林 杰 葉 良 吳振雷 呂偉加 馬梁梁

(1.浙江省臺州市黃巖區(qū)博物館，浙江 臺州 318020； 2.浙江科技學(xué)院，浙江 杭州 310000； 3.龍游縣博物館，浙江 衢州 324000； 4.杭州聚代文化遺產(chǎn)保護科技有限公司，浙江 杭州 310000)

以磚砌成的塔，存在著一些弊端，由于磚塔縫隙非常多，因而塔身上極容易生長植物，雜草、樹木的根系深入塔身會極大地破壞塔的結(jié)構(gòu)，造成塔的坍塌；另外構(gòu)成磚塔的建筑材料體形很小，容易被人取下，著名的杭州雷峰塔就是被人們這樣的竊磚活動擊倒的。因此，對塔的基礎(chǔ)沉降和水平位移進行監(jiān)測，為后續(xù)保護管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是非常有必要的。

目前已有許多對塔體的基礎(chǔ)沉降和水平位移進行監(jiān)測的方法。韓侃等[1]利用平均間隙法原理，對監(jiān)測網(wǎng)基點的穩(wěn)定性進行了檢驗及分析，提出了基于回歸平面的古塔變形的分析方法。譚玉峰等[2]基于智能傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建了古塔物聯(lián)網(wǎng)遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對護珠塔的遠程實時監(jiān)測與對古塔風(fēng)險的精準(zhǔn)識別和及時預(yù)報。吳滿意等[3]采用了一種新的監(jiān)測方法對塔形古建筑外部觀測，通過測站點點位的選擇以及照準(zhǔn)目標(biāo)的選擇，在傾斜觀察時采用前方交會法主要測得塔頂中心相對于塔底中心的傾斜方向及傾斜角度。以解決一些無法進入內(nèi)部的古塔的觀測問題。劉建清[4]利用觀測數(shù)據(jù)和分形收縮相似仿射變換及迭代法求出塔層中心坐標(biāo)，然后利用中心坐標(biāo)連線及在坐標(biāo)平面上的投影線對古塔的傾斜、彎曲、扭曲程度進行分析，給出古塔未來的變化趨勢。汪耀武[5]以某古塔傾斜觀測為例，介紹了采用嚴(yán)密平差方法計算建筑物重心點坐標(biāo)，從而計算傾斜方向和傾斜度的方法，為其他圓形構(gòu)筑物或者高層建筑等傾斜觀測提供了參考。本文針對黃巖瑞隆感應(yīng)塔出現(xiàn)磚塊掉落現(xiàn)象并且塔身主體發(fā)生傾斜的問題，通過對黃巖瑞隆塔的基礎(chǔ)沉降和塔身水平位移進行現(xiàn)場監(jiān)測，分析其傾斜變化量和基礎(chǔ)沉降變化量數(shù)據(jù)，判斷瑞隆感應(yīng)塔在監(jiān)測周期內(nèi)是否保持穩(wěn)定。為類似建筑物的基礎(chǔ)沉降監(jiān)測，水平位移監(jiān)測提供技術(shù)思路。

1 黃巖瑞隆感應(yīng)塔概況

瑞隆感應(yīng)塔，位于臺州市黃巖區(qū)城關(guān)鎮(zhèn)九峰山下九峰公園內(nèi)；建于北宋建隆四年(963年)。塔身為七層八面仿樓閣式磚塔，石砌須彌座，高35.2 m，塔身主體發(fā)生傾斜，并且于2015年出現(xiàn)磚塊掉落現(xiàn)象。

2 監(jiān)測方案的確定以及監(jiān)測方法

2.1 基準(zhǔn)網(wǎng)的監(jiān)測方案

瑞隆感應(yīng)塔首次監(jiān)測布設(shè)是由4個平面基準(zhǔn)點和2個高程基準(zhǔn)點組成的監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)(見圖1)。平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用假定坐標(biāo)系統(tǒng)，假定坐標(biāo)系統(tǒng)的X軸增大方向為地理北方向。高程控制基準(zhǔn)網(wǎng)采用假設(shè)高程基準(zhǔn)。平面監(jiān)測基準(zhǔn)點均設(shè)置有強制對中觀測墩。經(jīng)實地踏勘，以上基準(zhǔn)點現(xiàn)場點位保持完好，未有明顯撬動跡象。通過檢測，確定原有監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)各點點位穩(wěn)定。具體檢測結(jié)果如表1～表3所示。

