工程建筑物变形观测

工程建筑物变形观测

作者：刘祥顺

来源：《科学与财富》2013年第12期

摘 要：建筑物从基础施工到竣工验收及其运营使用过程中，由于建筑物地基的工程地质、水位地质、土壤的物理性质、大气温度以及建筑物本身的荷重、结构等因素的变化影响，往往产生不同形式的变形。如果变形超过一定限度，就会影响建筑物的正常使用，甚至危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行变形观测。对某房屋建筑物及其基坑的变形观测实施情况进行了全面总结，并对观测数据进行了处理和分析。 关键词：建筑物 变形观测 精度 观测精度 观测方法 实施过程 一、建筑物变形观测内容及意义

建筑物在施工和营运过程中，由于地质条件和土壤性质的不同，地下水位和大气温度的变化，建筑物荷载和外力作用等影响，导致建筑物随时间发生的垂直升降、水平位移、挠曲、倾斜、裂缝等，统称为变形。用测量仪器定期测定建筑物的变形及其发展情况，称为变形观测。 各种工程建筑物在其施工和使用过程中，都会产生一定的变形，当这种变形在一定限度内时可认为属正常现象，但超过了一定的范围就会影响其正常使用并危及建筑物自身及人身的安全，因此需要对施丁中的重要建筑物和已发现变形的建筑物进行变形观测，掌握其变形量、变形发展趋势和规律，以便一旦发现不利的变形可以及时采取措施，以确保施工安全和建筑物的安全，同时也为今后更合理的设计提供资料。

由于建筑物破坏性变形危害巨大，变形观测的作用逐步为人们了解和重视，因此在建筑立法方面也赋予其一定的地位，建设部已制定颁布了中华人们共和同行业标准《建筑变形测量规范》（JGJ / T8-97），并自1998年6月1日起施行。目前国内许多大中城市已经提出要求和做出决定：新建的高层、超高层，重要的建筑物必须进行变形观测，否则不予验收。同时要求，把变形观测资料作为工程验收依据和技术档案之一，呈报和归档。

通过变形观测， 取得第一手的资料， 可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况， 在发现不正常现象时， 应及时分析原因， 采取措施， 防止事故的发生， 改善运营方式， 以保证安全。其次， 通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观测， 分析研究， 可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法， 对不同的地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形的数值， 为工程建筑的设计施工、管理和科学研究工作提供资料。 二、变形观测的原因及内容

一般来说， 建筑物变形的原因较多，但最主要的原因有三点：第一，自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质条件、水文地质条件、土壤的物理性质、大气温度等因素引起建

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筑物变形。如：由于基础的地质条件不同，引起建筑物各个部分不均匀沉降，而使其发生倾斜、位移、裂缝等变形；或由于地基本身的塑性变形也会引起建筑物不均匀沉降；同时由于温度与地下水位的季节性和周期性变化引起建筑物的规律性变形。第二，与建筑物自身相联系的原因，即建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载（如风力大小、震动强弱）等引起建筑物变形。要减弱这方面变形的影响，往往通过优化设计方案来实现。最后，由于建筑物施工或营运期间一些工作做得不合理，或由于周围环境影响而产生额外的变形。例如：在高大建筑物周围进行深基坑开挖，就会对其原有建筑物产生一个额外的变形。当然这些引起变形的因素是相互联系、相互作用的，对建筑物往往是共同作用的，只是不同时间段，不同因素的作用强弱不同而已。这些变形的原因， 是相互联系的。随着工程建筑物的兴建， 改变了地面原有的状态， 对于建筑物的地基施加了一定的外力， 这就必然会引起地基及其周围地层的变形。而建筑物本身及基础， 由于地基的变形及其外部荷载与内部应力的作用而产生变形。 工程建筑物的变形按其类型来区分， 可以分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果只表示某一期间内的变形值，也就是说， 它是时间的函数。动态变形是指在外力的影响下而产生的变形， 故它是外力为函数来表示动态系统对于时间的变化， 其观测结果是表示建筑物在某个时间的瞬时变形。

变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测， 求得其在两个观测周期的变化量， 而为了求得瞬时变化， 则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。

