（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400039）

山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測(cè)方法研究

鄧鑫潔，唐麗

（重慶建筑工程職業(yè)學(xué)院，重慶400039）

為確保山體滑坡區(qū)建筑物的安全使用，需對(duì)滑坡體及建筑物的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，該文針對(duì)山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測(cè)工作展開(kāi)，介紹了現(xiàn)有的變形監(jiān)測(cè)手段和數(shù)據(jù)處理方法，總結(jié)了變形監(jiān)測(cè)工作流程以及監(jiān)測(cè)方案的編制原則，并應(yīng)用在山體滑坡區(qū)的某高校宿舍樓的變形監(jiān)測(cè)工作中，取得一定的成果。

變形監(jiān)測(cè)；預(yù)報(bào)；建筑物；山體滑坡

0 引言

山體斜坡上某一部分巖土在重力（包括巖土本身重力及地下水的動(dòng)靜壓力）作用下，沿著一定的軟弱結(jié)構(gòu)面（帶）產(chǎn)生剪切位移而整體向斜坡下方移動(dòng)的作用和現(xiàn)象，稱為山體滑坡[1]，是常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害之一，它的發(fā)生會(huì)影響甚至危及臨近建筑物的安全?；麦w產(chǎn)生變形的原因復(fù)雜多變，降雨、地震、人類工程活動(dòng)等都可能誘發(fā)滑坡體變形，不同滑坡體變形的時(shí)空特征存在區(qū)別。即使是同一滑坡體，在不同的變形階段和不同的區(qū)域（塊體），其影響因素和變形的時(shí)空特征也可能不同[2]。

為了保證山體滑坡區(qū)建筑物的安全使用，可對(duì)滑坡體及影響范圍內(nèi)的建筑物同時(shí)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，分析并預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，當(dāng)變形量在一定范圍內(nèi)時(shí)，不會(huì)構(gòu)成危害；一旦滑坡體位移超過(guò)預(yù)警值，即發(fā)出預(yù)警信息，提示有關(guān)管理單位進(jìn)行加固處理，或提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備，必要時(shí)進(jìn)行人員疏散轉(zhuǎn)移，可避免或減少災(zāi)害造成人員和財(cái)產(chǎn)損失。

本文針對(duì)山體滑坡區(qū)的建筑物變形監(jiān)測(cè)與預(yù)警工作展開(kāi)研究，結(jié)合實(shí)例，力圖展示完整的變形監(jiān)測(cè)流程。

1 建筑物特征分析

山體滑坡區(qū)建筑物的變形表現(xiàn)為本身及其基礎(chǔ)在水平方向和垂直方向的位移。針對(duì)建筑物的變形監(jiān)測(cè)主要指對(duì)建筑物及其地基、建筑基坑或一定范圍內(nèi)的巖體及土體的位移、沉降、傾斜、撓度、裂縫和相關(guān)影響因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并提供變形分析預(yù)報(bào)的過(guò)程[3]。

建筑物變形監(jiān)測(cè)工作可依據(jù)國(guó)家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[1，3，4]，建筑變形觀測(cè)規(guī)范中對(duì)建筑物變形測(cè)量的等級(jí)及其精度要求給出了一般規(guī)定，如表1所示。

表1 建筑變形測(cè)量的等級(jí)及其精度要求

為充分獲取建筑物變形情況，選取變形體上有代表性的特征點(diǎn)作為變形觀測(cè)點(diǎn)，如變形體的地基、基礎(chǔ)、場(chǎng)地及上部結(jié)構(gòu)等能反映變形體特征的敏感位置；并在變形影響區(qū)域外穩(wěn)固可靠的位置布設(shè)不少于3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)作為變形監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)，在一個(gè)周期變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中能保持穩(wěn)定的位置選擇直接測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的控制點(diǎn)作為工作基點(diǎn)，并確定合理的觀測(cè)周期，通過(guò)獲取的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平和垂直方向的位移來(lái)反映建筑物整體的變形情況。

