基于高层建筑物变形监测的实施

福建广播电视大学学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｊｉａｎＲａｄｉｏ＆ＴＶＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＮｏ．４，２００７Ｇｅｎｅｒａｌ，Ｎｏ．６４

基于高层建筑物变形监测的实施

林君强

（福建信息职业技术学院，福建福州，３５００１９）

摘要：介绍高层建筑物变形监测的意义、内容、监测点的布设、数据观测与处理等。通过高层建筑物变形监测的实施，指出须依靠变形监测的动态信息反馈来保证高层建筑物施工安全和优化设计。

关键词：建筑物；变形观测；监测点；实施中图分类号：ＴＵ９７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００８－７３４６（２００７）０４－００７９－０３

１引言

随着城市建设的发展，大中城市市区的地价日趋昂贵。向空中求发展、向地下深层要土地便成了建筑商追求经济效益的常用手段。在建筑工程市场上，高层及超高层三层的地下室已是司空见惯，随之而建（构）筑物越来越多，

来的基坑施工的开挖深度也从最初的５－７ｍ发展到目前

最深已达１５ｍ．由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，单单根据地质勘察资料和室内土工试验参数来确定设计和施工方案，往往含有许多不确定因素，尤其是对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化及高层建筑物、高耸构筑物本身的变形监测已成了工程建设必不可少的重要环节。当前，基坑及建（构）筑物本身的变形监测与工程的设计、施工同被列为深基坑工程质量保证的三大基本要素。运用常规测量手段搞变形监测，在各个测绘单位已有较为成熟的手段了，并在道路、管线、建筑物的沉降、位移监测方面积累了丰富的经验。本文就高层建筑物施工过程中应用变形监测的技术要点作一点介绍，为变形监测市场作点努力。

２变形监测的意义

变形监测的理论研究和工程实践告诉我们，理论、经验和变形监测相结合是指导高层建（构）筑物工程的设计和施工的正确途径。对于复杂的大中型工程或环境要求严格的项目，往往难从以往的经验中得到借鉴，也难以从理论上找到定量分析、预测的方法，这就必定要依赖于施工过程中的现场监测。首先，靠现场监测提供动态信息反馈来指导施工全过程，并可通过监测数据来了解基坑及高层建（构）筑物的设计强度，为今后降低工程成本指标提供设计依据。第二，可及时了解施工环境—地下土层、地下管线、地下设施、地面建筑在施工过程中所受的影响及影响程度。第三，可及时发现和预报险情的发生及险情的发展程

收稿日期：２００７－０３－０５

度，为及时采取安全补救措施充当耳目。第四，积累监测分析资料，能更好地解析变形的机理，验证变形的假说，为以后修改设计、制定设计规范提供依据。

３变形监测的内容

在施工初期，基坑使地表失去平衡，荷重减少使基底产生下沉，加上地下水位或打桩影响及气温变化，使基础

连同上部建筑在高程方向产生升降。因此。基坑施工，必须要有一定的围护结构用以挡土、挡水。围护设施必须安全有效。以混凝土搅拌桩或树根桩止水。开挖时，坑内必须抽７－１５ｍ的基坑，中间必须配二到三道水平支撑，去地下水，

