[科普中国]-变形观测

简述

监视对象和变形体可大可小，可以是整个地球，也可以是一个区域或某一工程建（构）筑物，因此变形观测可分为全球性变形观测、区域性变形观测和工程变形观测。另外，对于工程变形观测而言，变形体和监视对象又可以是各种建（构）筑物，也可以是机器设备及其他与工程建设有关的自然或人工对象，所以工程变形观测又分为工业与民用建筑变形观测、水工建筑变形观测（如大坝变形观测）、地下建筑变形观测（如隧道变形观测）、桥梁变形观测、建筑场地变形观测、滑坡（变形）观测等；进一步，还可以分为基坑及支护变形观测、地基基础变形观测、上部结构变形观测、相邻建筑及设施变形观测等。

变形，包括外部变形和内部变形两个方面：外部变形是指变形体外部形状及其空间位置的变化，如倾斜、裂缝、垂直和水平位移等，因此变形观测又可分为垂直位移观测（常称为沉降观测）、水平位移观测（常简称为位移观测）、倾斜观测、裂缝观测、挠度(建筑的基础、上部结构或构件等在弯矩作用下因挠曲引起的垂直于轴线的线位移)观测、风振观测（对受强风作用而产生的变形进行观测）、日照观测（对受阳光照射受热不均而产生的变形进行观测）以及基坑回弹观测（对基坑开挖时由于卸除土的自重而引起坑底土隆起的现象进行观测）等；内部变形则是指变形体内部应力、温度、水位、渗流、渗压等的变化。通常，测量人员主要负责外部变形的观测，而内部变形的观测一般由其他相关人员进行。

与常规测量相比，变形观测的一个显著特点就是测量精度要求较高，一般性的也要达到毫米级，重要的、变形比较敏感的则要达到0.1mm甚至0.01mm。因此，变形观测多属于精密测量。

变形观测的意义重大、内容繁多、精度较高，与地形测量、施工测量等有诸多不同之处，而且具有相对独立的技术体系，已发展成为测量学中一门专业性很强的分支学科。1

作用通过变形观测，一方面可以监视建（构）筑物的变形情况，以便一旦发现异常变形可以及时进行分析、研究、采取措施、加以处理，防止事故的发生，确保施工和建（构）筑物的安全(因此，变形观测又常常称为变形监测)；

另一方面，通过对建（构）筑物的变形进行分析研究，还可以检验设计和施工是否合理、反馈施工的质量，并为今后的修改和制订设计方法、规范以及施工方案等提供依据，从而减少工程灾害、提高抗灾能力。可见，变形观测的意义非常重大，必须予以高度重视。因此，不仅在1992年修订《工程测量规范》时就增加了变形观测的内容，而且在1997年还单独制定颁布了中华人们共和国行业标准JGJ/T8-1997《建筑变形测量规程》（2007年进行了修订，更名为JGJ 8-2007《建筑变形测量规范》），并明确指出：大型或重要的建（构）筑物，在工程设计时就应对变形观测的内容和范围做出统筹安排，施工开始时即应进行变形观测，施i见0之前应制订详细的监测方案。1

内容变形观测的内容，应根据建（构）筑物的性质与地基情况而定，要求针对性强，全面考虑，重点突出，正确反映出建（构）筑物的变化情况，以达到监视建（构）筑物安全运营，了解其变形规律的目的。对于不同用途的建（构）筑物，其变形观测的重点和要求有所不同，例如对于建（构）筑物的基础，主要观测内容是均匀沉降和不均匀沉降，从而计算出累计沉降量、平均沉降量、相对弯曲、相对倾斜、平均沉降速度，绘制出绝对沉降分布图。如果地基属于软土地带，基础采用的是打桩基础，则还需要确定其水平位移。对于建（构）筑物本身，主要是倾斜和裂缝观测。对于厂房内的结构（如吊车轨道、吊车梁）除上述观测内容外，还有挠度观测。而塔式与圆形(如烟囱、水塔、电视塔)等高大建筑物，主要是倾斜观测和瞬时变形观测。

