试论变形观测在建筑工程中的实施应用

方 杰

(四川省建筑科学研究院有限公司，四川 成都 610000)

0 前 言

在社会发展的进程中，我国相继了很多工程项目，主要有以下类型：①水利工程建筑物；②工业生产和交通运输应用性建筑物；③城市高层建筑物；④地下应用性空间工程项目，同时在以上工程形态的建设施工期间主动引进了与之相匹配的设备仪器，所以加大变形观测工作开展的力度，对充分保障人民生产生活实践活动的健康发展有着十分重要的意义。

1 建筑工程变形观测的概述

建筑工程建设过程中，受到地理条件和外界环境影响，建筑会产生一定的变形，包括地质条件、土壤、地下水位等因素，当建筑产生了垂直或者倾斜等情况的时候，扩大到相应的范围会影响建筑的功能，甚至造成安全问题。因此，进行变形观测工作能够了解到建筑的变形情况，掌握其规律，同时能够使建筑的设计以及措施制定提供相应的参考依据。通常，建筑的变形观测中有三种特点：①观测的精度高，对于精度的要求取决于允许变形值及观测的目的；②观测量大，变形观测中应考虑到变形的时间效应，根据一定的时间周期来进行多次观测；③观测的处理严格，应采用严谨的方式进行处理。

建筑工程变形观测具有以下作用：首先是对建筑的安全性进行预报，其次是对建筑的整体情况进行科学评价，最后是验证施工的质量。变形观测可使建筑的使用得到保障，为建筑的安全性要求提供了参考的依据。当建筑的变形超出了合理的范围时，会使建筑产生开裂或者倾斜等问题，造成不良的后果，产生严重损失。因此，建筑工程变形观测在工程的建设和修复等过程中发挥了重要的作用。

2 建筑工程变形观测的内容

当前建筑工程变形观测中包含内容较多。首先是基础沉降的观测，在观测中需要对建筑基础进行垂直方向上的观测，借助精密的水准测量对观测点进行周期性测量，相邻两期的高程差值即为沉降量。水平位移观测指的是对受到影响的建筑以及工程设置进行相应平面上的观测。通常来说，需要结合建筑的情况来布置基准线或者位移监测控制网。采用基准线法的时候应结合基线建立方式来进行观测作业。之后是倾斜观测，即观测的建筑的倾斜度，通常需要对建筑上层相对下层的高差与水平位移数值测量出来，计算出倾斜度。使用建筑物轴线投测方式能够明确水平位移。最后是裂缝的观测，在发现了建筑的裂缝后，应对每个裂缝的位置、走向以及深度等进行观测，还应将编号记录做好。另外，包括挠度观测、风振变形观测以及日照变形观测等。

3 工程建筑物发生变形现象的主要原因

1)自然条件及其变化，由以下原因引起的变形：①工程地质情况；②土壤的物理性质；③大气温度；④水文地质等。基础的地质条件存在一定的区别，有的处于稳定状态，而有的处于不稳定状态，这样随着时间的流逝就会发生不均匀沉降的情况，继而增加建筑物倾斜情况发生的概率，严重时还会发生倒塌的情况；针对在土基上面的建筑物来说，土基的塑性变化也会发生沉降情况。

2)和建筑物自身有关的原因，由以下几点引起的变形：①建筑物自身的荷重；②建筑物的结构；③建筑物的形式；④建筑物动荷载的作用。

对上述内容进行深度剖析之后，可以得知：这些变形的原因是密切相连的。因为随着建筑物的大量建设，在无形当中改变了地面原有状态，使建筑物的地基增添了与之相匹配的外力，这样就会增加变形情况发生的概率。而对于建筑物自身及其基础而言，也会在很大程度上因为地基变形亦或是其他荷载力的不断增加而发生变形的情况。结合相关调查研究可知，建筑物变形主要分为：静态变形和动态变形。静态变形实际上是指变形观测的结果仅仅代表一段时期之内的变形，可表示为时间的函数。动态变形指的是外力作用下的变形，以外力为函数表示动态系统对时间的变化。因此，动态变形的观测结果是建筑在某个时刻的瞬时变形，可结合建筑变形观测中的沉降量以及速度来判断其是何种变形。

