宋发良

摘要：建筑物倾斜变形，直接影响到建筑物的健康运行。文章分析了建筑物变形测量的原因和内容，并着重阐述了对建筑物进行变形测量的方法。

关键词：建筑物；变形测量；水平位移监测网；垂直位移监测网

中图分类号：TU46

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)03-0108-02

随着我国经济的快速发展，基建规模的迅速增长，建筑物越来越多，但受各种复杂因素的影响，少数建筑物在使用过程中会出现变形现象。通过变形测量，取得第一手的资料，可以监视建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，通过及时分析原因，采取措施，防止事故的发生，以确保人身和财产安全。

一、建筑物变形测量的原因

一般来说，建筑物变形主要是由于两方面的原因引起的：一是自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等。例如，基础的地质条件不同，有的稳定，有的不稳定，会引起建筑物的不均匀沉降，使其发生倾斜。建筑在土基上的建筑物，由于土基的塑性变形而引起沉陷，由于温度与地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律变形。另一种是与建筑物本身联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及动荷载(如风力、震动的作用)。此外，也可能由于勘测设计、施工以及运营管理工作的不太合理、也会引起建筑物产生额外的变形。这些变形的原因是相互联系的。随着建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，对于建筑物的地基施加了一定的外力，这就必然会引起地基及其周围地层的变形，而建筑物本身及基础，由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生变形。

二、建筑物变形测量的内容

变形测量的内容应根据建筑物的性质与地基情况来定。要求有明确的针对性，既要有重点，又要作全面考虑。以便能正确反映出建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营，了解其变形规律之目的。例如，对油罐基础而言，主要测量内容是均匀沉陷与不均匀沉陷，从而计算绝对沉陷值、平均沉陷值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉陷速度以及绘制沉陷分布图。对于厂房、宿舍楼等建筑物本身来说，则主要是倾斜与裂缝测量，对于高大的炼塔和高层房屋，还应测量其瞬时变形、可逆变形和扭转变形(即动态变形)。

三、建筑物变形测量的方法

(一)建筑物施工前进行统筹安排

按测定沉降或位移的要求，选定变形测量点。这些测量点宜分为基准点、工作基点和变形测量点。布设时应根据工程情况布设不少于3个稳固可靠的点作为基准点，工作基点应选择在比较稳定的位置，变形测量点应设在变形体上能反映变形特征的位置。可从工作基点或邻近的基准点对其进行测量。测量前应埋设相应的标石标志，建立相应等级精度的平面网和高程网。按建筑物的设计和荷载程度，对新建的大型和重要建筑物应确定测量周期，且从其施工开始进行系统的测量，直至变形达到规定的稳定程度为止。对各周期的测量成果应及时处理，并应选取与实际变形情况接近或一致的参考系进行平差计算和精度评定。对重要的监测成果应进行变形分析，并对变形趋势作出预报。变形趋势预报是变形测量的重要环节。通过大量的变形测量后，获得对建筑物的变形规律的理性认识，确定未来的变形趋势，这是确保建筑物安全运营的可靠保证。近年来，变形监测分析与预报实践不断增多，理论日益完善，使得预报工作成为可能和必要的。变形测量可进行变形的空间与时间特征分析，可以建立变形物理解释的统计模型和变形物理解释的确定性模型和混合模型。

(二)建立水平位移监测网和垂直位移监测网

水平位移监测网可采用三角网、导线网、边角网、三边网等形式建立。设计水平位移的监测网宜采用独立坐标系统进行一次布网。按工程的需求进行精度预估，选择合适的方案以满足工程精度要求；垂直位移的监测网可布设成闭合环、结点或附合水准路线等方法。水准基准点应埋设在变形区以外的基岩或原状土层上。当受条件限制时，在变形区内也可埋设深层金属管水准基准点。水平位移监测网和垂直位移监测网测量时应使每期测量的设备和人员保持固定，对测量仪器和附属设备按规范进行检验，满足规范各项限差后方可使用。测量周期应按该工程设计需求确定。对于变形监测网采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟测量方案，根据仪器确定测量值精度，可进一步模拟测量值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个测量值的多余测量分量(内部可靠性)和某一测量值的粗差界限值对平差坐标的影响(外部可靠性)。灵敏度包括灵敏度椭圆、在给定变形向量下的灵敏度指标以及测量值的灵敏度影响系数。将计算出的各质量指标与设计要求的指标比较，使之既满足设计要求，又不致于有太大的富余。通过改变测量值的精度或改变测量方案(增加或减少测量值)或局部改变网形(增加或减少网点)等方法重新作上述设计计算，直到获取一个较好的结果。

