徐恕 解啟蒙

摘要：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條件、水文地質條件、土壤的物理性質、大氣溫度等因素引起建筑物變形。如：由于基礎的地質條件不同，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、結構類型、高度及其動荷載（如風力大小、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

（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)象進行持續(xù)觀測、對變形體變形性態(tài)進行分析和變形體變形的發(fā)展態(tài)勢進行預測等的各項工作。其任務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際性狀，科學、準確、及時的分析和預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、水文、結構力學、地球物理、計算機科學等諸多學科的知識，它是一項跨學科的研究，并正向邊緣學科的方向發(fā)展。

（三）建筑物變形監(jiān)測的內(nèi)容

主要包括基礎的沉降觀測與建筑物本身的變形觀測。就其基礎而言，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，還應對其動態(tài)變形進行觀測。

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、三點極坐標后方交會）、極坐標法應用于大壩下游壩面上的觀測點以及拱壩的觀測。傳統(tǒng)的極坐標法、方向交會法等測得點位精度較高。

2、視準線法（小角法、活動覘牌法）應用于測定建筑物的水平位移。

3、幾何水準測量、三角高程測量應用于垂直位移，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)測的技術優(yōu)勢，在變形監(jiān)測中得到了普遍應用。全站儀正在向全能型和智能化方向發(fā)展。帶馬達驅動和程序控制的全站儀結合激光、通訊及CCD技術，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，在很短的時問內(nèi)完成一目標點的觀測，并可以對多個目標作持續(xù)和重復觀測。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一步發(fā)展，使其在建筑物變形監(jiān)測中必將得到進一步應用。

（三）基于GPS的變形監(jiān)測

GPS的應用是測量技術的項革命性變革。具有定位精度高、連續(xù)性、實時性、提供三維坐標、全天候作業(yè)等優(yōu)點。尤其是實時動態(tài)測量技術（RTK）是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術。實時地計算并顯示出用戶站的三維坐標。GPS與計算機技術、數(shù)據(jù)通訊技術及空間分析技術進行集成，實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集、傳輸、管理到變形分析及預報的自動化，以實現(xiàn)遠程在線網(wǎng)絡實時監(jiān)控。

（四）基于數(shù)字攝影測量的變形監(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)處理技術復雜，處理周期長，信息反饋慢等原因難以推廣。近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，攝影測量已經(jīng)進入了數(shù)字攝影測量時代。被攝物體的數(shù)字影像的獲取變得越來越容易。利用數(shù)字影像處理技術和數(shù)字影像匹配技術獲得同名像點的坐標，就可以計算出對應物點的空間坐標。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”。

（五）變形監(jiān)測的基本流程

1、變形觀測點的布設

變形觀測結果的準確性以及其數(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是否合理、全面有直接關系。下面以沉降觀測點的布設為例：

每個工程應當在施工作業(yè)范圍外至少埋設三個水準點，并確保不受施工影響。每次在進行沉降觀測前，須檢驗水準點的穩(wěn)定性，只有穩(wěn)定的水準點方可作為沉降觀測的基準點。沉降觀測點的布設應遵循以下原則：

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

（2）對于設有后澆帶及施工縫的建筑物，還應在其兩側布設沉降觀測點;

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

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

2、外業(yè)數(shù)據(jù)采集

沉降變形監(jiān)測采用水準測量的方法，多次重復測定埋設在大樓上的沉降監(jiān)測點相對于基準點的高差隨時間的變化量。數(shù)據(jù)采集包括對基準點和監(jiān)測點的埋設、保護和觀測。

3、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理、預測和監(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行整理與分析，并編制變形分析報告。

四、結語

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科，它不僅要求具有一定的測量理論基礎，而且還應具備工程地質、水文地質和建筑結構等方面的理論知識，因此，變形監(jiān)測系統(tǒng)的設計也是一項復雜的工作，需要多個領域綜合協(xié)調(diào)考慮。

參考文獻：

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