4 变形观测在建筑工程中的实施应用

4.1 变形观测的方法

变形观测方式主要有：①常规测量方法，这种方法应用比较灵活，可通过经纬仪、全站仪等仪器来开展水准测量、高程测量及导线测量等;②摄影测量，其中包括数字摄影测量及实时摄影测量，可通过不接触建筑来了解变形的情况，应用中观测的时间比较短；③空间测量技术，可采用全球定位系统、卫星测高等方式来进行观测，这些技术能够实现大范围的变形观测。另外，还有其他的观测技术可运用在建筑工程变形观测中，包括挠度曲线测量、微距离精密测量法等，这些技术通常可进行连续自动检测和遥测。

4.2 变形观测的实施步骤

在进行建筑工程变形观测时，应按规范的步骤来操作，保证观测的有效性。实际开展变形观测时，需按照以下步骤进行。第一步，设计变形观测方案，在观测之前人员应结合变形的类型、测量要求等进行分析，制定相应的方案，对方案进行比较和明确。在方案中应包含有建筑观测类型、观测技术标准以及观测的周期及精度等内容。第二步，布设变形观测点，观测点中有变形点和控制点，控制点中包括了基准点、工作基点等内容，基准点的位置设置应确保具有稳定性。工作基点应选取距离目标比较近的位置上。其他观测点的设置应考虑到观测的实际情况以及观测目的，同时应注意观测需反映出变形的特征，可通过附近的基准点进行观测。第三步，准备观测仪器，使用的观测仪器应符合工程观测的要求，在进行使用前应进行检验和校正，使指标能够满足精确度要求。在完成了仪器准备之后，应对变形观测的周期以及时效进行分析，定期开展观测作业。为保证观测的稳定性，应对控制网开展重复观测，在初次观测中应增加观测量，使观测的条件、仪器之间保持相同。第四步，对观测的数据进行整理分析，将得到的数据进行整合，计算出相应的结果，对结果进行分析，做出分析报告。在观测中，应将观测资料进行详细整理，并且绘制出得到的变形曲线，可为之后的工作提供参考依据。结合变形的情况和影响因素来分析观测的结果，了解建筑的变形过程，对原因进行深入的分析。还应进行有效的调整，制定相应的安全措施，结合计算分析的结果来审核方案的内容，保证方案的合理性，同时为相应部门带来一定的指导，针对没有达到要求的单位需要及时通知，使其停止并进行调整，将方案进行修改，可避免产生问题，使观测的进行具有良好的效果。

5 建筑工程变形观测实例

某建筑工程变形观测作业中，工程位于当地两条马路交叉口的西北位置，包括了住宅楼和保险公司办公楼。建筑工程占地面积为5.84万m2，场地中包括了8栋住宅楼，高度在31～33层，1层为地下室。基础工程设计为冲击钻成孔，桩长为19～20.5 m框剪结构，桩端在中风化泥岩中。结合工程的基本情况来设计变形观测方案内容，由于该工程的建筑沉降是地基、基础以及上部结构、降水几种因素作用产生的，沉降量在超出了一定的范围之后会影响到建筑的使用及安全。在工程施工过程中，通过对工程的了解，结合增加的层数或者荷载的情况来进行沉降观测，确定建筑的沉降情况，判断其沉降过程是否正常，当产生了问题时，应及时采取有效措施进行处理，使工程的安全得到保障。因此，在工程施工中，选取工程中1号～6号建筑进行变形观测。