(三)明确变形测量的频率

变形测量的频率取决于变形值的大小、变形的速度和变形工程进度、地基土质情况及基础荷载增加情况决定。通常要求变形测量的次数在建筑物施工期间及建成初期，测量频率要大一些。下面以沉降测量为例，说明确定变形测量频率的方法。建筑物施工阶段的测量，应随施工进度及时进行。高层建筑物可在基础垫层或基础底部完成后开始测量。测量次数与时间视地基与加荷情况而定，一般每加高1～5层测量一次。施工期间停工时间较长时，应在停工时和重新开工时各测量一次。停工期间，每隔1～3个月测量一次。基础附近地面荷载突然增加，周围大量积水及暴风雨后，或周围大量挖方时，均应及时测量。建筑物使用阶段的测量周期与频率，取决于沉降变形的大小、速度以及测量目的。工程竣工初期的测量频率要稍大些，开始可隔1～2个月，或每季度测量一次，以每次沉降量在5～10mm以内为限度，否则要增加测量次数。竣工的第二年半年一次，第三年以后每年一次，直至稳定为止。测量过程中，如遇地震影响、连续大雨水浸等情况，要及时增加测量次数。当建筑物突发大量沉降、严重裂缝时，应立即连续测量。沉降是否已进入稳定阶段，可从沉降量与时间关系曲线来判定。若沉降速度小于0.01～0.04mm/d，就可认为

已进入稳定阶段。

(四)变形测量后数据的分析处理

变形测量数据的处理可分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、相对网在周期测量下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外，前述的时间序列分析、灰色理论建模、卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。变形的物理解释在于确定变形体变形与变形因子之间的函数关系，并对引起变形的原因作出分析和解释，以预报变形发展趋势。根据需要和条件可采用回归分析法和确定函数模型法。回归分析法是以10个以上周期的长期测量数据为依据，通过分析所测变形与内因、外因之间的相关性，建立荷载一变形关系的数学模型。当处理两个变量之间关系时，可采用一元回归分析；当处理一个变量与多个因子之间的关系时，应采用逐步回归分析，通过在回归方程中逐个引入显著因子，剔除不显著因子，获得最佳回归方程(预报方程)，而确定函数模型法是以大量变形信息和变形因素的测量资料为依据，利用荷载、变形体的几何性质和物理性质以及应力一应变间的关系来建立数学模型。当变形体的几何形状和边界条件复杂时，可采用有限单元法；当需要提高函数模型的精确度时，可采用联合使用函数方法与回归方法的函数一回归分析方法。回归分析法以实测资料为基础，测量资料愈丰富、质量愈高，其结果愈可靠，且具有“后验”性质，它与变形的几何分析具有密切的关系，是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。

四、结论

对每次的测量结果要对照分析研究，发现问题及时上报，为业主决策提供准确的资料，以便采取相应措施。在进行建筑物变形测量时，应做好如下几项工作：

(一)合理确定测量精度

要根据地质条件、地基处理方式、建筑物结构特点和设计施工方案，编制出科学、经济和高效的技术设计方案和测量细则。根据设计建筑物的各项容许值，来科学估计出测量精度。

(二)加强对测量成果进行安全性分析

关键是弄清设计和施工的意图，明确各项限差。根据有关规范确定出报警极限值，对测量成果进行正确的分析，得出科学的结论，及时地指导施工和制定出安全防范措施。

(三)重视变形预报

在施工期间，通过大量的基础性的变形测量工作之后，要能够正确预报出可能发生的沉降量。当有可能发生沉降异常时，要及时通报有关方面，做好应对措施。在施工完成之后(结构封顶)，要能够预测出滞后沉降量，制定出运营期间的长期变形测量方案。