基于工程实践的建筑变形监测技术研究

基于工程实践的建筑变形监测技术研究

摘要:高层建筑变形监测的直接目的之一就是对高层建筑的运营状态进行安全监控、评价和预报。本文以高层建筑静态变形监测为研究对象,分析了高层建筑变形监测的范畴,探讨了变形监测方案的设计思路和观测周期的确定方法,在此基础上,探讨了建筑变形监测的具体方法,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:变形监测高层建筑周期方案

1 变形监测概述

高层建筑变形监测的直接目的之一就是对高层建筑的运营状态进行安全监控、评价和预报。从20世纪90年代以来,高层建筑变形监测手段的硬件和软件迅速发展,监测范围不断扩大,监测自动化系统、数据处理和资料分析系统、安全预报及分析评价系统也在不断的完善。工程设计采用新的可靠度设计理论与方法以来,变形监测成为提供设计依据、优化设计和可靠度评价不可缺少的手段,成为工程设计和施工质量控制的重要手段。由于工程自身的特殊性和复杂性,在一般情况下,直接采用变形监测原始数据对高层建筑安全稳定状态进行评估和反馈是困难的。因此,为了实现高层建筑安全运营的设计目的,一般需要结合具体的工程和变形监测不同时段的不同特点和要求分别选用不同的手段和方法,认真做好监测数据和资料的整理分析工作,对高层建筑的安全稳定状态进行评估、预测和预报,并为改进建筑

工程设计、施工方法和运营管理提供科学的依据。

2 变形监测方案设计

2.1 观测精度的确定

高层建筑变形量应能确切反映高层建筑、构筑物及其地基的实际变形情况或变形趋势,并以此作为确定监测方案和检验成果质量的基本要求。由于观测精度直接影响到观测成果的可靠性,同时也受到观测方法和仪器设备等的影响,因此,确定合理的测量精度是变形监测方案设计的重要内容。国内外对变形监测的精度要求还存在不同看法,但可以确定的是,变形监测的精度取决于观测的目的。国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议(1971年)工程测量组提出:“如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保高层建筑的安全,则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20;如果观测目的是为了研究其变形过程,则其中误差应比这个少得多”。

对于不同的高层建筑,其变形监测的精度要求差别比较大,同一高层建筑的不同部位在不同时间对观测精度的要求也有可能是不同的。变形监测采用哪个等级,主要按图1中所示方法确定。

在实际监测中,通常根据高层建筑的地基允许变形值来推算,高层建筑的地基允许变形值一般是由设计单位给定的或者由相应的建筑

规范规定的。地基允许变形值包括沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种。

沉降量——基础某点沉降大小,一般指基础中心的沉降量;沉降差——基础上任意两点沉降量之差,一般指相邻两单独基础的沉降量之差;倾斜——基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值;局部倾斜——砌体承重结构沿纵向6m～8m内基础两点的沉降差与其距离的比值。根据《建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)》规定,常用的高层建筑地基允许变形值,可以求出相应的允许变形量,根据实际情况取其就得到应该采用的测量精度。

2.2 观测点位的布设

变形观测点包括基准点和监测点,基准点分为稳定基准点和工作基点,它们在监测中各自作用不同。基准点的布设主要考虑稳定性,不受干扰,且要考虑测量技术,一般埋设在变形影响范围以外或基岩上,基准点埋设过远,则测量工作不方便,观测误差大,埋设近了,有可能不稳定。所以,一般在基准点和监测点之间加设工作基点。同时要在基准点周围设置保护点,当基准点受到破坏时可用保护点来恢复,平时则可以用于检核基准点。由基准点和工作基点构成变形监测网,既保证了基准的稳定性,又方便了测量工作。

基准点的布设主要考虑测量工作的需要,而监测点的布设则需要与其它学科相结合。总的说来,监测点的位置必须布设在能够反映高

层建筑变形特征和变形明显部位。实践表明,监测点一般布设在如下位置。

(1)基础类型、埋深、荷载有明显不同处:(2)沉降缝、伸缩缝、新老建筑连接处两侧;(3)高层建筑角点、中点处,且每边不少于3个监测点;(4)圆形、多边形高层建筑纵横轴线对称处;(5)工业厂房独立柱基础。

3 观测周期的确定

高层建筑变形是一个渐变过程,是时间的函数,而且变形速度不均匀,但变形观测次数是有限的,因此,合理的选择连续观测的周期,对于正确分析变形结果是确保高层建筑自身安全很重要的。变形观测从高层建筑施工开始,到停止使用结束,贯穿整个过程,相邻两次变形观测的时间间隔就是一个观测周期。确定变形观测周期的基本原则为:根据高层建筑的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件及施工过程等因数综合考虑。

对于沉降观测,从分析变形过程出发,变形速度值比变形绝对值具有更重要的意义。基于这一点,其周期可用以下经验公式来确定:

其中:为两沉降观测点之间的高程误差;

为沉降速度,一般取平均沉降量与间隔天数的比值;

为高程沉降量与其误差之比,可根据高层建筑变形情况在5～10内选择。

在实际工程中,应视具体情况选择观测次数与间隔时间。在高层建筑施工期间,观测次数与间隔时间应视地基与荷载增加情况而定;在高层建筑使用阶段则应视地基土类型和沉降速度大小而定。特别当高层建筑平均沉降速度较大或不均匀沉降量较大时,一方面应及时通知设计、施工单位,查找原因并采取措施;另一方面应增加观测次数,以保证高层建筑的安全使用。

对于倾斜观测,高层建筑主体倾斜观测的周期,可视倾斜速度每1～3个月观测一次,若由于基础附近大量堆放或卸载等导致倾斜速度加快时,应及时增加观测次数。施工期间的观测可与高层建筑的沉降观测同时协调进行,这样就为分析高层建筑的变形、评价高层建筑的安全性提供了更加完备的资料,分析结果也更真实可靠。另外,考虑到温度与风荷载对高层高层建筑变形的影响较大,故在倾斜观测时应避开强日照和风荷载较大的时间段,以免使测量误差过大而影响观测分析结果的真实性可靠性。水平位移观测的周期,对于不良地基土地区的观测,亦可与沉降观测协调考虑确定;对于受基础施工影响的相关观测量,应按施工进度的需要确定,可每天或隔几天观测一次,直至施工