張志勇

梅州市測(cè)繪與地理信息中心 廣東 梅州 514071

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

梅縣東山中學(xué)體育館、體育場(chǎng)項(xiàng)目位于梅州市下市狀元橋東山中學(xué)校內(nèi)二山頭（東南角），內(nèi)容包括1座2層體育館及3條4×50m道路。項(xiàng)目總占地面積3500m2，綠化面積約500m2，建筑面積8070m2，建成后可容納2500人。受業(yè)主的委托，由梅州市測(cè)繪與地理信息中心承擔(dān)東山中學(xué)體育館、體育場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)的任務(wù)。

2 方案制定

2.1 建筑變形原因分析

建筑物的變形原因復(fù)雜，可以概況為外部原因與內(nèi)部因素。外部原因主要是自然因素引起，例如建筑周邊土壤情況、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)、溫度變化、風(fēng)及其周邊建筑物等。內(nèi)部因素主要是建筑物自身結(jié)構(gòu)、動(dòng)荷載、受力等因素。建筑物變形不是單獨(dú)存在，而是一個(gè)系統(tǒng)性的，是互相聯(lián)系的。建筑變形按其類型來分，可分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形兩種類型。靜態(tài)變形一般是指變形幅度或者大小，只表示在某一時(shí)間區(qū)域范圍內(nèi)的值，與時(shí)間段密切相關(guān)，屬于時(shí)間段關(guān)聯(lián)的函數(shù)；動(dòng)態(tài)變形一般是指在外部因素影響下瞬間產(chǎn)生的變化值，屬于時(shí)間點(diǎn)關(guān)聯(lián)的函數(shù)，表示建筑物在某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)變形特征[1]。

2.2 建筑變形測(cè)量方法

根據(jù)建筑物變形的外部原因與內(nèi)部因素，并按照周圍環(huán)境，確定觀測(cè)方法與觀測(cè)精度，可采用經(jīng)緯儀導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、傳感器、光電測(cè)距儀導(dǎo)線、三角測(cè)量、物理直接量取方法。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，本工程變形測(cè)量確定等級(jí)為三級(jí)，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括體育館主體建筑沉降、水平位移監(jiān)測(cè)，體育場(chǎng)主體建筑沉降、水平位移監(jiān)測(cè)。

2.3 建筑變形測(cè)量方案制定

本項(xiàng)目變形測(cè)量?jī)?nèi)容包括水平位移監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)。設(shè)備選擇上使用自動(dòng)化觀測(cè)徠卡TS15A全站儀和天寶DN01數(shù)字水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)。

變形觀測(cè)網(wǎng)是由水準(zhǔn)基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)組成。根據(jù)場(chǎng)地特征及其建筑物監(jiān)測(cè)要求，現(xiàn)場(chǎng)布置13個(gè)待觀測(cè)水平監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別沿整個(gè)體育館房頂邊緣均勻布設(shè)的A1、A2、A3、A4、A5、A6和體育場(chǎng)觀眾席房頂均勻布設(shè)的B1~B7沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)為18個(gè)，分別沿整個(gè)體育館房頂邊緣均勻布設(shè)的A1~A11和體育場(chǎng)觀眾席房頂均勻布設(shè)的TP01、TP02、TP03、TP04、TP05、TP06、TP07；其中把 BMO1、BMO2、BMO3、BMO4基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置鋼筋混凝土強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩，精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)，且分布在監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)四周，且相互通視，能完全滿足此次變形監(jiān)測(cè)測(cè)量的要求。觀測(cè)周期為一年即12個(gè)月，從2013年10月至2014年9月，無特殊情況平均每月一次完成了12次的觀測(cè)。為了減小監(jiān)測(cè)對(duì)象受環(huán)境的影響，首期觀測(cè)三次，取效果最好的次作為首期觀測(cè)的數(shù)據(jù)。

3 項(xiàng)目實(shí)施

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及監(jiān)測(cè)網(wǎng)的控制

3.1.1 水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。基準(zhǔn)點(diǎn)是檢驗(yàn)和直接測(cè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的依據(jù)，要求其點(diǎn)位在距離施工區(qū)100m以外，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中保持相對(duì)穩(wěn)定且確保不被破壞，采用深埋鋼筋并澆灌混凝土固化的方法埋設(shè)。為了便于校核，以驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況布設(shè)四個(gè)觀測(cè)墩基準(zhǔn)點(diǎn)，編號(hào)BMO1、BM02、BMO3及BM04?；鶞?zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)好后，應(yīng)監(jiān)測(cè)三次，分析其穩(wěn)定后方可使用。BMO1、BMO2、BMO3及BMO4，作為水平位移測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，另外，選取體育館北方向遠(yuǎn)處的一個(gè)固定目標(biāo)（塔尖）TO作為定向及檢查。

