对城市建筑物变形监测的分析

对城市建筑物变形监测的分析

摘要:本文主要对城市建筑物变形监测的基本原则、方法、数据处理等进行了简要的分析探讨。

关键词:变形监测；原则；方法；数据处理

0引言

城市的各类建筑物、构筑物,特别是兴建的大量高层建(构)筑物,由于各种因素的影响都会在一定程度上产生变形,但当这种变形超出了一定的限度时,就会影响建筑物的正常使用,严重的还会危及建筑物的安全。因此在工程建筑物的施工与运营期间,对其进行监测显得尤为重要。

1 建筑物变形的主要原因

(1)地质资料不准确。有的地质资料是参考相邻场地地质情况得出的数据,有的钻探钻孔间距过大,有的钻探深度不够,有的场地地层变化复杂。

(2)基础设计形式不统一,采用多种基础形式混合；建筑物体形复杂,荷载差异大；基础落在不同土质上等。

(3)基础施工达不到设计和规范要求。施工验槽(坑)时没有进行土体原位试验,仅凭经验判断,使建筑物未落在设计持力层上；或基槽(坑)原土被扰动、超挖以及施工时淤泥、松土未清理或者基底清理未达施工规范要求。

2 建筑物变形监测的主要作用及内容

2.1 建筑物变形监测的主要作用

引起建筑物沉降变形的因素具有复杂性和隐蔽性,且勘察、设计及施工存在客观偏差,检测建筑物结构安全与否,变形监测成了一种必不可少的依据。变形监测主要是监视建筑物施工的质量及其使用与运营期间的安全,监测建筑物场地和建筑物的稳定性,分析和处理有关工程质量事故,验证有关建筑地基、结构设计的理论和设计参数的准确和可靠性,研究建筑物变形规律和预报变形趋势。

2.2 建筑物变形监测的主要内容

建筑物变形监测的内容根据建筑物的要求而不同,一般按设计要求及设计规范、施工规范来确定,将建筑变形分为沉降与位移两类。对于一般的建筑物,主要是建筑物沉降监测与建筑物主体倾斜监测。建筑物沉降监测应测定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。建筑物主体倾斜监测应测定建筑物顶部相对于底部或各层间上层相对于下层的水平位移与高差,分别计算整体或分层的倾斜度,倾斜方向及倾斜速度。

3 建筑物变形监测方法

建筑物变形监测方法主要有常规地面测量方法、摄影测量方法、GPS测量方法及自动化监测和数据处理管理系统等。

（1）常规地面测量方法主要是用常规测量仪器(经纬仪、测距仪、水准仪)测量角度、边长和高程的变化来测定变形。它们是目前测量的主要手段,能够提供整体变形状态,适用于不同的精度要求、不同形式的变形和不同的外界条件。常规地面测量方法的完善与发展,其显著进步是全站型仪器的广泛使用,尤其是全自动跟踪全站仪,也称测量机器人,可以进行一定范围内无人值守、全天候、全方位的自动监测,其监测精度可达到亚毫米级。

（2）摄影测量方法适用于大型工程建筑物(例如高层建筑)的变形观测。摄影测量可以同时测定变形体上任意点的变形,提供完全和瞬时的三维空间信息,不需要接触被测物体,通过不同时段的观测可以观测到变形体变形前后的状态,点位测定精度已可达2—4μm。

（3）GPS定位测量技术已在越来越多的领域取代了常规光学和电子测量仪器。它使建立三维网的监测变得简单,将测绘定位技术从静态扩展到动态,且不需要测站间的通视,可以免去建标、砍树之类的工作。全球定位系统可以提供1.0×10-6的相对定位精度,可以预计,1.0×10-6或更高的精度将可以达到。数据通讯技术、计算机技术和以GPS为代表的空间定位技术的日益发展和完善,使得GPS由原来的周期性观测逐渐走向高精度、实时、连续、自动监测。

4 建筑物变形监测的基本原则及注意事项

4.1 建筑物变形监测的基本原则

在实施建筑工程变形监测时必须要遵循“五定”原则。即变形观测依据的基准点、被观测物上的变形观测点、所用仪器设备、观测人员、观测时的环境条件基本等要稳定。才能使所测的结果具有统一的趋向性,保证各次复测结果与首次观测的结果可比性一致,使观测值更真实。

4.2建筑物变形监测的注意事项

(1)实地踏勘,做好技术设计。这是变形观测的第一步,是为变形观测技术设计书的编写提供重要依据。

(2)编写变形观测技术设计书,确定施测精度指标。精度指标是将国家现行设计验收规范、用户要求及和工程实际情况有机结合的产物。在编写变形监测方案过程中应规定变形监测的技术精度指标、变形监测方法、观测频率及周期等。因此变形观测技术设计书编写得好坏,将直接关系到后面变形观测工作的进行。

(3)选用仪器、设备应满足变形观测施测精度要求。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检验校正,且必须经计量检定单位法定检验。连续使用3~6个月后重新对所用仪器、设备进行检校。

(4)变形监测网点的要求。变形监测网点分为基准点、工作基准点、变形观测点。每个工程必须有不少于3个稳固可靠的点作为基准点。

(5)观测时间的要求。建筑物的变形监测对时间有严格限制,特别是首次观测必须按时进行,否则变形监测因得不到原始数据,而使整个监测得不到完整的观测资料；其他各阶段的复测,根据工程进展情况必须定时进行,不得漏测或补测。相邻的2次时间间隔称为l个观测周期。无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。当出现异常变形或变形发展过快时,应增加测量次数,及时跟踪变形的发展。

5 建筑物变形监测的数据处理

变形监测的数据处理和资料分析工作是一项重要的工作内容,建筑物的变形监测数据一般在全部工程完成后进行提交,对每次观测数据成果须进行整理分析,并递交建设方、监理方，作为建筑物结构质量验收的依据之一,为以后建筑物结构变化监测,荷载变化提供原始资料。

在变形监测数据处理工作中,要想获取工程建筑物在三维空间中真实可靠的位移值,关键是要建立一个与实际情况相符的变形模型。而能否建立起这一模型,主要取决于能否定义一种正确的变形监测网参考系。

定义变形参考系,实质上就是选择一种平差方法,即确定参考系方程BTX=0。对于变形监测网而言,无论是绝对网还是相对网,在观测周期间网点的位置均不能认为是没有变动的。因此,变形监测网多为自由网,一般采用自由网平差方法进行平差。自由网平差方法有多种,对于同一个监测网采取不同的平差方法,将会得到不同的变形模型,最终使所得出的建筑物位移值存在差异。

当然,在变形分析中,笼统地说哪种平差方法最好是不合适的。问题的关键在于平差方法中所定义的参考系是否与实际变形情况相符合。当网中存在固定点时,采用这些固定点作基准,应用经典平差,可以得到满意的成果。当网中某些点具有相对的稳定性,它们相互变动是随机的情况下,则用这些点作拟稳点,用拟稳平差对成果进行分析,结果将令人满意。当监测网所有点具有微小的随机变动时,普通自由网平差对这种变形情况是一种有效的分析方法。

6 结语

总而言之，变形测量就是监测建筑物是否产生不均匀沉降,沉降量值有多大,以及沉降的发生是施工本身造成的还是由于地质情况产生不均匀沉降而造成的,从而评价施工单位对建筑物施工的质量优劣，所以是不可忽视的。