文峰塔纠偏加固的监测技术

王立春

摘 要：主要针对古塔的稳定性监测，现古塔年代久远塔身有不同程度的倾斜，其偏离程度影响安全，就要进行纠偏加固项目同时对加固项目动态监测，以达到预期的加固效果。因为其精度要求高，监测文物限制的情况，结合砖石古塔及纠偏加固监测技术的特点，对古塔纠偏加固监测方案的选择进行分析，建立适宜的监测系统。

关键词：古塔变形监测；塔身倾斜率；加固监测；监测系统

1 概述

文峰塔位于山西省汾阳市，塔雄伟挺拔，高度位于全国砖结构古塔之首，是古代高层建筑的典型代表，古塔在结构、设计和施工等方面为建筑界留下了许多启示和不解之谜。然而由于自然和人为的损坏，现存砖石古塔大都存在不同程度的倾斜和结构破坏，对其进行保护意义重大，而加固是保护工作中的重点。砖石古塔的结构及地基特点、结构类型很多，不同类型的结构构造不同，受力机理也不同，但其共同特点是结构横截面积小，结构高度大，作用于地基土的压力比较大。导致古塔结构倾斜，而且随着时间的推移，倾斜一般会继续发展。需要采用几种方法监测，并相互检验，从而得出可靠的监测结果。本次古塔的变形监测，探讨了一种实用的基础测量监测系统。

2 主要监测情况及方案

为了掌握塔体的裂缝变化和倾斜发展，需要对塔身的观测方法进行稳定合理的监控设计。最大限度的控制塔体变化。塔身共十三层，为砖结构，由塔座、塔身、塔刹三部分组成，高度近85米。为了保护历史文物和景区现状设施，要对塔身及周围环境进行系统性的监测以便及时掌握塔身变形动态。

2.1 监测情况及内容

对塔身内部结构精确数据进行测量，对塔身的高度、形变观测、沉降观测、塔的倾斜度、塔的内部结构等数据进行观测。另外对建筑物边界条件、地下管线、塔身周边环境等情况测量，并应研究确定该构筑是否需要临时加固，加强后续沉降监测、倾斜率变化监测、结构物裂缝变化观测及其他监测，建立文峰塔观测系统，做到信息化施工，发现异常情况及时调整技术措施。

2.2 监测方法

考虑到古文物的年久，本次测量选用导线网监测系统，基础测量包括水准测量、红外测距三角高程测量、导线法、交会法和极坐标法对古塔及周围环境进行监测，以得到稳定可靠的监测数据。

2.3 纠偏加固监测

加固工程主要多排倾斜钻孔掏土法。为全面系统地跟踪各施工项目对塔体变形的影响和控制工程安全，塔加固期间的变形观测和监控划分为加固后稳定期等阶段。观测数据中，测点观测值进行分析。

3 监测方案的方法与分析

为确保塔的纠偏加固工作顺利实施和保护建立观测机制和监测系统，首先对建立塔身的观测系统，测出塔的高度和倾斜率变化，进行塔体施工的沉降观测和裂缝监测工作。

3.1 观测系统的建立

对古塔塔身测量采用极坐标方法对测量点进行观测，极坐标观测法采用左右角观测。极坐标所观测的距离使用反射贴测定，反射贴无法到达的地方，采用仪器无棱镜测量方式测量距离。施工方案的依据按照技术指标Ⅱ等控制网观测精度执行。

3.1.1 观测系统基准点的布设

在施工影响区外，安全、稳定通视方便区域、文峰塔四面设置8个基准点，组成环形一级闭合导线控制网。基准点埋设深度要到冻土层以下，用混凝土现场浇灌成桩，并设立保护标示。

3.1.2 一级导线测量

一级闭合导线平面坐标系统为独立系统，采用一点假设坐标及方位按Ⅱ等控制网精度进行测量。

3.1.3 水准测量

水准测量采用高精度水准仪配以铟钢水准尺按Ⅱ等水准精度进行施测。

3.2 塔的高度测量

首先测定文峰塔的互为90°两条中心轴线。在距文峰塔适当距离的一中心轴线上架设全站仪，采用悬高法测出互为90°另一中心轴线文峰塔的地面高程及文峰塔塔尖高程，两个高程之差就为塔的垂直高度。然后在互为90°另一中心轴线上架设全站仪，同样方法测出塔的垂直高度。取两次测得的垂直高度平均值再根据塔的倾斜度计算出塔的高度，两次测得的垂直高度之差不能大于10mm。

3.3 倾斜值和倾斜率测量

测量点布设在文峰塔的底部、中部、顶部取三个截面，在每个截面、塔的四面标出四个点作为倾斜值测量点。要求每个截面上标出的四个点在互为90°中心轴线上使每个面上的三个点在一条直线上，标志为反射贴。

3.4 沉降观测

施工前应根据文峰塔体型特征建立沉降观测标志，选择沉降影响以外的水准点为沉降观测的基准点。与城市水准点连测后获得基准点的高程，基准点与城市水准点之间的高程应经常用水准测量检核，保证其稳定性。

埋设的沉降观测点应位于文峰塔的角点、造型特征点上，观测点的数量应能全面反映文峰塔的倾斜情况。

4 监测数据处理方法

4.1 监测系统内业计算

根据测量数据，采用平差软件按严密平差方法进行控制网整体平差。倾斜值和倾斜方位是根据各截面的中心坐标，用坐标反算法求取。将测得的每个截面四个点坐标输入电脑，在AutoCAD成图软件上绘出每个截面四个点，任取一截面的三点生成圆，拾取圆心坐标。再舍去一点，取另外两点加另一第四点生成圆，再拾取圆心坐标。将两坐标值取平均数即为该截面中心坐标。用坐标反算法计算底部、顶部两截面中心坐标的距离、方位即为塔的倾斜值及倾斜方向。倾斜值与塔的高度比即为倾斜度。中部截面中心坐标为检核塔的弯曲度用。详知文峰塔的内部结构、塔的构成、定出塔的轴线，然后采用全站仪配合钢尺量出各结构间相对数据，现场绘出各结构间相对位置，在AutoCAD成图软件上绘出。

4.2 塔的加固技术

塔的监测数据较精确地反映了建筑物在施工条件下的变形及其规律，由系统的观测分析可以找出施工时变形影响的性质和程度，以及其他影响变形的因素等。加固工程的一个重要方面是控制倾斜。在工程中，技术人员积极运用塔体变形规律，采用水平钻孔浅层掏土法等技术措施，从而减少了塔的倾斜程度。这是运用监测技术指导纠倾施工的技术。

5 结束语

本次监测方案是对古塔加固纠偏的后续工作提供基础数据和实施方案，由此可确定选用倾斜钻孔掏土法方案进行加固工作。古塔的沉降观测能反映地基的实际变形以及基础变形对建筑物的影响程度，因此系统的沉降观测资料，可以验证地基基础设计的正确性。因此，变形监测的数据处理和资料分析工作是对古塔稳固的重要的工作内容。古塔的加固效果，需要时间来进一步验，认识古塔的监测方法、建立稳定的监测系统，以此及时对古塔进行维护。

参考文献

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