摘要：當(dāng)今建筑業(yè)高層建筑呈發(fā)展趨勢，在其施工過程中和投入使用初期，由于荷載的不斷變化以及外力的影響，會引起建筑物下沉，當(dāng)建筑物各部分不均勻沉降時，會使建筑物產(chǎn)生傾斜、位移、裂縫等，因此，在施工和使用期間加強變形監(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)測的主要方法和實施過程。

　　關(guān)鍵詞：工程測量,變形監(jiān)測,全站儀,GPS,檢測頻率

　　一、建筑物發(fā)生變形的類型及原因

　�。ㄒ唬┙ㄖ�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)對于某一時刻的變形，其觀測結(jié)果表示建筑物在某一時刻的瞬時變形。例如：我們在爆破某一建筑物時，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)計方案來實現(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，只是不同時間段，不同因素的作用強弱不同而已。

　　二、建筑物變形監(jiān)測概述

　�。ㄒ唬┳冃伪O(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。

　�。ǘ�）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際性狀，科學(xué)、準(zhǔn)確、及時的分析和預(yù)報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、計算機科學(xué)等諸多學(xué)科的知識，它是一項跨學(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

　�。ㄒ唬┑孛姹O(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。

　�。ǘ�）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)，可實現(xiàn)測量過程的全自動化，被稱作測量機器人。測量機器人可自動搜尋觀測目標(biāo)，在很短的時問內(nèi)完成一目標(biāo)點的觀測，并可以對多個目標(biāo)作持續(xù)和重復(fù)觀測。測量機器人與測量數(shù)據(jù)處理分析軟件系統(tǒng)相結(jié)合完全可以實現(xiàn)變形監(jiān)測的自動化。測量機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)的項革命性變革。具有定位精度高、連續(xù)性、實時性、提供三維坐標(biāo)、全天候作業(yè)等優(yōu)點。尤其是實時動態(tài)測量技術(shù)(RTK)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。實時地計算并顯示出用戶站的三維坐標(biāo)。GPS與計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)及空間分析技術(shù)進(jìn)行集成，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理到變形分析及預(yù)報的自動化，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控。

　�。ㄋ模┗�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，隨著計算機技術(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)獲得同名像點的坐標(biāo)，就可以計算出對應(yīng)物點的空間坐標(biāo)。整個處理過程是由計算機完成的，因此也稱為“計算機視覺的攝影測量”。

　　四、工程測量變形監(jiān)測的實施過程

　�。ㄒ唬┳冃伪O(jiān)測流程圖

　　工程測量變形監(jiān)測流程圖

　�。ǘ�）變形監(jiān)測的基本流程

　　1、變形觀測點的布設(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際變形，與其變形觀測點布設(shè)是否合理、全面有直接關(guān)系。下面以沉降觀測點的布設(shè)為例：

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

　�。�1）通常在建筑物的四角點、中點、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，點間距一般為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；

　�。�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；

　�。�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。

　　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)測點相對于基準(zhǔn)點的高差隨時間的變化量。數(shù)據(jù)采集包括對基準(zhǔn)點和監(jiān)測點的埋設(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，并編制變形分析報告。

　　一是觀測資料的整理，編制各種數(shù)據(jù)表格和繪制變形曲線，便于直觀反映，具體內(nèi)容有：校核各項原始記錄，檢查每次變形觀測值計算是否有誤；對各種變形值按時間逐點編寫觀測數(shù)據(jù)表；計算絕對沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、傾斜度、垂直位移、水平位移等；繪制觀測點變形過程曲線和建筑物變形分布圖。

　　二是利用變形分布圖，結(jié)合觀測過程中的各種因素對觀測結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)出建筑物變形過程、變形規(guī)律、變形幅度、變形原因，并找出變形值與引起變形的內(nèi)在因素和規(guī)律。

　　4、變形監(jiān)測的頻率

　　變形監(jiān)測的頻率或次數(shù)取決于變形值的大小，變形速度快慢和觀測目的。通常要求監(jiān)測的次數(shù)既能反映出變化過程，又不遺漏變化的時刻，在施工過程中，待埋設(shè)的觀測點穩(wěn)定后進(jìn)行第一次全面監(jiān)測，以后對于高層建筑物每增加一層應(yīng)監(jiān)測一次，直至穩(wěn)定。其他建筑物監(jiān)測的總次數(shù)不少于五次�？⒐ず蟮谋O(jiān)測頻率一般為第一年每季度監(jiān)測一次；第二年，每半年監(jiān)測一次，以后每年監(jiān)測一次。當(dāng)遇到特殊情況時，還應(yīng)進(jìn)行臨時緊急監(jiān)測。值得注意的是，在整個變形監(jiān)測期間要按時、按規(guī)定、按設(shè)計要求進(jìn)行，以便取得完整可靠的第一手原始資料，確保監(jiān)測精度，并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行正確的變形分析。

　　結(jié)語

　　綜上，變形監(jiān)測是建筑物竣工驗收中的一項重要內(nèi)容,也是營運過程中的一項重要工作,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)計也是一項復(fù)雜的工作,需要多個領(lǐng)域綜合協(xié)調(diào)考慮。

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