变形观测是建筑物竣工验收中的一项重要内容

提要：该文针对工程建筑物变形观测中的若干问题,从变形量测定精度的确定、变形观测周 期的选取以及变形观测点的布设三个方面进行了分析与探讨。 关键词：变形观测；建筑物；精度；观测周期；测点布 1前言 随着我国改革开放的深入和经济建设的飞速发展,各种建筑物及重点工程不断出现,为确保 这类建筑物的安全使用,必须进行长期的变形观测,以确定其变形状态。对工程建筑物,变形 观测具有安全预报、科学评价及检验施工质量等三方面的职能,是工程施工和运营管理的安 全的保证。然而,建筑物的变形观测在我国还是一门比较年轻的科学,变形观测的技术、观 测方案的选取以及观测系统的设计等都还存在着不完善不科学的方面,有待不断的探索与改 进。变形观测系统包括观测精度的确定、观测频率和周期的选择以及测点的布设等多方面 的内容,合理制定变形观测系统是变形观测过程中非常重要的一项工作,它影响到观测的成 本以及成果的精度和可靠性1,因此,必须认真仔细的进行设计。 2变形量测定精度的确定 21 观测精度指标确定的依据 建筑变形测量应能确切反映建筑物、构筑物及其场地的实际变形程度或变形趋势,并以此作 为确定作业方法和检验成果质量的基本要求2,由于观测精度直接影响到观测成果的可靠 性,同时也涉及到观测方法和仪器设备等,因此,确定合理的精度是很重要的。一般而言,变 形的程度是根据变形值和变形速度来确定的,也即根据选定的时间段内变形的变化过程来决 定的,显然,有必要使观测精度无论在规定时间段的变形值本身方面,还是在变形的变化速度 方面,都能符合“实际上可靠”的原则。因此,规定测量精度时,首先应根据变形的速度值, 这一条件可以写成:=(ti)-(ti-1) 式中:(t)t 时刻的变形值; 确定变形的标准,在测量工作中,一般用中误差进行统计估算;由误差发布类型 和置信水平所决定的系数。变形速度可以根据计算资料,或者根据动负荷的预计来确定。这 时,为了确定任一期间变形的大小,必须知道前一段时间变形的数值。因此,根据初步计算的 资料或类似方法所求得的最初测量精度,应该在观测过程中根据所观测的结果进行修正3。 对于具体工程,变形观测精度指标的确定,还应考虑变形观测分析的目的以及结构的重要性 等相关因素,过高的精度要求必然使测量工作复杂,费用和时间增加,这在实际中是不可取的。 不同类型的工程建筑物,变形观测的精度要求差别也较大,对于同类型工程建筑物,根据其结 构、形状不同,要求的精度也有差异,即使是同一建筑物,不同部位的精度要求也会有所不同,因 此,精度指标的确定还应视具体工程而异。另外,对于高层建筑物的沉降观测,如果简单的以 绝对允许沉降量为主要控制指标来确定测量精度,这也是欠妥的。因为建筑物的沉降分均匀 沉降和不均匀沉降,前者一般对建筑物不具有破坏性,只有当沉降量过大时,有可能影响建筑 物的正常使用;后者则不同,如果超过其允许变形值,则会造成建筑物的破坏,威胁建筑物的 安全。因此,为观测建筑物安全所做的沉降观测,应该以不均匀沉降的允许变形值为依据来 确定观测精度指标。 22 观测精度指标的取值问题 国际测量学会变形观测研究小组的报告认为:“观测精度的要求决定于预期变形值的大小和 观测的目的”4。国内外大多数文献在确定精度指标时,也都使用了取允许变形值的 1/3、1/10 或 1/20 等等,作为观测精度指标。这也是表明,所需的观测精度取决于变形值的 大小,如果允许变形值大,则观测精度要求低,相反则要求高。笔者以为,根据允许变形值大 小来取值的做法,在概念上是值得商榷的。 首先,允许变形值就是建筑物接近临危状态时的变形量,其实质上就是一个被观测的量,观测 精度指标应该根据客观要求来规定,而不应该随观测量的大小而变化。其次,对于不均匀沉 降,允许变形值是观测建筑物安全的标准,所以沉降观测的精度必须能准确的反映建筑物的 这个允许变形值,虽然此值并不是一个十分准确的临界值,但其允许的偏差是有限度的,不同 结构类型和地质条件的建筑物,允许变形值是不同的,当允许变形值较大时,若仍按其大小比 例确定测量误差,则有可能大于其允许偏差,从而影响到对建筑物安全的判断。因此,为观测 建筑物的安全而进行的变形观测,其精度要求取决于允许变形值本身的误差大小,而不应取 决于允许变形值本身的大小。但目前地基规范所能提供的允许变形值还难以给出其本身的 误差是多少,文献5即对允许变形值赋予了一定的安全储备,称为安全度,这样,测量允许误 差的大小就可以在安全度的范围内来取值,而不会影响到对建筑物安危的判断6。 3变形观测周期的选取 31 观测周期选定的原则 由于建筑物变形是一个渐变过程,是时间的函数,而且变形速度也是不均匀的,但是,我们进 行的变形观测次数是有限的,所以,合理的选择连续观测的周期,对于正确分析变形结果是很 重要的,不要盲目的增加观测次数和缩短观测周期,以免在变形变化较小时,前后两次观测数 据在观测误差范围内跳动,既浪费人力物力,又达不到观测的目的。