水平支撑采用钢管式结构或钢筋混凝土结构。围护结构必须安全可靠，并能确保施工环境稳定。同时依靠现场监测提供的动态信息反馈来调整施工方案。

以下内容是变形监测目前能够做到的也是应该做到的项目：

地下设施、地面道路和周围建筑物的沉（１）地下管线、降、位移；

（２）围护桩地下桩体的侧向位移（桩体测斜）、围护桩顶

的沉降和水平位移；

（３）围护桩、水平支撑的应力变化监测；（４）基坑外侧的土体侧向位移（土体测斜）；（５）坑外地下土层的分层沉降；（６）基坑内、外的地下水位监测；

（７）地下土体中的土压力和孔隙水压力监测；（８）基坑内坑底回弹监测；

⑼建（构）筑物本身随荷载在水平位移、垂直位移等自身行变和刚体位移的监测。４监测点的布设

监测点布设合理方能经济有效。监测项目的选择必须根据工程的需要和基地的实际情况而定。在确定监例点的布设前，必须知道基地的地质情况和基坑的围护设计方

作者简介：林君强（１９６５－），男，福建平潭人，福建信息职业技术学院讲师。

７９

福建广播电视大学学报（总第６４期）

案，再根据以往的经验和理论的预测来考虑测点的布设范围和密度。

原则上，对于基坑，能埋的测点应在工程开工前埋设完成，并应保证有一定的稳定期，在工程正式开工前，各项能埋的测静态初始值应测取完毕。而对于建（构）筑物本身，点应在基坑顺利回填时埋设完成，沉降、位移的测点应直接安装在被监测的物体上，为了能够反映出建构筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以１５—３０米为宜，均匀地分布在建筑物的周围。通常情况下，建筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。再就是，埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。只有道路地下管线若无条件开挖样洞设点，则可在人行道上埋设水泥桩作为模拟监测点，此时的模拟桩的深度应稍大于管线探度，且地表应设井盖保护，不止于影响行人安全；如果马路上有管线设备（如管线井、阀门等）的话，则可在设备上直接设点观测。

基坑在开挖前必须要降低地下水位，但在降低地下水位后有可能引起坑外地下水位向坑内渗漏，地下水的流动是引起塌方的主要因素，所以地下水位的监测是保证基坑安全的重要内容；水位监测管的埋设应根据地下水文资料，在含水量大和渗水性强的地方，在紧靠基坑的外边，以２０－３０ｍ的间距平行于基坑边埋设，埋设方法与地下土体测斜管的埋设相同。测点布设好以后，必须绘制在地形示意图上。各测点须有编号，为使点名一目了然，各种类型的测点要冠以点名，点名可取测点的汉语拼音的第一个字母再拖数字组成，如应力计可定名为：ＹＬ－１，测斜管可定名为：ＣＸ－１，如此等等。

５数据观测及沉降观测数据整理分析

（１）根据经验知道，基坑施工对环境的影响范围为坑深的３－４倍，因此，沉降观测所选的后视点应选在施工的影响范围之外；后视点不应少于二点。沉降观测的仪器应选用精密水准仪，按二等精密水准观测方法测两个测回，

２００７年８月２５日

测回校差应小于士１ｍｍ．地下管线、地下设施、地面建筑都应在基坑开工前观测初始值。在开工期问，应根据需要不

断观测数据，从几天观测一次到一天观测几次都可以；每次的观测值与初始值比较即为累计量，与前次的观测数据相比较即为日变量。根据公认的数据，日变量大于３ｍｍ，累计变量大于１０ｍｍ即应向有关方面报警。

（２）将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而确定出沉降量。

某个观测点的每周期沉降量：△ｃ＝Ｈｈ，Ｉ－Ｈｎ，Ｉ－１．Ｎ表示某个观测点，Ｉ表示观测周期数（Ｉ＝１，２，３……）且Ｈ１＝Ｈ０

累计沉降量：△Ｃ＝∑△ｃ（ｎ），ｎ表示观测点号。统计表汇总（３）

①根据各观测周期平差计算的沉降量，列统计表，进行汇总。

②绘制各观测点的下沉曲线

首先建立下沉曲线坐标，横坐标为时间坐标，纵坐标上半部为荷载值，下半部为各沉降观测周期的沉降量。将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量画于坐标中，并将相应的荷载值也画于坐标中，连线，就得到对应于荷载值的沉降曲线。

③根据沉降量统计表和沉降曲线图，我们可以预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时的反馈到有关主管部门，正确地指导施工。特别是在沉陷性较大的地基上重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。利用沉降曲线还可计算出因地基不均匀沉降引起的

ｑ＝│△Ｃｍ－△Ｃｎ│／Ｌｍｎ，△Ｃｍ，△Ｃｎ分别建筑物倾斜度：

ｎ点的总沉降量，Ｌｍｎ为ｍ，ｎ点的距离。为ｍ，

下面我们以某建筑物的一组观测数据为例来说明其

成果的处理。每次观测结束后，应检查观测手簿中的数据和计算是否合理，精度是否合格。然后把每次的各观测点的高程填人表１中，计算两次之间的沉降量和累计沉降量。并说明观测的日期和荷载的情况。有时为了更清楚的表示沉降、荷载、时间，还要画出各观测点的沉降一荷载一时间关系曲线图。

表１沉降观测成果表某工程观测记录工程名称水准点位置观测次数１２３４５６７８观测日期３．２５４．２５５．２５６．２５７．２５８．２５９．２５１０．２５工程编号水准点编号测量仪器水准点高程（米）仪器鉴定日期各观测点沉陷情况（单位：毫米）１２本次下沉高程米本次下沉累计下沉累计下沉±０４．６３５０±０±０±－３４．６３２－４２．５－３－３４．６２９－４－６４．５－２４．６２７－３－８４．５－１４．６２６－２－９４．５－１４．６２５－１０－１－１４±０４．６２５±０－１１－１５±０４．６２５－１１±０－１５荷载情况吨／米２高程米４．６４０４．６３６４．６３２４．６２９４．６２７４．６２６４．６２６４．６２６３．５５．５７．５９．５１０．０８０

