足以上幾個(gè)指標(biāo)即視為建筑物在施工過程和施工完成后處于安全狀態(tài)，然后結(jié)束對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)工作。

綜合梳理以上報(bào)警控制和技術(shù)操作的全過程，筆者認(rèn)為若被監(jiān)測(cè)建筑物監(jiān)測(cè)前沒有出現(xiàn)傾斜，在該工程施工這個(gè)周期范圍來看，操作過程并無不合理之處，并且容易控制、指標(biāo)清晰。

結(jié)合現(xiàn)行的監(jiān)測(cè)實(shí)施情況來看，各個(gè)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，建設(shè)單位出于節(jié)省成本的考慮，對(duì)不是特別重要的建筑物并不會(huì)開展開工前的房屋鑒定工作；而對(duì)于部分開展了房屋鑒定的項(xiàng)目來說，鑒定單位對(duì)周邊建筑做了現(xiàn)狀的記錄和鑒定，但后續(xù)是鑒定單位做鑒定的事情，監(jiān)測(cè)單位做監(jiān)測(cè)的事情，兩者并未有效聯(lián)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前建筑物傾斜度的數(shù)據(jù)確認(rèn)和傾斜報(bào)警指標(biāo)的校正。監(jiān)測(cè)單位在新項(xiàng)目開展時(shí)的傾斜報(bào)警值大部分會(huì)按照相關(guān)規(guī)范重新設(shè)置，并未考慮建筑物已經(jīng)存在傾斜的情況，按照前文的監(jiān)測(cè)方式實(shí)施傾斜監(jiān)測(cè)，以過程中的傾斜變化作為傾斜監(jiān)測(cè)的控制指標(biāo)，這樣的做法顯然并不合理。極端情況下建筑物經(jīng)過2～3次施工擾動(dòng)，可能本身已經(jīng)處于臨近允許值的狀態(tài)，如此實(shí)施下來容易突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故。

3 實(shí)際監(jiān)測(cè)案例

以廣州某深基坑工程為例，其開挖深度為15m，支護(hù)結(jié)構(gòu)外5m處存在一處天然基礎(chǔ)建筑，建筑共5層，高度約20m。建筑物和基坑的位置分布見圖1。

圖1 建筑物及測(cè)點(diǎn)布置

在基坑開挖全過程中，測(cè)得建筑4個(gè)角點(diǎn)的沉降分別為D1 16.2mm、D2 15.3mm、D3 21.6mm、D4 20.5mm；建筑兩個(gè)邊長(zhǎng)分別為10m和8m。監(jiān)測(cè)過程中，建筑結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫，利用差異沉降計(jì)算建筑傾斜變化見表2。

表2 差異沉降測(cè)量計(jì)算結(jié)果表

按照表2計(jì)算結(jié)果，建筑傾斜變化均未超過設(shè)計(jì)給定允許值，最大值為0.5‰。此法計(jì)算的傾斜變化值是建筑從該項(xiàng)目開始監(jiān)測(cè)至監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的傾斜變化，未考慮建筑的初始傾斜。

為做進(jìn)一步研究，在建筑內(nèi)部對(duì)建筑的絕對(duì)傾斜進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)同樣采用差異沉降法進(jìn)行，選擇在建筑4樓樓面對(duì)測(cè)點(diǎn)布置容易實(shí)施的D1-D3斷面進(jìn)行觀測(cè)，為減少誤差采用同斷面每2.5m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)的方式進(jìn)行多點(diǎn)觀測(cè)。該方法的傾斜計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 傾斜測(cè)量計(jì)算結(jié)果表

對(duì)比表2和表3可以發(fā)現(xiàn)，房屋的現(xiàn)狀傾斜比過程中產(chǎn)生的傾斜大很多，差值達(dá)到1.3‰，也就是建筑的初始傾斜達(dá)1.3‰。

通過以上事例可以驗(yàn)證，拋開建筑初始傾斜，以監(jiān)測(cè)過程中產(chǎn)生的傾斜變化作為指標(biāo)來判定建筑的安全狀態(tài)是不可靠的，存在相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)測(cè)單位實(shí)施時(shí)應(yīng)特別留意和規(guī)避。