变形观测的内容， 应根据建筑物的性质与地基情况来定。要求有明确的针对性， 既要有重点， 又要作全面考虑。以便能正确反映出建筑物的变化情况， 达到监视建筑物的安全运营， 了解其变形规律之目的。例如： 对油罐基础而言， 主要观测内容是均匀沉陷与不均匀沉陷，从而计算绝对沉陷值、平均沉陷值、相对弯曲、相对倾斜、平均沉陷速度以及绘制沉陷分布图， 对于厂房、宿舍楼等建筑物本身来说， 则主要是倾斜与裂缝观测； 对于高大的炼塔和高层房屋， 还应观测其瞬时变形、可逆变形和扭转变形，即动态变形。 三、变形观测的特点

与一般工程测量相比，变形观测具有以下特点：

（1）变形观测属于安全监测，有内部观测和外部观测两方面。内部观测内容有建构筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等，一般不由测量工作者完成。外部变形观测的内容主要有沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测和挠度观测等。内部观测与外部观测之间有着密切的联系，应同时进行，以便在资料分析时可以互相验证与补充。 （2）观测精度要求高。由于变形观测结果直接关系到对建构筑物的安全稳定性作出正确判断，影响对变形原因和变形规律的正确分析，因此，和其他测量工作相比，变形观测必须具有很高的精度。

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（3）需要进行重复观测。建构筑物由于各种原因产生的变形都有个时间过程，而变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，计算出建构筑物上同一观测点在两个观测周期间的坐标差和高程差（坐标和高程的变化量）。有时为了求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置或瞬时状态。

（4）要求采用严密的数据处理方法。建构筑物的变形量一般都较小，有时甚至难以与观测误差区分开来；同时，大量重复观测使原始数据增多，要从不同时期的大量观测数据中精确获得变形信息，必须采用严密的数据处理方法。 四 变形观测精度要求

变形观测的精度要求取决于该工程建构筑物预计的允许变形值的大小和观测目的。如何根据允许变形值来确定观测的精度，国内外还存在着各种不同看法。我们倾向于采用国际测量工作者联合会工程测量组比较早提出的：“ 如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的0.1-0.05；如果观测的目的是为研究建构筑物变形的过程，则其观测中误差应比这个数值小得多”。在工业与民用建筑物的变形观测中，由于其主要观测内容是基础沉陷和建筑物本身的倾斜，其观测精度应根据建筑物基础的允许沉陷值，允许倾斜度和允许相对弯矩等来决定，同时还应考虑其沉陷速度和倾斜速度。例如，某综合勘察院在观测一幢大楼的变形时，建筑设计人员提出的允许倾斜度a=0.004， 据此求得大楼顶点的允许偏移值为120mm，若根据上述的观点以允许倾斜值的0.05作为观测的精度指标（观测中误差m），即m=±6mm。如果根据本单位的仪器设备和技术力量，比较容易达到精度要求，而且在不增加很多工作量，不必花费很大精力情况下，还能达到更高的精度时，也可以将观测的精度指标提高，例如本例中可取±2mm作为最后的观测中误差。对于沉陷延续的时间很长而沉陷量又较小的基础，若根据沉陷速度确定观测精度，其观测精度就应当高得多。

一般来讲，从实用的目的和需要出发，对于有传动设备、连续生产的大型车间（钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物），以及水利水电工程的混凝土大坝，通常要求观测工作能反映出1mm的沉陷量，那么沉陷观测的精度则要求达到0.5mm；对于不是连续生产的一般工业厂房、民用建筑、高层房屋建筑，以及土工建构筑物，要求观测工作能反映出2mm的沉陷量，则沉陷观测的精度要达到1mm的要求。

至于观测的频率决定于变形值的大小和变形速度，以及观测的目的。通常要求观测的次数既要能反映出变化的过程，又要不遗漏变化的时刻。 五、变形观测的实施过程

依据建筑物变形的主要原因及其类型的划分进而对变形观测的过程进行详细的策划。变形观测策划输入包括：1业主要求变形观测所能提供的信息；2国家规范 ；3以前类似建筑物的