2 變形監(jiān)測(cè)手段和數(shù)據(jù)處理

變形監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施與項(xiàng)目特征密切相關(guān)。在收到項(xiàng)目任務(wù)書后，應(yīng)立即收集相關(guān)資料，組織現(xiàn)場(chǎng)踏勘，結(jié)合實(shí)際情況制定監(jiān)測(cè)方案。在實(shí)施變形監(jiān)測(cè)后，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)引起變形的原因做出分析和解釋；當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果精度不符合要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整監(jiān)測(cè)方案；當(dāng)變形量超過(guò)預(yù)警值時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知責(zé)任單位采取保護(hù)措施；當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示變形體有明顯位移但未達(dá)到預(yù)警值時(shí)，需繼續(xù)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)提交監(jiān)測(cè)報(bào)告。其工作流程圖如圖1所示。

圖1 變形監(jiān)測(cè)工作流程圖

在整個(gè)流程中，監(jiān)測(cè)手段和數(shù)據(jù)處理方法的選擇非常重要。目前常規(guī)的大地測(cè)量監(jiān)測(cè)手段有三角測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量等，這類方法能提供變形體的整體變形狀態(tài)及絕對(duì)變形信息，適用于不同精度要求、不同形式變形體和不同監(jiān)測(cè)環(huán)境下的監(jiān)測(cè)工作，但存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)易受地形條件影響，外業(yè)工作量大且不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)[5-6]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的非接觸式測(cè)量手段應(yīng)用在變形監(jiān)測(cè)中，如GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)、近景攝影測(cè)量方法、光纖傳感檢測(cè)技術(shù)、衛(wèi)星遙測(cè)技術(shù)（SAR）等[7]，這類方法更靈活、精度更高、費(fèi)用更省并能很大程度上實(shí)現(xiàn)智能化，從而大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境提出了新的要求。以GPS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)為例，它具有連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度、可全天候測(cè)量和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)[8]，但在高山峽谷、地下、建筑物密集地區(qū)等地方會(huì)受到衛(wèi)星信號(hào)的遮擋及多路徑效益的影響，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)精度和可靠性不高或無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，另外GPS監(jiān)測(cè)中水平位移精度較高，但垂直位移精度偏低，所以無(wú)法完全代替常規(guī)的變形監(jiān)測(cè)手段[9-10]。

針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了眾多模型，如確定函數(shù)模型，回歸分析模型，時(shí)間序列模型，灰色系統(tǒng)模型，卡爾曼濾波模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，馬爾科夫模型等[11-13]。這些模型在分析不同誘因的滑坡體時(shí)各有所長(zhǎng)，在實(shí)際工作中需參考項(xiàng)目特征，合理選擇分析模型，從而確定變形體的變形與變形原因之間的關(guān)系，解釋變形原因。

隨著科技的進(jìn)步，變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化成了新的發(fā)展方向，提高測(cè)量的速度、降低測(cè)量作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)滿足精度要求，學(xué)者們?cè)谘芯繉⒍喾N監(jiān)測(cè)方法結(jié)合，在工作中也可根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。

3 案例分析

3.1 案例概況

某高校項(xiàng)目總體由A、B、C、D幢四棟多層構(gòu)成，框架結(jié)構(gòu)，建筑安全性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，工程重要性等級(jí)為Ⅱ級(jí)，場(chǎng)地類別為中等復(fù)雜。已建1#宿舍樓及在建D棟宿舍樓北側(cè)填土體發(fā)生了滑坡，在1#樓與D棟宿舍之間爆裂的水管將大量土體沖下北側(cè)溝谷，并牽制了D棟宿舍樓北側(cè)土體，使之發(fā)生了“下坐”和向臨空面方向的滑移。1#宿舍樓靠近東北角的4根“吊腳樓”樁基因土體滑移后，部分樁身裸露在外，危及到1#宿舍樓的安全及D號(hào)樓的安全，為使滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)工作有序開(kāi)展，保障已建學(xué)生公寓1#樓和在建D號(hào)樓的安全使用，立即展開(kāi)了應(yīng)急搶險(xiǎn)工作。