4 對(duì)于問題的相關(guān)建議

上述問題延伸至近年來很熱門的地鐵結(jié)構(gòu)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，也存在同樣的問題。第一個(gè)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，假設(shè)規(guī)范或設(shè)計(jì)給定的結(jié)構(gòu)允許變形值為10mm或8mm，若監(jiān)測(cè)全過程累計(jì)變化了5～6mm，即給出結(jié)論“處于安全狀態(tài)”，并進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔。對(duì)于行車軌道結(jié)構(gòu)，通過日常維護(hù)可以調(diào)整軌道的空間位置，已經(jīng)發(fā)生的變化量可以恢復(fù)；但對(duì)于隧道管片結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)生的變形很難及時(shí)進(jìn)行處理。若后續(xù)再次開展其他施工會(huì)擾動(dòng)地鐵結(jié)構(gòu)時(shí)，再以10mm或者8mm的允許變形值來控制，易出現(xiàn)在未觸發(fā)任何報(bào)警情況下，結(jié)構(gòu)自身的變化量不斷累計(jì)，存在不可控的安全風(fēng)險(xiǎn)。為防范風(fēng)險(xiǎn)，文章基于當(dāng)前的生產(chǎn)模式，并從技術(shù)可行性出發(fā)，提出如下意見，以供參考：

（1）監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)前務(wù)必獲取建筑物的現(xiàn)狀傾斜信息。未開展房屋鑒定或不存在相關(guān)建筑物傾斜數(shù)據(jù)的情況下，監(jiān)測(cè)單位應(yīng)在建筑物被工程施工擾動(dòng)之前（基坑或其他工程施工前）進(jìn)行建筑物現(xiàn)狀測(cè)量，設(shè)計(jì)單位或監(jiān)測(cè)單位根據(jù)現(xiàn)狀測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警指標(biāo)的細(xì)化調(diào)整。對(duì)于開展了房屋鑒定的建筑物，監(jiān)測(cè)單位在實(shí)施時(shí)可以索取房屋鑒定資料，確認(rèn)建筑物當(dāng)前的傾斜信息，進(jìn)而聯(lián)系設(shè)計(jì)等單位核定報(bào)警值。

（2）監(jiān)測(cè)工作實(shí)施過程的控制原則，應(yīng)從單一控制閾值向更加注重對(duì)過程的控制轉(zhuǎn)變。不要認(rèn)為沒有超過報(bào)警指標(biāo)就是安全無風(fēng)險(xiǎn)，要多考慮權(quán)屬單位的利益，注重過程控制；及時(shí)進(jìn)行過程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合施工進(jìn)度和工藝，緊密聯(lián)系施工單位，用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和改進(jìn)施工，力爭(zhēng)將施工過程對(duì)建筑物的干擾降到最小，以盡量保證建筑物不發(fā)生沉降和傾斜為目標(biāo)。

（3）監(jiān)測(cè)具體實(shí)施時(shí)監(jiān)測(cè)單位可以改進(jìn)監(jiān)測(cè)手段，以準(zhǔn)確測(cè)量到建筑物的垂直度作為監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行控制。目前自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段越來越成熟，高精度傾角傳感器的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都有很大的提高，因此建筑的傾斜監(jiān)測(cè)具備實(shí)施自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的良好條件。利用傳感器選擇合適的安裝基準(zhǔn)面不僅可以獲取建筑的起始傾斜狀態(tài)，還能在監(jiān)測(cè)過程中獲取建筑的實(shí)時(shí)傾斜狀態(tài)。同時(shí)高頻、高精度的建筑傾斜狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取還可以適當(dāng)降低建筑沉降監(jiān)測(cè)的人工監(jiān)測(cè)實(shí)施頻率，節(jié)省人工成本。

（4）從社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，監(jiān)測(cè)工程結(jié)束后，建議由建設(shè)單位組織，將周邊建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提供給建筑物權(quán)屬單位，以備后續(xù)建設(shè)單位調(diào)用，以節(jié)省測(cè)量的成本。