關(guān)于建筑工程測量中變形監(jiān)測的論述

徐恕 解啟蒙

摘要：在施工和使用期間加強(qiáng)變形監(jiān)測過程控制措施是十分必要的。本文首先分析了建筑物發(fā)生變形的類型及原因，然后對變形監(jiān)測進(jìn)行了概述，最后闡述了工程變形監(jiān)測的主要方法和實(shí)施過程。

關(guān)鍵詞：工程測量;變形監(jiān)測;全站儀;GPS

一、建筑物發(fā)生變形的類型及原因

（一）建筑物變形的類型

建筑物變形分靜態(tài)變形和動態(tài)變形兩種。前者指其變形值是關(guān)于時(shí)間的函數(shù);后者是在外力作用下產(chǎn)生的變形，其變形值是以外力的函數(shù)來表示的動態(tài)系統(tǒng)對于某一時(shí)刻的變形，其觀測結(jié)果表示建筑物在某一時(shí)刻的瞬時(shí)變形。例如：我們在爆破某一建筑物時(shí)，對周圍建筑物在爆破瞬間產(chǎn)生的變形即為動態(tài)變形，而在爆破之后的某一段時(shí)間內(nèi)的變形則屬于靜態(tài)變形。兩種類型相互作用，共同影響。

（二）建筑物發(fā)生變形的原因

1、自然條件及其變化而引起建筑物變形

建筑物地基的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等因素引起建筑物變形。如：由于基礎(chǔ)的地質(zhì)條件不同，引起建筑物各個(gè)部分不均勻沉降，而使其發(fā)生傾斜、位移、裂縫等變形;或由于地基本身的塑性變形也會引起建筑物不均勻沉降;同時(shí)由于溫度與地下水位的季節(jié)性和周期性變化引起建筑物的規(guī)律性變形。

2、建筑物自身的荷載大小、結(jié)構(gòu)類型、高度及其動荷載（如風(fēng)力大小、振動強(qiáng)弱）等引起建筑物變形。要減弱這方面影響，往往通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)。

3、由于建筑物施工或使用期間一些工作做得不合理，或由于周圍環(huán)境影響而產(chǎn)生的變形。例如：在高大建筑物周圍進(jìn)行深基坑開挖，就會對其原有建筑物產(chǎn)生影響。以上引起變形的因素是相互聯(lián)系、相互作用的，對建筑物往往是共同作用的，只是不同時(shí)間段，不同因素的作用強(qiáng)弱不同而已。

二、建筑物變形監(jiān)測概述

（一）變形監(jiān)測的基本概念

變形監(jiān)測就是利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測、對變形體變形性態(tài)進(jìn)行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測等的各項(xiàng)工作。其任務(wù)是確定在各種荷載和外力作用下，變形體的形狀、大小、及位置變化的空間狀態(tài)和時(shí)間特征。在精密工程測量中，最具代表性的變形體有大壩、橋梁、高層建筑物、邊坡、隧道和地鐵等。

受各種因素影響，所有的建筑物在從施工至倒塌（拆除）的過程中，都會產(chǎn)生變形，而這種變形是三維的。為保證建筑物在施工、管理及科學(xué)研究提供可靠的資料，在建筑物施工和運(yùn)行期間，需要對建筑物的穩(wěn)定性進(jìn)行觀測，這種觀測稱為建筑物變形監(jiān)測。

（二）變形監(jiān)測的目的

變形監(jiān)測的首要目的是要掌握建筑物的實(shí)際性狀，科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的分析和預(yù)報(bào)水利工程建筑物的變形狀況，對水利工程建筑物的施工和運(yùn)營管理極為重要。變形監(jiān)測涉及工程測量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識，它是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究，并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展。

（三）建筑物變形監(jiān)測的內(nèi)容

主要包括基礎(chǔ)的沉降觀測與建筑物本身的變形觀測。就其基礎(chǔ)而言，主要觀測內(nèi)容是建筑物的均勻沉降與不均勻沉降。對于建筑物本身來說，則主要是觀測傾斜與裂縫。對于高層建筑物，還應(yīng)對其動態(tài)變形進(jìn)行觀測。

三、工程變形監(jiān)測的主要方法

（一）地面監(jiān)測方法

1、前方交會（方向前方交會、距離前方交會、邊角前方交會）、后方交會（測邊后方交會、三點(diǎn)極坐標(biāo)后方交會）、極坐標(biāo)法應(yīng)用于大壩下游壩面上的觀測點(diǎn)以及拱壩的觀測。傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法、方向交會法等測得點(diǎn)位精度較高。

2、視準(zhǔn)線法（小角法、活動覘牌法）應(yīng)用于測定建筑物的水平位移。

3、幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量應(yīng)用于垂直位移，沉降與回彈監(jiān)測。