5.1 观测水准基点稳定性检验

进行建筑工程观测的时候，选取一定的时间范围，对沉降位移监测网中的水准基点构成的闭合水准路线开展了相应的观测作业，共观测了7次，并且将观测的数据结果记录下来。得到了垂直位移监测网观测数值，如表1所示。通过将每期观测进行平差，可得到各期水准基点的高程数值，结果如表2所示。结合观测中的资料，使用公式进行计算可以得到垂直位移监测网中测站高差中误 m0=0.009 mm，达到了垂直位移监测网设计的观测精确度要求。公式如下：

式中,fh为水准环线闭和差；n为水准环线测站数；N为水准环线的个数。通过对高程数据进行计算可以得到每个水准基点高程之间的间隙差数值，如表3所示。经过计算得到的各个水准基点的稳定性为σ4=0.22，σ5=0.51，σ6=0.62，其中最小的是σ4的值，表明水准基点是稳定的。

表1 垂直位移监测网观测值

表2 水准基点高程平差值

表3 水准基点高程间隙差

5.2 观测作业需要注意的内容

在进行沉降观测的时候，应保证观测点埋设的牢固性，距离墙面应有一定的距离，避免在墙外保温层施工中将观测点埋在里面，导致沉降观测的开展产生问题。观测点的顶部应保证光滑，可使每次放置水准尺的时候能够将水准气泡居中，当作业中没有将水准气泡居中，会使测量的结果产生误差，难以保证测量的准确性。观测人员应根据观测中的相应规范来进行测量，前后视距尺应使用同一个水准尺，确保测量的可靠性。在观测的时候应根据确定的观测路线进行观测，还应避免阳光直射，保证观测中环境条件相同。在读数的时候，应确定成像的清晰度，当数值稳定之后进行读数，随时进行观测以及检核计算。在雨季观测的时候前后联测，对水准点的标高进行检查。在观测中得到的情况应反馈给相关部门，在发现了异常问题的时候，应进行上报，及时采取措施进行解决。

5.3 观测结果

根据建筑变形观测规程中内容要求垂直变形观测的水准点标石应埋设在最大的冻土层深度的0.5 m以下，该工程变形观测中的水准基点的选择在变形影响区域之外300 m范围的建筑上，通过对观测获得的数据以及计算的结果进行分析，结合水准基点高程间隙差的数值来看，可知在多次观测过程中的最大间隙值为0.87 mm，最小间隙值为0.02 mm，平均为0.40 mm。根据观测日期进行分析，从第一次观测到最后一次观测的日期中间间隔了405 d，因此，得到的最大间隙差是这段时期之内高程的变化值，平均每天的最大变化数值为0.002 mm。结合规程中的要求分析，建筑物的沉降稳定速度应在标准范围内容，即沉降速度控制在0.01～0.04 mm/d。通过对数据结果的分析，水准基点的变化量相比沉降稳定标准变化量小。所以水准基点选在变形区域之外的稳定建筑上能够达到建筑垂直变形观测的精度要求，同时已经完成的建筑的建设时间通常不能少于三年。此外，为了加强观测的准确性，可采用GPS技术进行观测，借助距离交会法完成作业，将GPS的信号接收装置位置确定，使多颗卫星所发散的GPS信号被接收，将信号接收装置接收的数据作为其中的基础，通过对接收装置以及卫星之间的距离以及信号发出的位置进行分析得到最终的结果。之后借助距离交会方式来计算测量值，可得到信号装置的三维坐标数值，使用三维坐标来表示获得的结果。采用这种方式可实现高效的观测，使观测的过程更加便捷，提升观测效果，为观测提供了更好的条件。

6 结 语

建筑物破坏变形危害早已引起了社会各界人士的广泛关注。但是在开展此项工作期间，相关工作者应当在充分结合变形种类以及测量要求的基础上，对测量方案加以完善与优化，并严格按照相关标准进行操作。应在观测前做好相应的准备工作，使观测能够顺利进行，在观测过程中需要根据规范来进行测量，保证测量数据的准确性，使观测的结果能够发挥出有效的参考作用，严格控制观测过程，只有这样，才能从源头上保障检测结果的准确性与可靠性。

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