总之，观测点变形计算和分析是变形测量的关键工序之一，虽然规范作了原则的规定，但在实际工作中应该按需要灵活应用。变形计算时，可按常规方法计算变形点的点位，求出变形量；也可以直接从观测值的差数△Ｌｉ来计算变形量；某些变形体的变形与外界因数关系密切，为了正确的分析变形原因，在观测时必须详细记录气象情况及荷载变化。对某些特殊观测项目，还应详细记录观测周期内的各种气象和自然条件的变化情况。提交资料，应根据项目和目的不同，具体工程可按提交资料的要求，提交其中部分或全部资料。

６结语

变形监测工程是一项竞争颇为激烈的项目。特别是大城市，由于房产市场仍较兴旺，变形监测有一定的市场，经过广大测量科技工作者和工程技术人员近３０年的共同努力，在变形监测领域取得了丰硕的理论研究成果，并发挥了实用效益。但是在建筑工程中，设计者的依据仍然都是地质勘探资料和室内土工试验参数，再用经典力学理论来推算设计指标；其中，一方面是，复杂的地下环境被理想化和模式化了；另一方面，为了工程安全，各类设计安全指标往往取得很大，这

样，就大大加大了工程的投资。所以，好的设计方案，把指标取值定位在临界点上，在施工中，再靠监测的动态信息反馈来保证施工安全；这样的方案，应该讲是最经济有效的。然而，目前的建筑市场上的投资者并不都理解这一点。他们往往拉掉监测或减少监测内容和次数来降低自己的投资支出，是极不负责任的。

总而言之，变形监测工作的意义重点表现在两方面：首先是实用上的意义，主要是掌握各种建筑物和地质构造的稳定性，为安全性诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施；其次是科学上的意义，包括更好地理解变形的机理，验证有关工程设计的理论和地壳运动的假说，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。

参考文献：

［１］李青岳，陈永奇．工程测量学［Ｍ］．北京：测绘出版社，１９９５．

［２］黄声亨，蒋

大学出版社，００３．

正．变形监测数据处理［Ｍ］．武汉：武汉

［３］张正禄．工程测量学［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２００５．

\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"\"（上接第７０页）

心个数，在现实中往往难以得到。因此，网络需经过长时间的训练、学习才能达较好的效果。

２、梯度法，一般用于要求网络给定的隐层节点数要与输入样本空间数相差不多的。若隐节点数大于输入样本数，则会降低网络的学习速度；同样，隐节点数小于输入样本数，则影响网络精度。因此，该种网络在初始化时要能充分获得输入样本数，且合理确定隐节点数。要确定一个较好基于梯度法的网络，需要进行大量的试验才能奏效。

３、正交最小二乘法（ＯＬＳ），它是一种对训练网络非常直观算法，能清楚表示各隐节点中心对网络影响的大小。它一般只需要几个隐层节点就能确定网络，迭代次数比较少，网络学习次数通常比较少，就能达到良好的效果。但由于它的中心选择较为复杂，当输入样本数据量非常多时，也会影响到它的收敛速度。

参考文献：

［１］朱大奇，史慧．人工神经网络原理及应用［Ｍ］．北京：

四、结论

科学出版社，２００６．

通过在Ｍａｔｌａｂ大量实验仿真及结合三种ＲＢＦ网络的学习算法的特性，对三种ＲＢＦ网络来说都能比较好的逼近任意连续函数，现对它们总结如下：

１、ｋ－均值聚类法一般都能够根据输入样本准确的确定聚类数和它对应的聚类中心数。是一种比较精确的网络结构，但它要求实现确定全部输入样本数据和指定聚类中

［２］闻新等．Ｍａｔｌａｂ神经网络应用设计［Ｍ］．北京：科学出

版社，２００２．

［３］朱明星，张德龙．ＲＢＦ网络基函数中心选取算法的研

究［Ｊ］．安徽大学学报（自然科学版），２００２，（１）．

［４］王炜等．径向基函数（ＲＢＦ）神经网络及其应用［Ｊ］．地

震报，２００５，（２）．