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变形观测方案；4观测对象所在地的地质条件及周围环境；5施工进度计划。变形观测具体方案内容（策划的输出）

（1）建筑物变形观测的类型：沉降观测、倾斜观测（垂直度观测）、位移观测、裂缝观测。

（2）不同变形观测的精度与方法

变形观测的精度取决于该工程设计的允许变形值大小和进行观测的目的。在工业与民用建筑的变形观测中，由于其主要观测内容为基础的沉降和主体倾斜，其观测精度应根据建筑物基础的允许沉降值、允许倾斜度和允许相对弯矩来决定。同时还应考虑沉降速度的影响。在国际测量工作者联合会（FIG）第十三届会议中规定：“当观测目的是为了使其变形观测精度中误差应小于允许变形值的1/10～1/20”。在我国，对于不同内容的变形观测，其精度要求在测量规范中均有明确规定。不同等级，不同精度的变形观测，所采用的观测方法也不相同。这样，观测精度决定采用何种观测方法，而观测方法的选用必须确保观测精度的实现，并尽可能简单。 （3）变形观测的频率

变形观测的频率或次数取决于变形值的大小，变形速度快慢和观测目的。通常要求观测的次数既能反映出变化过程，又不遗漏变化的时刻，在施工过程中，待埋设的观测点稳定后进行第一次全面观测，以后对于高层建筑物每增加一层应观测一次，直至稳定。其他建筑物观测的总次数不少于五次。竣工后的观测频率一般为第一年每季度观测一次；第二年，每半年观测一次，以后每年观测一次。当遇到特殊情况时，还应进行临时紧急观测。值得注意的是，在整个变形观测期间要按时、按规定、按设计要求进行，以便取得完整可靠的第一手原始资料，确保观测精度，并对观测结果进行正确的变形分析。 （4）对测量人员及测量仪器的要求

测量人员必须精通测量专业知识，以便有效实施所策划的变形观测方案。测量仪器必须满足相应的精度要求，且在使用前须使各项计量特性得到确认。 （5）变形观测点的布设

变形观测结果的准确性以及其数据能否正确反映出建筑物的实际变形，与其变形观测点布设是否合理、全面有直接关系。下面以沉降观测点的布设为例：

每个工程应当在施工作业范围外至少埋设三个水准点，并确保不受施工影响。每次在进行沉降观测前，须检验水准点的稳定性，只有稳定的水准点方可作为沉降观测的基准点。沉降观测点的布设应遵循以下原则：① 通常在建筑物的四角点、中点、转角处等能反映变形特征和变形明显的部位布设沉降观测点，点间距一般为10～20mm。 ② 对于设有后浇带及施工缝的建筑物，还应在其两侧布设沉降观测点；③ 对于新建建筑物与原有建筑物的连接处，应在其

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两侧的承重墙或支柱上布设沉降观测点；④ 对于一些大型工业厂房，除按上述原则布设沉降观测点外，还应在大型设备四周的承重墙或支柱上布设沉降观测点。 （6） 观测结果的记录

对观测值按照事先设定了的记录表格进行记录，确保记录完整、准确、可靠。 六、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、《工程建筑物变形观测》http：//www.buildbook.com.cn/ebook/2007/B10041910/17.html 2、张肇基《建筑物变形观测》http：

//www.chinabaike.com/article/baike/1002/2008/200806041507859_2.html 3、百度百科http：//hi.baidu.com/hetaipeng/blog/item 4、/ac5ddfe59f07af24b83820f1.html

4、建筑物变形观测的过程控制与安全措施http：

//www.jianshe99.com/new/66_161/2009_7_29_we007414629927900222878.shtml 5、魏利国 管国斌《浅析建筑物的变形观测》 6、胡梦春《浅谈建筑物的变形观测》 7、梁文东 何庆旭《浅谈建筑物变形观测》 8、曾绍炳，唐升峰《建筑物的变形观测》 9、卢西魁 豆秀梅《建筑物变形观测研究》

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10、李乃国 王栂玲《建筑物变形观测的过程控制与安全措施》

11、龚建伍 郭金芳 徐礼华 沈东强《工程建筑物变形观测若干问题探讨》