1.1高層建筑變形監(jiān)測高層建筑變形監(jiān)測的直接目的之一就是對高層建筑的運營狀態(tài)進行安全監(jiān)控、評價和預報。從20世紀90年代以來,高層建筑變形監(jiān)測手段的硬件和軟件迅速發(fā)展,監(jiān)測范圍不斷擴大,監(jiān)測自動化系統(tǒng)、數據處理和資料分析系統(tǒng)、安全預報及分析評價系統(tǒng)也在不斷的完善。工程設計采用新的可靠度設計理論與方法以來,變形監(jiān)測成為提供設計依據、優(yōu)化設計和可靠度評價不可缺少的手段,成為工程設計和施工質量控制的重要手段。由于工程自身的特殊性和復雜性,在一般情況下,直接采用變形監(jiān)測原始數據對高層建筑安全穩(wěn)定狀態(tài)進行評估和反饋是困難的。因此,為了實現高層建筑安全運營的設計目的,一般需要結合具體的工程和變形監(jiān)測不同時段的不同特點和要求分別選用不同的手段和方法,認真做好監(jiān)測數據和資料的整理分析工作,對高層建筑的安全穩(wěn)定狀態(tài)進行評估、預測和預報,并為改進建筑工程設計、施工方法和運營管理提供科學的依據。高層建筑變形觀測簡便、精度高,能直觀地、及時地掌握高層建筑性態(tài)的變化,許多高層建筑在出現危險之前都常常發(fā)生較大的變形。因而,分析高層建筑變形規(guī)律、對高層建筑的變化趨勢進行有效預測對高層建筑安全監(jiān)控、確保高層建筑安全運營具有重要意義。

 

  1.2基坑工程周圍環(huán)境監(jiān)測在城市建筑密集地區(qū)施工,不僅要求保證高層建筑本身的安全性,還必須保證鄰近建筑的安全使用。在基坑開挖以及以后的施工過程中,由于地下水位下降、荷載增加以及其它一些不確定因素,必然引起周圍環(huán)境變化,這在工程中稱為基坑工程環(huán)境效應�；�坑工程環(huán)境效應包括支護結構和工程樁施工、降低地下水位、基坑土方開挖各階段對高層建筑的影響,主要表現在以下幾方面。(1)基坑土方開挖引起支護結構變形以及降低地下水位造成基坑四周地面產生沉降、不均勻沉降和水平位移,導致影響相鄰高層建筑及市政管線的正常使用,甚至造成破壞。(2)支護結構和工程樁若采用擠土樁或部分采用擠土樁,施工過程中產生的擠土效應將對鄰近高層建筑及市政管線產生影響。其中,由于基坑土方開挖引起支護結構變形以及降低地下水位造成基坑四周地面產生沉降和不均勻沉降,從而對周圍高層建筑和市政設施的影響是最主要的方面。深基坑開挖是一項復雜的工程,在支護加固不當時,�？梢蛑苓叺孛娴某两刀�危及各種高層建筑的正常使用。基坑開挖引起的地表移動與變形取決于其側壁(支護或無支護)的變形程度及變形形式。邊坡、基坑工程穩(wěn)定是其鄰近地表及高層建筑安全的必要條件,但決不是充分條件,因為即使邊坡、基坑穩(wěn)定,近鄰地表同樣存在由于開挖引起的地表移動與變形,甚至破壞。因此,在基坑工程中,必須對周圍的高層建筑進行安全監(jiān)測,以確保其安全使用,其中主要是對高層建筑進行沉降觀測和傾斜觀測。

