王斌彬 高志超
天津市测绘院 天津 300381
摘要：近年来，全球地震频发，严重威胁着震区高层建筑物的安全和使用，如何在震后对建筑物进行变形监测，掌握建筑物的变形发展趋势，寻求进一步的解决和处理方案，具有非常重要的意义。
关键词：地震；建筑物；变形监测；倾斜观测
一 目的与意义
2008年5月12日，四川省汶川县发生8.0级强震，造成重大的人员伤亡和财产损失，在随后的两年间，我国云南、陕西、台湾、西藏、宁夏、四川、青海、新疆等多处又发生不同程度的地震。据地震专家分析，地壳变动进入新一轮的活跃期，这意味着我们迎来了地震的频发期。
除地震造成的直接损失外，震后接踵而来的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等地质灾害也严重的威胁着广大人民群众的生命和财产安全。在这种情况下，及时对震区建筑物进行变形观测，同时对各部位的裂纹、裂缝进行观察，掌握建筑物变形的发展趋势显得尤为重要，这将为进一步分析建筑物变形的诸方原因，寻求处理方案及整治工作提供依据。
二 变形监测的主要内容
变形监测的内容，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，以便能够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、了解其变化规律的目的。对于基础而言，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。对于建筑物本身来说，则主要是倾斜与裂缝观测。
对于大型高层建筑物的变形监测，由于它层数多，荷载大，重心高，基础深，因此变形观测的作用也特别显著，尤其是对其进行的倾斜观测，能够更直观的掌握高层建筑物的变形趋势，这也是本文将其作为一个重点来进行探讨的原因。
三 高层建筑物倾斜观测的主要方法
高层建筑物的倾斜观测即测定建筑物顶部相对于底部或各层间上层相对于下层的水平位移。其常用的方法主要有以下几种：
（1）常规测量方法——全站仪（经纬仪）前方交会法
由于大多数建筑物变形监测点上不能安置测距仪反光镜，故不能通过全站仪（或测距仪）直接读取监测点至基准点间的距离。故此需要利用前方交会法对建筑物进行变形监测。前方交会分为测角交会、测边交会和测边测角交会三种，即在两个或两个以上的基点上，观测测点的方向或边长，算出测点的二维平面坐标。通过不同周期得到的数据进行对比，来确定监测点位移的坐标变化值。
（2）水平角法
测水平角法对矩形建筑物，在适当位置设立测站后，在每个测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角，或上层观测点与下层观测点之间的夹角，根据所测角度值与距离值计算整体或分层的水平位移分量δx、δy和位移方向，同时可计算整体或分层的倾斜量δ和倾斜度i。
其中：βx、βy为在两个相互垂直方向顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角；Dx，Dy为两个相互垂直方向上经纬仪至观测点间的水平距离。
（3）经纬仪投影法（投点法）
经纬仪投影法的具体方法如下（附图）：在离建筑物墙壁一定距离的地方选一点A安置经纬仪后，分别用正、倒镜瞄准墙顶一固定点M，向下投影取其中点M1。过一段时间再用经纬仪瞄准同一点，向下投影得M2点。若建筑物沿侧面方向发生倾斜，M点已移位，则M2与M1不重合，于是量得偏移量eM。同时，在另一侧面也可以测得偏移量eN，利用矢量相加法可求得建筑物的总偏移量e，以H代表建筑物的高度，则建筑物的倾斜度为：i=e/H
（4）利用GPS对高层建筑物进行倾斜位移观测
受许多因素的影响，用以上介绍的传统测量方法往往很难达到要求。这些因素包括：
通视条件——由于建筑物高度过大，有些测量方式不能达到所需要的仰角；或是由于有其它建筑物遮挡，使监测点和基准点之间不能通视。
精度条件——上述有些监测方式无法满足一定条件下变形观测的可靠性及测量精度的要求。
成本因素——由于有时变形区很大，用传统的测量方法建立基准网规模大，成本相对较高。
由于GPS测量的高精度、高速度、全天候作业、不受测边的长度和通视条件的限制等特点，国内外已经广泛使用GPS技术来进行建筑物的变形监测，其方法如下：依据某期（一般选用首期）GPS测量中变形监测点及基准点上的观测资料进行相对定位，进而求得变形监测点的三维坐标（x0 y0 z0），然后采用类似的方法进行定期或不定期的复测。若第i期复测求得的变形监测点的三维坐标为（xi yi zi），则该变形监测点在第i期的变形量△μ为：
根据国内外文献报导，采用一定的方法，利用GPS测定建筑物的形变，局部网的水平精度可达到±1mm~±2mm，高程精度可达到±5mm左右。
（5）应用地面摄影测量方法进行倾斜位移观测
利用地面摄影测量来进行高层建筑物的变形监测，其方法为：在变形体周围选择稳定的点，在这些点上安置摄象机，并对变形体进行摄影，然后通过内业量测和数据处理得到变形体上目标点的二维或三维坐标，比较不同时刻目标点的坐标就可以得到变形体的位移量。
此方法相对其它监测方法有如下的优点：
1．外业工作量小，劳动强度低，可同时获得大批目标点的三维变形信息。
2．可以观测人无法达到的目标，观测时无须接触被测物体。
3．摄影相片完整的记录了变形体在不同时间的状态，便于日后对成果的检核、比较和分析。
但是，应用此法时所需的仪器比较昂贵，并且存在精度较低的的劣势。
除以上介绍的各种方法外，能够用于高层建筑物倾斜变形监测的方法还有以下几种：加速度计法、引张线法、导线法等等。另外，不得不提的是：在城市建筑变形监测中，有时候并非只是单纯的依赖某一种监测方法，而是各种方法的交叉使用，从而达到更理想的效果。例如在现今城市建筑变形监测中，公认的理想的监测模式是GPS技术+全站仪+精密水准。即用GPS测量技术建立基准网、用全站仪监测水平位移、用精密水准监测沉降。实践证明，对于高精度要求的变形测量，这种模式是一种行之有效，且十分经济的监测模式。
参考文献：
[1]《测量学》——梁盛智 主编 2002.02
[2]《工程测量学》——陈永奇 李青岳 编著 1995.06
[3]《大地与建筑物变形监测》——王树元 主编 1994.10
[4]《高层建筑物整体变形监测及分析方案》——独知行、靳奉祥、冯遵德 1999.10
[5]《建筑物的变形监测》——王国亚、宜晨虹 2002.01
[6]《变形监测的现状、方法综述与展望》——赵望生、龚文慈 1996.01
[7]《高层建筑物变形监测任意点置镜方向交会计算》——赵显富、孟庆云 1996.10
[9]《建筑物变形监测浅析》——莫慧剑 2003.6
论文作者:王斌彬,高志超
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/17
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