在加固確保安全后，持續(xù)對(duì)滑坡體及周邊兩棟建筑物基礎(chǔ)樁進(jìn)行為期兩年的監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，掌握了滑坡體及兩幢建筑物基礎(chǔ)樁的變形情況，為業(yè)主和應(yīng)急處理部門提供及時(shí)用以評(píng)定建筑物穩(wěn)定性和安全性的可靠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息，并對(duì)可能發(fā)生的安全隱患或事故進(jìn)行及時(shí)預(yù)報(bào)，讓責(zé)任單位有時(shí)間做出決策，避免事故的發(fā)生。

本文以此為背景，介紹該情況下變形監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展。

3.2 監(jiān)測(cè)方案

（1）監(jiān)測(cè)作業(yè)依據(jù)

監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展應(yīng)依據(jù)委托合同、國(guó)家或行業(yè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、責(zé)任單位提供的勘探點(diǎn)平面位置圖、控制點(diǎn)成果以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況展開(kāi)。每期的變形檢測(cè)均在較短的時(shí)間內(nèi)完成，并采用相同的圖形（觀測(cè)路線）和觀測(cè)方法、使用同一儀器和設(shè)備、觀測(cè)人員相對(duì)固定，并應(yīng)記錄相關(guān)的環(huán)境因素，包括荷載、溫度、降水等，并采用統(tǒng)一基準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)[1]。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)及變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)于滑坡體對(duì)面穩(wěn)定的基巖上，呈三角形布設(shè)，以有利于對(duì)變形點(diǎn)的監(jiān)測(cè)為原則，平面基準(zhǔn)點(diǎn)與高程基準(zhǔn)點(diǎn)同點(diǎn)位布設(shè)，共3個(gè)，其編號(hào)為KZ1、KZ2、KZ3。變形監(jiān)測(cè)以受滑坡影響較大的兩棟建筑物為監(jiān)測(cè)重點(diǎn)，在D號(hào)樓靠近滑坡一側(cè)的基礎(chǔ)樁頂端布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其編號(hào)為A1、A2、A3。在已建學(xué)生公寓1#樓靠近滑坡一側(cè)的基礎(chǔ)樁頂端布設(shè)3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其編號(hào)為A4、A5、A6，并在1#樓頂布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（A7）?；麦w上呈方格狀布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其編號(hào)為H1、H2、H3、H4（滑坡體西側(cè)因監(jiān)測(cè)期間挖掘機(jī)作業(yè)未能布點(diǎn)）。水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)同點(diǎn)位布設(shè)，基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

（3）監(jiān)測(cè)內(nèi)容

為使滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)施工安全有序進(jìn)行，對(duì)滑坡體本身進(jìn)行水平位移及垂直位移監(jiān)測(cè)；為確保建筑物的安全使用，對(duì)受滑坡影響的兩幢建筑物基礎(chǔ)樁進(jìn)行水平位移及垂直位移監(jiān)測(cè)。

（4）監(jiān)測(cè)手段

在本文案例中，滑坡體面積小，在搶險(xiǎn)結(jié)束后，項(xiàng)目進(jìn)入穩(wěn)定階段，監(jiān)測(cè)內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，工作量較小，參考第一期監(jiān)測(cè)手段并考慮到項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，選擇了全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

表2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1每期坐標(biāo)

表3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1坐標(biāo)變形量成果表

3.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)檢查合格后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，解算出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并與上一次及初次觀測(cè)進(jìn)行比較，得到相鄰周期變形量和累計(jì)變形量，各次監(jiān)測(cè)成果及成果比較，以點(diǎn)A1為例，列入監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及變形量成果表表2、表3。

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及變形量成果表，繪制出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化曲線及擬合曲線圖，以A1點(diǎn)為例（如圖3所示），直觀反映出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1變形監(jiān)測(cè)過(guò)程曲線

表4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1在監(jiān)測(cè)期間相鄰周期的變形量統(tǒng)計(jì)

