文物建筑沉降观测分析方法探索

陈剑锋

厦门原正工程检测有限公司（361006）

文物观测现状: 文物建筑的沉降观测较为复杂，是房屋鉴定中出现开裂时用于文物建筑单位进行控制病害的一个很重要的手段，但是文物建筑的沉降观测尚未形成标准化的分析模式，暂未出现可以遵循的国家标准。作为文物单位最为集中的城市北京，2017 年发布了 DB11/T 1473—2017 《文物建筑安全监测规范》，针对砖、石、木等文物建筑单位提出了各种病害的控制要求。沉降观测作为控制病害的主要手段，依据DB11/T 1473—2017《文物建筑安全监测规范》5.8，监测实施流程从建立监测系统到检测数据采集，都有专业的公司提供全自动化服务，但是在安全状态的判定和异常数据的原因分析上还没出现标准化的分析模式，不能很好的利用采集的数据达到控制病害并不断提高自身控制水平的目标，没法形成有效的监测体系。

沉降数据分析方法:文物建筑沉降影响因素众多主要有:温湿度、降雨量、地表含水率、蒸发量、水文地质、地表沉降、人群及周边交通影响等。从原理上合理沉降的数据波动主要来自于:①资源开采导致的全球性地表下沉；②热胀冷缩导致的基础及地下线性收缩膨胀；③地表含水率改变引起的土壤干密度变化带来的高程变化；④人类日常活动影响。为了减少合理沉降等对数据带来的干扰，宜采用以下几点进行优化分析，以此甄别干扰数据。

1）选取沉降观测数据时间点:由于文物建筑作为旅游资源之一，受到人群影响较大。 批量游客路过产生的弯沉值对实际沉降数值影响较大。为避免采集到人群及交通干扰比较严重的数值，沉降观测时间点宜为夜间游客稀少时段。为了降低温差引起的地下部分线性收缩膨胀带来的影响，沉降数据的时间采集点宜每日采集时间尽量一致。基于以上两点考虑，沉降观测数据采用夜间统一时间点，文章以每日 0∶00:00 为例。

2）选取数据合理区间:本案例依据仪器开始使用当年，获取的相对稳定（当年无检修扰动，如有应剔除）的数据作为基础，选取了使用期间0∶00:00 采集的数据作为样本库，以单个水准点的单日沉降最大值和最小值划出单个水准点的当日沉降的合理区间。 通过识别超出合理区间的数据，分析数据的成因，可以及时发现病害风险或者仪器故障等非病害原因。

3）选取沉降稳定值:文物沉降监测的目的主要是通过监测文物建筑是否继续处于沉降稳定阶段，通过监测数据，及时发现沉降给建筑物带来的危害以便及时控制。 本项目监控方式采用自动实时监控，数据每日至少自动采集一次。 依据JGJ 8—2016《建筑变形测量规范》: 当建筑物最后100 d 的最大沉降速率小于0.01 mm/d~0.04 mm/d 时，可认为已达到稳定状态。 本次数据分析方案采用按月度分析，以当月沉降速率日平均值小于0.04 mm/d 作为建筑物是否处于稳定沉降的依据。

4）筛选异常值:参照二道井子夏家文化遗址案例，其文物保护要求要求较高，设计上为最大地表累计沉降为30 mm。 文章取文物建筑累计沉降达到30 mm 为异常值，且30 mm 的沉降较易配合周边水准点数值及现场痕迹核实是否为真实沉降，如短期内累计沉降累计达到30 mm，应立即核实是否为真实沉降。

沉降数据分析实例: 对原始沉降观测数据采用Microsoft Excel 2003 进行整理并生成图表。 并且依据2016 年获取的0∶00:00 观测的已知样本数据，获取单个水准点的最大值和最小值作为该点位的历史上限和历史下限。 超过上下限的点位划为警戒点，作为原因分析对象，当日沉降超过30 mm 的列为异常值，应做核实检修或扰动等原因记录。

鼓浪屿黄荣远堂1-5 号水准仪水准仪，11 日数据均出现异常。 经查，11 日厦门天气为多云、 温度16-22 ℃、东风 1-2 级，无地震等灾害。 11 日的1-5号水准点全部超出警戒线与天气无关，其中3 号水准仪沉降193.628 mm、4 号水准仪沉降60.799 mm、5 号水准仪沉降55.835 mm，均已超过30 mm。 经现场查看核实，未出现如此大量沉降的痕迹，核实为仪器检修引起，该数据作剔除处理。1 号和2 号水准仪11 日沉降量也达到了警戒点，1 号为6.582 mm，2 号为1.173 mm，考虑为扰动仪器检修或扰动影响，因沉降值较低，无法通过现场确认为异常值，作为可疑数据并入数据处理。 2 号水准点当月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，建筑物处于稳定沉降状态。 1 号水准点因为11 日数据的影响，日均沉降超过0.04 mm/d。 鉴于11 日当天有发生仪器检修有扰动，1 号水准点11 日的异常数据作为仪器检修异常剔除后，当月沉降速率平均值均小于0.04 mm/d，处于稳定沉降状态。

表1

沉降观测数据见表1。

总结: 文物沉降观测一般是建筑物发生疑似不均匀沉降引起的开裂采取的病害控制手段。 虽然文物建筑一般年代久远，沉降趋稳，但是数据波动比较大，分析起来比较困难，为更好的控制病害，建议如下:①对于异常值应立即核实，为避免不必要的核实工作，任何检修或扰动等可追溯的动作务必记录详尽，必要时可增设摄像头方便核实是否有人为扰动。 ②对于警戒值除了极端天气或地质灾害外，出现警戒值也是不合理的，所以有气候灾害也应一并记录，因为警戒值大部分数值较低，现场痕迹无从核实，可用游标卡尺等监控建筑单位的裂缝扩展情况。 ③对于日均沉降数据超出稳定值，应列为风险控制目标，仔细监控病害发展，对于变化比较不明显的裂纹建议用贴石膏饼法观测病害是否继续恶化。