综上所述，变形测量的主要内容包括沉降观测、水平位移观测、裂缝观测、倾斜观测、挠度观测和振动观测等。其中最基本的是建（构）筑物的沉降观测和水平位移观测。每一种建（构）筑物的观测内容，应根据建筑物的具体情况和实际要求综合确定测量项目。2

方法建(构)筑物变形观测的方法，要根据建（构）筑物的性质、变形情况、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定。变形测量方法与测量仪器的发展密切相关，常用的有以下几种方法。

(1)常规测量方法。包括精密水准测量、三角高程测量、三角（边）测量、导线测量、交会法等。测量仪器主要有经纬仪（光学、电子）、水准仪（光学、电子）、电磁波测距仪及全站仪等。这类方法的测量精度高，应用灵活，适用于不同变形体和不同的工作环境。

(2)摄影测量。该方法不需要接触被监测的建筑物，摄影影像的信息量大，利用率高，外业工作量小，观测时间短，可获取快速变形过程，可同时确定工程上任意点的变形。数字摄影测量和实时摄影测量为该技术在变形观测中的应用开拓了更好的前景。

(3)特殊测量方法。包括各种准直测量法（如激光准直仪）、挠度曲线测量法（测斜仪观测）、液体静力水准测量法和微距离精密测量法（如铟瓦线尺测距仪）等。这些方法可实现连续自动监测和遥感，且相对精度高，但测量范围不大，仅能提供局部变形信息。

(4)空间测量技术。包括甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星测高、全球定位系统（GPS）等。空间测量技术先进，可以提供大范围的变形信息，是研究地球板块运动和地壳形变等全球性变形的主要手段。GPS定位技术已经在区域变形观测和大型工程变形监测中应用，具有全天候、高精度、实时、连续、自动监测的优点，并且能够与远程数据传输相结合，实现监测与决策智能化。2

指标1．变形观测的精度

建（构）筑物变形观测的精度要求，取决于允许变形的大小和观测目的。观测目的通常分为施工检查、建（构）筑物安全监测和研究工程变形过程三种情况。一般来讲，施工检查对变形观测精度要求较低，建（构）筑物安全监测精度要求较高，研究工程变形过程要求精度最高。

变形测量的级别划分与其精密要求应符合图1的规定。其中，观测点测站高差中误差，是指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量、电磁波测距三角高程测量中相邻观测点相应测段间等价的相对高差中误差；观测点坐标中误差，是指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差中误差、建筑（或构件）相对底部固定点的水平位移分量中误差。观测点点位中误差为观测点坐标中误差的√2倍。

测量工作开始前，应根据变形类型、测量目的、任务要求以及测区条件进行施测方案设计。重大工程或具有重要科研价值的项目，还应进行监测网的优化设计。施测方案应经实地勘选、多方案精度估算和技术经济分析比较后择优选取。

2．变形观测的周期

建筑变形测量应按确定的观测周期与总次数进行观测。变形观测周期的确定应以能系统地反映所测建筑变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，并综合考虑单位时间内变形量的大小、变形特征、观测精度要求及外界因素影响确定。

(1)对于单一层次布网，观测点与控制点应按变形观测周期进行观测，对于两个层次布网，观测点及联测的控制点应按变形观测周期进行观测，控制网部分可按复测周期进行观测。

(2)控制网复测周期应根据测量目的和点位的稳定情况而定，一般宜每半年复测一次。在建筑施工过程中应适当缩短观测时间间隔，点位稳定后可适当延长观测时间间隔。当复测成果或检测成果出现异常，或测区受到如地震、海啸、洪水、台风、爆破等外界因素影响时，应及时进行复测。

(3)变形测量的首次（零周期）观测应适当增加观测量，以提高初始值的可靠性。

(4)不同周期观测时，宜采用相同的观测网形和观测方法，并使用相同类型的测量仪器。

(5)当建筑变形观测过程中发生下列情况之一时，必须立即报告委托方，同时应及时增加观测次数或调整变形观测方案：

①变形量或变形速率出现异常变化；

②变形量达到或超出预警值；

③周边或开挖面出现塌陷、滑坡；

④建筑本身、周边建筑及地表出现异常；

⑤由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其他变形异常情况。2