重复观测的频率取决于 变形的大小、速度以及观测的目的,合理的要求是,一方面使系统观测的次数可以判断出变 形过程的一般特点,另一方面又不能错过建筑物的变化时刻。总之,建筑物变形观测频率的 选择,要根据观测的目的和要求以及建筑物具体的情况来确定,在满足必要精度的前提下,尽 量做到高效、省时省力。 32 沉降观测周期的确定问题 从分析变形过程的观点出发,变形速度值比变形的绝对值有更重要的意义,在这个角度,沉降 观测周期可用经验公式来确定:T2mhK/V 式中,mh 为两沉降观测点间的高程中误差;V 为 沉降速度,一般取平均沉降量除以间隔日;K 为高程沉降量与其误差之比,可根据建筑物变形 情况在 510 内选择7。在实际工作中,应视具体情况选择观测次数与间隔时间。在建筑物 施工期间,观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定,在建筑物使用阶段则应视地基土 类型和沉降速度大小而定。特别当建筑物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、施工部门采取措施,另一方面应立即进行逐日或几天一次的连续观测,以 保证建筑物的安全。 33 倾斜观测与水平位移观测周期的选择 建筑物主体倾斜观测的周期,根据文献2,可视倾斜速度每 13 个月观测一次,若遇基础附 近因大量堆载或卸载等原因导致倾斜速度加快时,应及时增加观测次数。在施工期间的观测,可 与建筑物的沉降观测同时协调进行,这样就给分析建筑物的变形、评价建筑物的安全提供了 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建筑物变形的 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和可靠性。水平位移观测的周期,对于不良地基土地区的观测,亦 可与一并进行的沉降观测协调考虑确定;对于受基础施工影响的有关观测,应按施工进度的 需要确定,可逐日或隔数日观测一次,直至施工结束,而对于土体内部侧向位移的观测,则应 视变形情况和工程进展而定。 4变形观测点位的布设 41 点位布设的原则 变形观测的内容尽管很多,但它们都是周期性对观测点进行重复观测,以求其在观测周期间 的变化量。测点的布设在变形观测中起着相当重要的作用,布设的优劣、科学与否直接影响 到观测数据能否正确反映建筑物的沉降及形变。测点布设前,应先收集资料,对建筑结构、 施工现场和工程进度有一个全面细致的了解,然后根据观测的目的与要求,按以下原则选点: 从整体到局部,先设计后施工。即先选取能控制住整体建筑物的点位,后根据局部特征调节、 加密;先在图纸上规划设计,然后到实地踏勘、对照、修改、确定、埋设。 42 点位布设需考虑的因素 现行规范中对观测点如何布设没有明确的规定,传统的方式是沿建筑物外围布设一圈观测点 来进行观测,实践证明,这种以封闭线来代表面用内插方法所提供的整体建筑物的形变量与 实测的形变量有很大的出入。可见,这种做法是不合理不科学的,有些学者已对此提出了异 议8。因此,就观测数据的真实性和有效性来看,应该在建筑物的外围和内部均布设测点, 才能完善此项工作。合理的测点布设,考虑的因素是多方面的,对工业与民用建筑的地基基 础,主要观测的是均匀沉降和不均匀沉降;对于建筑物本身则主要观测倾斜与裂隙;对高层建 筑物特别是高耸建筑物则需要进行震动变形观测等等。岩土类型不同,建筑物的形状不同, 地面所承受的压力也不同,所产生的沉降量也会不同,对异形建筑物的形状因素一定要考虑。 日光照射引起的温差作用、大气作用、机械振动及施工偏载等因素也会引起高层建筑物的 形变。我们只有分析研究引起形变产生的原因,区别对待,有所侧重和针对性,进而确定变形 观测的方案,才能合理的布设测点,把这项工作做好。另外,根据观测的目的和要求,还应该 适当的布设局部特征点,这些点可根据建筑物本身的局部特征及设计方的要求来布设,通常 可以考虑以下几点:1)地质条件改变处;2)后浇注处;3)基础形式改变处;4)层间位移较大处。 5结语 变形观测是建筑物竣工验收中的一项重要内容,也是营运过程中的一项重要工作,特别对于 高层建筑物及大型工程,必须进行长期的变形观测。而建筑物的变形观测是一门边缘交叉学 科,它不仅要求具有一定的测量理论基础,而且还应具备工程地质、水文地质和建筑结构等 方面的理论知识,因此,变形观测系统的设计也是一项复杂的工作,需要多个领域综合协调考 虑。另外,实际观测过程中也会出现一些无法预计的人为因素和自然因素的影响,尤其是在 测点布设和现场观测过程中,故在具体工作中更应得到甲方的支持和施工方的密切配合,以 使观测系统设计更加符合实际,科学合理,并最终保证观测成本最优,观测成果真实可靠。 参考文献： 1陈永奇,吴子安,吴中如.变形观测分析与预报.北京:测绘出版社,1998 2JGJ/T8-97 建筑变形测量规程