通常在體育館、體育場(chǎng)的邊角處及中心位置均布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，疏密適當(dāng)。在體育館房頂邊緣布設(shè)6個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為A1~A6，采用觀測(cè)棱鏡并用螺絲固定，使之體育館結(jié)構(gòu)牢固地聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體。在體育場(chǎng)觀眾席房頂7個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為TPO1~TPO7，采用反射片并用強(qiáng)力膠水將反射片固定在房頂側(cè)邊緣，使之與監(jiān)測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)牢固地聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體，觀測(cè)小棱鏡和反射片的位移代表建筑物的形變位移。因此次使用的坐標(biāo)系是1986年梅州市坐標(biāo)系，根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)方案布設(shè)圖，此次觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)BM02 BMO1 BMO3、BM04為待求點(diǎn)，根據(jù)GPS E級(jí)網(wǎng)觀測(cè)方案，本次基準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測(cè)采用同步差分觀測(cè)測(cè)量。此次測(cè)量采用中海達(dá)靜態(tài)GPS一套，每個(gè)時(shí)段為1.5h，采樣間隔為30S，高度角為15°，自動(dòng)記錄同時(shí)記錄每個(gè)歷元的WGS84的經(jīng)緯度。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用Leica TS15A全站儀（1.0秒精度）觀測(cè)，等眾多現(xiàn)代化強(qiáng)大功能每次架站自動(dòng)觀測(cè)6個(gè)測(cè)回。監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻分布在體育館和體育場(chǎng)房頂，受通視條件的影響，不是每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都能完全看完所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，故此次觀測(cè)是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)BM01架站觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A2、A3、A4，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)BMO2架站觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)BMO3架站觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A5、A6，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)BM04架站觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP01、TP02、TP03、TP04、TP05、TP06、TPO7。按照《建筑變形測(cè)量規(guī)程》中三級(jí)變形觀測(cè)的技術(shù)要求施測(cè)，觀測(cè)前首先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行邊長(zhǎng)、角度檢測(cè)校核，驗(yàn)證其點(diǎn)位穩(wěn)定后，方可對(duì)水平位移觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。本次監(jiān)測(cè)利用Leica TS15A全站儀高效的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、ATR自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)、超級(jí)搜索、自動(dòng)記錄等功能，采用自動(dòng)化觀測(cè)，在開始觀測(cè)的時(shí)，儀器里已經(jīng)設(shè)置好觀測(cè)次序和測(cè)回?cái)?shù)，觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的支導(dǎo)線觀測(cè)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)觀測(cè)時(shí)同時(shí)進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理是采用儀器自帶的處理軟件和武測(cè)科傻數(shù)據(jù)處理軟件一起平差處理[2]。

3.1.2 沉降基準(zhǔn)點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。為確保監(jiān)測(cè)成果的可靠性，基準(zhǔn)點(diǎn)類型為淺埋式水準(zhǔn)點(diǎn)，體育場(chǎng)和體育場(chǎng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目共布設(shè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，采用1956黃海高程系統(tǒng)，設(shè)置編號(hào)分別為BMO1、BMO2、BMO3BM04基準(zhǔn)點(diǎn)，沉降觀測(cè)起始點(diǎn)為I97，已知高程為85.1900m。采用預(yù)制不銹鋼標(biāo)志，一端加工成中間刻有圓點(diǎn)的光滑圓頭，作為觀測(cè)立尺點(diǎn)：在地面挖坑50cm×50cm×50cm，放入不銹鋼標(biāo)志在現(xiàn)場(chǎng)澆灌水泥砂漿而成，標(biāo)志突出地面1cm，并對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)加以保護(hù)，旁立警示牌，以防施工中被破壞。每次監(jiān)測(cè)時(shí)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，各點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定。

體育場(chǎng)建筑物基地沉降，共布設(shè)7個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為B1~B7：體育館建筑物基地沉降共布設(shè)11個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為A1~A11。

體育場(chǎng)和體育館沉降觀測(cè)點(diǎn)均采用預(yù)制不銹鋼標(biāo)志，一端加工成光滑圓頭作為觀測(cè)立尺點(diǎn)。按照設(shè)計(jì)要求，采用鉆孔法植入監(jiān)測(cè)平面布置圖中標(biāo)出相應(yīng)位置，周圍澆灌水泥砂漿固定。根據(jù)沉降基準(zhǔn)點(diǎn)方案布設(shè)圖，此次沉降觀測(cè)起始點(diǎn)為I97，已知高程為85.1900，觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)BMO1、BMO2、BMO3、BMO為待求點(diǎn)，根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)方案，本次基準(zhǔn)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)采用三等水準(zhǔn)測(cè)量，采用單閉合環(huán)形式進(jìn)行觀測(cè)。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用天寶DINIO3數(shù)字水準(zhǔn)儀，以兩個(gè)獨(dú)立的閉合環(huán)來觀測(cè)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)。體育館處閉合環(huán)的觀測(cè)線路是BMO1-A1··A11- BMO1，體育場(chǎng)處閉合環(huán)的觀測(cè)線路是BMO4-B1···B7-BMO4。其中：A1···A11是均勻分布于體育館沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，B1···B7是分布于體育場(chǎng)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。按照《建筑變形測(cè)量規(guī)程》中三級(jí)變形觀測(cè)的技術(shù)要求施測(cè)。觀測(cè)時(shí)讀數(shù)取至0.1mm。每次觀測(cè)前對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢查，合格后才進(jìn)行沉降觀測(cè)。沉降監(jiān)測(cè)采用閉合線路，按測(cè)站進(jìn)行平差[3]。