表1 瑞隆感應(yīng)塔平面基準(zhǔn)點邊長檢測成果表

表2 瑞隆感應(yīng)塔高程基準(zhǔn)點檢測成果表

表3 瑞隆感應(yīng)塔監(jiān)測基準(zhǔn)點成果表

2.2 塔體基礎(chǔ)沉降監(jiān)測方法

觀測使用SOKKIA SET1X全站儀觀測，角度、距離分別觀測2測回，現(xiàn)場觀測嚴(yán)格按設(shè)計書要求執(zhí)行，測距時在全站儀中輸入每測站氣象元素(溫度、氣壓)和儀器的加、乘常數(shù)改正。基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點點位布置圖如圖2所示。

2.3 塔身水平位移監(jiān)測方法

塔頂與塔5層分別布設(shè)3個水平位移(傾斜)觀測點，點位穩(wěn)定，可以用于觀測。觀測使用SOKKIA SET1X全站儀觀測，角度、距離分別觀測2測回，塔身傾斜計算利用觀測得到的水平位移監(jiān)測點空間位置數(shù)據(jù)，通過幾何擬合的方式求解塔身的擬合中心點坐標(biāo)，通過上下層幾何中心水平投影的距離和方向，比較計算塔身的傾斜量和傾斜方向。塔身傾斜以首次測定的塔底室內(nèi)地坪的中心點坐標(biāo)和塔底中心點與塔頂監(jiān)測點所在平面之間的高差，為固定計算參數(shù)，計算塔身的整體傾斜量。

3 監(jiān)測結(jié)果分析與討論

3.1 塔體基礎(chǔ)沉降數(shù)據(jù)分析

對瑞隆感應(yīng)塔8個基礎(chǔ)沉降觀測點歷次監(jiān)測成果進行比較，通過數(shù)據(jù)比較分析，8個基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點中的高程最大累計位移量為-0.2 mm～0.2 mm，均小于設(shè)計精度±1.0 mm，瑞隆感應(yīng)塔基礎(chǔ)在2017年8月～2020年6月觀測周期內(nèi)高程變化不顯著。具體監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖3。

3.2 塔身水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對瑞隆感應(yīng)塔水平位移(傾斜)歷次監(jiān)測成果進行比較(見圖4)。通過數(shù)據(jù)對比分析:1)塔基～5層擬合中心點水平投影近兩期位移量在0.3 mm，傾斜率變化0.01‰；塔基～5層擬合中心點水平投影累計位移量在0.4 mm，傾斜率變化0.02‰。2)塔基～塔頂擬合中心點水平投影近兩期位移量在1.6 mm，傾斜率變化0.05‰；塔基～塔頂擬合中心點水平投影累計位移量3.6 mm，傾斜率變化0.11‰。

4 結(jié)語

從瑞隆感應(yīng)塔的歷次監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析可以看出，在2017年8月～2020年6月共進行了7次監(jiān)測，各相鄰監(jiān)測周期以及累計基礎(chǔ)沉降和水平位移(傾斜)監(jiān)測成果的變化量均較小，可以判斷瑞隆感應(yīng)塔在上述監(jiān)測周期內(nèi)保持穩(wěn)定。隨著監(jiān)測器材的日益豐富，監(jiān)測方法的不斷更新，考慮到瑞隆感應(yīng)塔建成年代久遠，可以對瑞隆感應(yīng)塔進行長期跟蹤監(jiān)測，制定更加深入的專項監(jiān)測方案，在注重整體結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的基礎(chǔ)上，可以加入振動監(jiān)測、裂縫監(jiān)測、專業(yè)無人機巡查比對監(jiān)測等內(nèi)容，為后續(xù)保護管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后續(xù)病害發(fā)生機理研究提供科學(xué)支持，確保瑞隆感應(yīng)塔的安全。