表5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1在監(jiān)測(cè)期未的累計(jì)變形量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》的規(guī)定：“二、三級(jí)及部分一級(jí)變形測(cè)量，相鄰兩期觀測(cè)點(diǎn)的變動(dòng)分析可通過(guò)比較觀測(cè)點(diǎn)相鄰兩期的變形量與最大測(cè)量誤差（取兩倍中誤差）來(lái)進(jìn)行。當(dāng)變形量小于最大誤差時(shí)，可認(rèn)為該觀測(cè)點(diǎn)在這兩個(gè)周期間沒(méi)有變動(dòng)或變動(dòng)不顯著；對(duì)多期變形觀測(cè)成果，當(dāng)相鄰周期變形量小，但多周期呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)視為有變動(dòng)”[4]。根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及變形量成果表，統(tǒng)計(jì)了各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間相鄰周期的變形量及監(jiān)測(cè)期末的累計(jì)變形量，由于篇幅原因，列出監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1如表4、表5所示。

根據(jù)該項(xiàng)目滑坡應(yīng)急搶險(xiǎn)期變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，確定該項(xiàng)工程監(jiān)測(cè)報(bào)警值。在本例中初步確定為：水平位移相鄰周期間變化速率大于2.5mm/d，累計(jì)變形量大于25mm，垂直位移相鄰周期沉降速率大于2mm/d，累計(jì)沉降量大于20mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)警，加密觀測(cè)次數(shù)，并提示責(zé)任單位做好人員疏散和應(yīng)急救援準(zhǔn)備。

由全部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及變形過(guò)程曲線可以發(fā)現(xiàn)：

（1）統(tǒng)計(jì)建筑物上監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰周期的最大平面位移量，相鄰周期的最大沉降量，其最大平面位移速率，最大沉降速率，與監(jiān)測(cè)方案中確定的報(bào)警值（2.5mm/d和2.0mm/d）相比較，判斷相鄰周期變動(dòng)是否顯著。

（2）統(tǒng)計(jì)建筑物上監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面位移分量的最終累計(jì)值最大值和最小值，以及最終累計(jì)沉降量最大值，最小值，并與監(jiān)測(cè)方案中規(guī)定的報(bào)警值比較，判斷監(jiān)測(cè)點(diǎn)是否穩(wěn)定。

（3）從建筑物上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形過(guò)程曲線來(lái)看，第25期的變形量與前面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相比有一定變化，而后第26、27、28期的變形值變化不大。說(shuō)明第25期觀測(cè)時(shí)建筑物受到了一定外界條件的影響，變形值有一定的突變，但其突變值較小，不足以引起建筑結(jié)構(gòu)安全性的明顯變化。最后三期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化很小，說(shuō)明建筑變形已趨于穩(wěn)定。

3.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

綜合相鄰周期變形、累計(jì)變形的分析，做出監(jiān)測(cè)結(jié)論：

（1）在監(jiān)測(cè)期內(nèi)（兩個(gè)水文年），監(jiān)測(cè)點(diǎn)相鄰監(jiān)測(cè)周期變形值及累計(jì)變形值均較小，未達(dá)到原監(jiān)測(cè)方案中的報(bào)警值，不屬于《建筑變形測(cè)量規(guī)范》中應(yīng)該判定為有變動(dòng)的范圍，說(shuō)明兩幢建筑物在監(jiān)測(cè)期內(nèi)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）建筑物上監(jiān)測(cè)點(diǎn)最后三期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化很小，變形過(guò)程曲線平穩(wěn)，說(shuō)明目前建筑變形已趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

變形監(jiān)測(cè)與預(yù)警是確保山體滑坡區(qū)建筑物安全使用的重要保障，本文從研究現(xiàn)狀和工作流程兩個(gè)方面介紹了這種工作的相關(guān)情況，可作為小型工程變形監(jiān)測(cè)工作的范本。在后續(xù)的研究中將以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)，探索滑坡體變形特征模型。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Study on Monitoring Methods for Building Transformation in Landslide Area

To ensure the safety of buildings in the landslide area,it's a must to monitor and forecast the deformation of buildings and the landslide.This paper,focusing on the building deformation monitoring in landslide area,introduces the existing methods and data processing methods,and summarizes the work flow chart and compiling principles for monitoring plans,which are all applied in the deformation monitoring work of the dormitory buildings of a university.

deformation monitoring;forecasting;buildings;landslide

TU454

A

1671-9107（2016）12-0044-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.044

2016-08-06

鄧鑫潔（1987-），女，湖北荊州人，研究生，講師，工程師，主要研究方向?yàn)?S數(shù)據(jù)采集與處理。