3.2 預(yù)測(cè)模型與計(jì)算方法

經(jīng)過前面十二期體育場(chǎng)和體育館觀測(cè)的累計(jì)沉降量的數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件對(duì)前面十二期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用多元線性回歸模型擬合出多元回歸函數(shù)，最終得到下期的預(yù)測(cè)沉降量值。

3.2.1 預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型采用多元線性回歸分析法。該方法通過分析所觀測(cè)的變形（效應(yīng)量）和外因（原因）之間的相關(guān)性，來建立荷載-變形之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型是：

ει為無法觀測(cè)的且滿足一定條件的擾動(dòng)項(xiàng)。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)最小二乘法構(gòu)建多元線性回歸的模型。本文不在展開。

3.2.2 計(jì)算方法。計(jì)算方法上基于多元回歸分析模型基礎(chǔ)上，利用matlab軟件對(duì)多時(shí)相沉降變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。

4 結(jié)果分析

4.1 沉降成果分析

按照設(shè)計(jì)及《建筑變形觀測(cè)規(guī)范》要求，在建筑物上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并定期觀測(cè)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，從而獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量（mm），從沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果來看，累計(jì)沉降值最大值A(chǔ)7點(diǎn)為1.61mm累計(jì)沉降值最大值A(chǔ)7點(diǎn)為0.73mm，沉降速度最大值是0.0044 mm/d，根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》要求，由于沉降速度處于-0.01~-0.04 m/d，同時(shí)，測(cè)量規(guī)范中規(guī)定的沉降測(cè)量限差通常取的是高程中誤差3倍，也就是1.5mm，完全滿足規(guī)范的要求，可以認(rèn)定東山中學(xué)體育館沉降已經(jīng)基本處于穩(wěn)定期。

4.2 水平監(jiān)測(cè)成果分析

東山中學(xué)體育館水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)6個(gè)，編號(hào)為 A1-A6，其監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

表1 水平監(jiān)測(cè)成果

按照設(shè)計(jì)及《建筑變形觀測(cè)規(guī)范》要求，在體育館頂端上布設(shè)均勻監(jiān)測(cè)點(diǎn)A1~A6，并采用梅州坐標(biāo)系統(tǒng)，一共對(duì)這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了十二次的觀測(cè)，從而獲得各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在X方向位移量（m），從十二次位移量表中結(jié)果來看，位移量最大為A5點(diǎn)的8.3累計(jì)位移量的最大值為A1點(diǎn)為3.1mm，最小值A(chǔ)S點(diǎn)為-4.2mm，移動(dòng)速度最大值是0.0085mm/d。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)程》要求，由于移動(dòng)速度處于0.01~0.09mm/d，體育館的在X方向未發(fā)生了整體的移動(dòng)。

5 結(jié)束語

初始階段，體育館、體育場(chǎng)各沉降點(diǎn)的累計(jì)沉降量略有增加；建筑物穩(wěn)定后，沉降速率減小，累計(jì)沉降量增幅隨之放緩，隨著時(shí)間推移，沉降速率逐漸減緩直至穩(wěn)定。體育館、體育場(chǎng)累計(jì)沉降最大值為1.61mm、-0.67mm，沉降最小值為0.73、-1.87mm。體育館、體育場(chǎng)累計(jì)位移量X方向最大值分別為3.1mm、5.5m，沉降最小值為-4.2、-3.4mm，Y方向最大值分別為2.9mm、8.6mm，沉降最小值為-3.0-12.3mm。監(jiān)測(cè)成果表明，東山中學(xué)體育館、體育場(chǎng)整體沉降基本均勻，觀測(cè)點(diǎn)平均累計(jì)形變量小于規(guī)范規(guī)定體型簡(jiǎn)單的高層建筑基礎(chǔ)平均形變量允許變形值。根據(jù)監(jiān)測(cè)方案要求，如果建筑物沉降滿足每天沉降量小于0.04mm時(shí)則可停止觀測(cè)。由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可認(rèn)為，現(xiàn)在東山中學(xué)體育館、體育場(chǎng)已進(jìn)入穩(wěn)定階段，可停止觀測(cè)。