  2.1觀測精度的確定高層建筑變形量應能確切反映高層建筑、構筑物及其地基的實際變形情況或變形趨勢,并以此作為確定監(jiān)測方案和檢驗成果質量的基本要求。由于觀測精度直接影響到觀測成果的可靠性,同時也受到觀測方法和儀器設備等的影響,因此,確定合理的測量精度是變形監(jiān)測方案設計的重要內容。國內外對變形監(jiān)測的精度要求還存在不同看法,但可以確定的是,變形監(jiān)測的精度取決于觀測的目的。國際測量工作者聯合會(FIG)第十三屆會議(1971年)工程測量組提出:“如果觀測的目的是為了使變形值不超過某一允許的數值而確保高層建筑的安全,則其觀測的中誤差應小于允許變形值的1/10～1/20;如果觀測目的是為了研究其變形過程,則其中誤差應比這個少得多”。對于不同的高層建筑,其變形監(jiān)測的精度要求差別比較大,同一高層建筑的不同部位在不同時間對觀測精度的要求也有可能是不同的。變形監(jiān)測采用哪個等級,主要按下列方法確定。(1)以高層建筑階段平均變形量為依據;(2)以某些固定值為依據;(3)以高層建筑最小變形值為依據;(4)以預估變形量或變形速度為依據;(5)以地基允許變形值為依據。在實際監(jiān)測中,通常根據高層建筑的地基允許變形值來推算,高層建筑的地基允許變形值一般是由設計單位給定的或者由相應的建筑規(guī)范規(guī)定的。地基允許變形值包括沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜四種:沉降量——基礎某點沉降大小，一般指基礎中心的沉降量；沉降差——基礎上任意兩點沉降量之差，一般指相鄰兩單獨基礎的沉降量之差；傾斜——基礎傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值；局部傾斜——砌體承重結構沿縱向6m～8m內基礎兩點的沉降差與其距離的比值。根據《建筑地基基礎設計規(guī)范(GBJ7-89)》規(guī)定，常用的高層建筑地基允許變形值，可以求出相應的允許變形量，根據實際情況取其就得到應該采用的測量精度。由此可進一步確定采用的觀測手段、儀器設備等，也為監(jiān)測網網形的設計和優(yōu)化提供參考。就基坑工程施工對周圍環(huán)境的監(jiān)測要求而言，按照《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)范》DJ/TJ08-2001-2006規(guī)定，周圍環(huán)境監(jiān)測分為四個等級。

 

  2.2觀測點位的布設變形觀測點包括基準點和監(jiān)測點,基準點分為穩(wěn)定基準點和工作基點,它們在監(jiān)測中各自作用不同�；鶞庶c的布設主要考慮穩(wěn)定性,不受干擾,且要考慮測量技術,一般埋設在變形影響范圍以外或基巖上,基準點埋設過遠,則測量工作不方便,觀測誤差大,埋設近了,有可能不穩(wěn)定。所以,一般在基準點和監(jiān)測點之間加設工作基點。同時要在基準點周圍設置保護點,當基準點受到破壞時可用保護點來恢復,平時則可以用于檢核基準點。由基準點和工作基點構成變形監(jiān)測網,既保證了基準的穩(wěn)定性,又方便了測量工作。基準點的布設主要考慮測量工作的需要,而監(jiān)測點的布設則需要與其它學科相結合�？偟恼f來,監(jiān)測點的位置必須布設在能夠反映高層建筑變形特征和變形明顯部位。實踐表明,監(jiān)測點一般布設在如下位置。(1)基礎類型、埋深、荷載有明顯不同處;(2)沉降縫、伸縮縫、新老建筑連接處兩側;(3)高層建筑角點、中點處,且每邊不少于3個監(jiān)測點;(4)圓形、多邊形高層建筑縱橫軸線對稱處;(5)工業(yè)廠房獨立柱基礎。

 

  3觀測周期的確定高層建筑變形是一個漸變過程,是時間的函數,而且變形速度不均勻,但變形觀測次數是有限的,因此,合理的選擇連續(xù)觀測的周期,對于正確分析變形結果是確保高層建筑自身安全很重要的。變形觀測從高層建筑施工開始,到停止使用結束,貫穿整個過程,相鄰兩次變形觀測的時間間隔就是一個觀測周期。確定變形觀測周期的基本原則為:根據高層建筑的特征、變形速率、觀測精度要求和工程地質條件及施工過程等因數綜合考慮。對于沉降觀測,從分析變形過程出發(fā),變形速度值比變形絕對值具有更重要的意義�；�于這一點,其周期可用以下經驗公式來確定因:2/hT ≥×M ×K V其中:hM為兩沉降觀測點之間的高程誤差;V為沉降速度,一般取平均沉降量與間隔天數的比值;K為高程沉降量與其誤差之比,可根據高層建筑變形情況在5～10內選擇。在實際工程中,應視具體情況選擇觀測次數與間隔時間。在高層建筑施工期間,觀測次數與間隔時間應視地基與荷載增加情況而定;在高層建筑使用階段則應視地基土類型和沉降速度大小而定。特別當高層建筑平均沉降速度較大或不均勻沉降量較大時,一方面應及時通知設計、施工單位,查找原因并采取措施,另一方面應增加觀測次數,以保證高層建筑的安全使用。