（二）基于全站儀的變形監(jiān)測

全站儀變形監(jiān)測以其自動化、高精度、三維監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢，在變形監(jiān)測中得到了普遍應(yīng)用。全站儀正在向全能型和智能化方向發(fā)展。帶馬達(dá)驅(qū)動和程序控制的全站儀結(jié)合激光、通訊及CCD技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)測量過程的全自動化，被稱作測量機(jī)器人。測量機(jī)器人可自動搜尋觀測目標(biāo)，在很短的時(shí)問內(nèi)完成一目標(biāo)點(diǎn)的觀測，并可以對多個(gè)目標(biāo)作持續(xù)和重復(fù)觀測。測量機(jī)器人與測量數(shù)據(jù)處理分析軟件系統(tǒng)相結(jié)合完全可以實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測的自動化。測量機(jī)器人作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面的進(jìn)一步發(fā)展，使其在建筑物變形監(jiān)測中必將得到進(jìn)一步應(yīng)用。

（三）基于GPS的變形監(jiān)測

GPS的應(yīng)用是測量技術(shù)的項(xiàng)革命性變革。具有定位精度高、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性、提供三維坐標(biāo)、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。尤其是實(shí)時(shí)動態(tài)測量技術(shù)（RTK）是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)。實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示出用戶站的三維坐標(biāo)。GPS與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)及空間分析技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理到變形分析及預(yù)報(bào)的自動化，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（四）基于數(shù)字?jǐn)z影測量的變形監(jiān)測

攝影測量作為一種遙感式數(shù)據(jù)采集方法，可用于各種目的的測量，以前，由于存在設(shè)備專業(yè)化，價(jià)格昂貴，所需工作環(huán)境的限制、數(shù)據(jù)處理技術(shù)復(fù)雜，處理周期長，信息反饋慢等原因難以推廣。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，攝影測量已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字?jǐn)z影測量時(shí)代。被攝物體的數(shù)字影像的獲取變得越來越容易。利用數(shù)字影像處理技術(shù)和數(shù)字影像匹配技術(shù)獲得同名像點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以計(jì)算出對應(yīng)物點(diǎn)的空間坐標(biāo)。整個(gè)處理過程是由計(jì)算機(jī)完成的，因此也稱為“計(jì)算機(jī)視覺的攝影測量”。

（五）變形監(jiān)測的基本流程

1、變形觀測點(diǎn)的布設(shè)

變形觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性以及其數(shù)據(jù)能否正確反映出建筑物的實(shí)際變形，與其變形觀測點(diǎn)布設(shè)是否合理、全面有直接關(guān)系。下面以沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)為例：

每個(gè)工程應(yīng)當(dāng)在施工作業(yè)范圍外至少埋設(shè)三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并確保不受施工影響。每次在進(jìn)行沉降觀測前，須檢驗(yàn)水準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，只有穩(wěn)定的水準(zhǔn)點(diǎn)方可作為沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)。沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循以下原則：

（1）通常在建筑物的四角點(diǎn)、中點(diǎn)、轉(zhuǎn)角處等能反映變形特征和變形明顯的部位布設(shè)沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)間距一般為10～20mm。

（2）對于設(shè)有后澆帶及施工縫的建筑物，還應(yīng)在其兩側(cè)布設(shè)沉降觀測點(diǎn);

（3）對于新建建筑物與原有建筑物的連接處，應(yīng)在其兩側(cè)的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn);

（4）對于一些大型工業(yè)廠房，除按上述原則布設(shè)沉降觀測點(diǎn)外，還應(yīng)在大型設(shè)備四周的承重墻或支柱上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。

2、外業(yè)數(shù)據(jù)采集

沉降變形監(jiān)測采用水準(zhǔn)測量的方法，多次重復(fù)測定埋設(shè)在大樓上的沉降監(jiān)測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的高差隨時(shí)間的變化量。數(shù)據(jù)采集包括對基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)、保護(hù)和觀測。

3、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、預(yù)測和監(jiān)測報(bào)告

欲使變形觀測真正反映工程施工和使用過程的變形情況，確保安全施工和充分發(fā)揮工程效益的作用，除了取得現(xiàn)場觀測的第一手資料外，還必須對觀測資料進(jìn)行整理與分析，并編制變形分析報(bào)告。

四、結(jié)語

綜上，變形監(jiān)測是建筑物竣工驗(yàn)收中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是營運(yùn)過程中的一項(xiàng)重要工作，特別對于高層建筑物及大型工程，必須進(jìn)行長期的變形監(jiān)測。而建筑物的變形監(jiān)測是一門邊緣交叉學(xué)科，它不僅要求具有一定的測量理論基礎(chǔ)，而且還應(yīng)具備工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和建筑結(jié)構(gòu)等方面的理論知識，因此，變形監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要多個(gè)領(lǐng)域綜合協(xié)調(diào)考慮。

參考文獻(xiàn)：

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