 

  4靜態(tài)變形監(jiān)測常用方法變形監(jiān)測目的是為了實時的了解高層建筑的變形情況,確保高層建筑的安全使用,就靜態(tài)變形監(jiān)測而言,監(jiān)測的主要內容包括:沉降觀測、傾斜觀測、水平位移觀測和裂縫觀測。監(jiān)測方法包括常規(guī)地面測量方法、近景攝影測量以及特定條件下采取一些特殊的測量方法。沉降觀測常用水準測量的方法,也可以采用液體靜力水準測量的方法。一般高層建筑物和深基坑開挖的沉降觀測,通常用精密水準儀,按國家二等水準技術要求施測,將觀測點布設成閉合環(huán)或附合水準路線聯測到水準基點上。采用水準測量進行變形監(jiān)測,必須做到固定觀測時間、固定觀測路線、固定觀測人員、固定觀測儀器。由于現場條件限制,變形觀測時很難做到前后視距離相等,在每次觀測前,必須對儀器進行檢驗校正,特別是對儀器i角誤差和調焦誤差進行檢驗。傾斜觀測方法比較多,對于基坑監(jiān)測,常采用鉆孔測斜儀對支護樁進行傾斜觀測。對于高層建筑上部的傾斜觀測,傳統(tǒng)的測量方法包括經緯儀投點法、全站儀坐標測量法cap)等,在實際工程中常采用回歸平面法訓�；貧w平面法通過測量高層建筑上各點監(jiān)測點的沉降量iZ(本期觀測值相對于原始高程的差值),結合監(jiān)測點的平面坐標(,)i iX Y,采用最小二乘法可以擬合出一個高層建筑沉降量的回歸平面:(1)i iZi =a gX +b ?Y +c根據高層建筑基礎傾斜。(單位:編)計算公式:()/i j=S ?S L(2)式中:iS為基礎傾斜方向端點i的沉降量(mm)；jS為基礎傾斜方向端點j的沉降量(mm);L為基礎兩端點的距離(m)�？梢缘贸�:式(2)中系數a即為高層建筑在X軸方向上的基礎傾斜率,系數b即為高層建筑在Y方向上的基礎傾斜率。而基礎傾斜率就等于高層建筑在該方向上的傾斜率。通過回歸平面方程,只須對監(jiān)測點進行沉降觀測,而不必專門進行傾斜觀測就可以確定高層建筑在相應方向上的傾斜率。采用回歸平面法計算傾斜前提是高層建筑以剛體的形式做整體性沉降,若高層建筑結構遭到破壞,高層建筑將不以整體作沉降,此時采用回歸平面法將得不到正確的傾斜結果。水平位移觀測根據高層建筑類型不同采用不同的方法,直線型建筑常用基準線法、引張線法、距離丈量法;曲線型建筑常用測角前方交會、精密導線法;高層建筑頂部相對于底部的偏移、豎直中心是否鉛直(撓度)可用測角前方交會法、經緯儀投點法等。當基礎撓度過大時,高層建筑可能由于剪力破壞而出現裂縫。裂縫觀測可在裂縫兩端分別固定一鐵片,其中一片緊壓在另一片上,在邊緣涂上油漆,當裂縫發(fā)生變化時,便會露出未涂漆的部分,這個就是裂縫的變化量,采用千分尺或游標卡尺量取其變化量。鐵片可分別布設在裂縫最窄和最寬處,當裂縫比較長時,在中間部位增加觀測點位。

 

[1]黃聲享,尹暉.變形監(jiān)測數據處理[M].武漢:武漢大學出版社,2003.

[2]高淑照.灰色系統(tǒng)理論及在混凝土橋梁施工撓度變形監(jiān)測中的應用[D].碩士學位論文，西南交通大學,2002.