曾習文

（廣州建設工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，廣州 531000）

0 引言

近年來，隨著建筑物倒塌事故頻繁發(fā)生，建筑物的穩(wěn)定性和安全性已經(jīng)成為人們關注的重點。建筑物傾斜觀測是保障建筑物安全的重要手段，它能有效地監(jiān)測和評估建筑物的穩(wěn)定狀態(tài)。在使用場景中，傾斜觀測既能夠在施工運營中實施，也可以在緊急搶險項目中評估建筑物安全性展現(xiàn)其作用。關于建筑物傾斜觀測的方法較多，本文對幾種常用的觀測方法進行了介紹和梳理。

1 建筑物傾斜觀測基本原理

建筑物的傾斜觀測分為整體觀測和局部觀測，在進行整體觀測時，是通過測定建筑物頂部相對于底部的水平位移，計算建筑物整體的傾斜度和傾斜方向。當測定局部傾斜時，應該在同一豎直線上的上部和下部進行觀測[1]。在進行建筑主體樓棟傾斜觀測時，采用的是整體觀測的方式，其觀測原理如下：

如圖1 所示，A 點和B 點位于某建筑物的頂部與底部點，且位于同一豎直線上，當建筑物發(fā)生了傾斜時，A 點相對于B 點位移了數(shù)值e。

圖1 建筑物傾斜觀測

則該建筑物的傾斜為：

式（1）中，h 為A、B 兩點的高度差；i 為傾斜度；α 為傾斜角度。

2 建筑物傾斜測量方法

2.1 投影法

投影法采用的觀測儀器是經(jīng)緯儀或全站儀，投影時儀器需要固定在測站A 點上，整平對中后，用盤左盤右兩個度盤位置往下投影，取中點M1，并量測中點M1與M 點在視線垂直方向的偏移值eM，見圖2 所示。同理，在與原觀測方向垂直的另一方向上，測得偏移值為eN，根據(jù)矢量相加的方法，計算出該建筑物的總偏移值為，見圖2 所示。董春來等[2]通過對經(jīng)緯儀投影法的分析得出三種實測方法，分別為：投影線交會法、測小角法、延長線法。其中延長線法的觀測操作簡易，測定精度高，可以較快完成測量作業(yè)。

圖2 建筑物傾斜觀測投影示意圖

在實際作業(yè)過程中，投影法使用廣泛，現(xiàn)場測量相對簡單，可以快速直觀地測出傾斜偏移量。

2.2 前方交會法

前方交會是一種實用性較強的經(jīng)典測量方法。在目前全站儀精度都普遍較高的前提下，采用該方法能夠測量較多高聳建筑物的傾斜，特別是圓形高聳建筑物，王瑞斌等[3]采用角度前方交會的方法對風電塔架進行觀測，將塔架傾斜數(shù)據(jù)與基礎傾斜數(shù)據(jù)相比對，其結果表明了該方法的數(shù)據(jù)可靠、測量精度較高，能夠很好地在高聳建構筑物中運用。朱軍桃等[4]在前方交會的基本原理下，提出了在三方交會情況下，增加一條基線，根據(jù)三角形性質(zhì)確定交會點位的最優(yōu)值，評定其精度，并通過了小角法傾斜測量結果和實地測量的方式驗證了三方交會的可靠性。

前方交會法采用的觀測儀器是經(jīng)緯儀或全站儀，在進行控制網(wǎng)布設時，需要保證基準點通視，交會角宜在60°～120°之間[5]。

本方法控制網(wǎng)布設比較簡單，可以根據(jù)測量需要建立獨立坐標系，同時對于高聳建筑物該方法使用方便[6]。對于不具備埋設監(jiān)測點的圓筒形建筑物，該方法的優(yōu)勢更為明顯[7]。

2.3 差異沉降法

差異沉降法一般是針對建筑物局部傾斜觀測，更多的是運用在地基基礎的變形。根據(jù)JGJ8-2016 中關于傾斜的觀測規(guī)定，利用相對沉降量間接確定建筑傾斜時，可采用水準測量或靜力水準測量等方法通過測定差異沉降來計算傾斜值及傾斜方向。具體的測量方法是在建筑物樓體的基礎上布設沉降觀測點，通過測量兩點的相對沉降量與兩點之間的距離比值，來確定建筑物的傾斜及方向。

對于樓體構造較為方正的建筑物，可以通過在各個墻面基礎上埋設沉降觀測點，采用差異沉降及兩點的距離來測量各個方向的傾斜值。針對在某個時間周期內(nèi)的傾斜變化，該方法的精確度高，且操作便捷。

2.4 免棱鏡全站儀測量法

傳統(tǒng)的全站儀需要在目標上放置反射棱鏡，以測量距離和角度。而免棱鏡全站儀（Reflectorless Total Station，RTS）可以直接測量目標，無需額外的反射裝置。免棱鏡全站儀通常具有高精度，能夠測量距離、水平角度和垂直角度，并生成精確的三維坐標數(shù)據(jù)。其次，免棱鏡全站儀通常配備觀測儀器、激光測距儀和計算機等設備，使測量更加高效和自動化。再者，免棱鏡全站儀可以存儲測量數(shù)據(jù)，并將其導出到計算機或其他設備進行后續(xù)分析和處理。而且與傳統(tǒng)全站儀不同，免棱鏡全站儀可以在沒有直線視線的情況下進行測量，例如在復雜地形或障礙物密集的環(huán)境中。單就建筑物傾斜得觀測而言，普通全站儀測量目標物的傾斜率時必須要測量出目標物的高度，而免棱鏡全站儀可以直接跳過這一步，憑借其具有的特殊功能，直接測量出目標物的傾斜率。

2.5 激光掃描技術

三維激光掃描儀，通過測距機構發(fā)射激光，測量掃描儀到被測物體的空間距離，測角機構測量出掃描儀到被測物體的水平角與垂直角，根據(jù)所得到的水平角、垂直角與空間距離可以計算出被測物體相對三維激光掃描儀的相對位置，再引入絕對坐標可以求得被測物體的絕對空間坐標。進行點云數(shù)據(jù)采集完成后，需要對點云進行數(shù)據(jù)縮減、點云配準、點云降噪、點云后處理等精細化處理[8]。馬彥鳳[9]通過三維激光掃描的方法，采用最小二乘法進行曲線擬合建筑物中心線求取傾斜量和傾斜度，并通過全站儀對建筑物進行觀測驗證，其成果表示三維激光掃描能夠滿足一般建筑物傾斜觀測的精度要求。

3 工程實例

3.1 工程概況

廣州市某商住樓項目為地上5 層的鋼筋混凝土框架結構，建筑面積約3600m2，建造時間為2017年。2022年8月起，因該房屋地基出現(xiàn)不均勻沉降，導致房屋主體結構出現(xiàn)較大的裂紋，對于住戶產(chǎn)生了較大的安全隱患。為觀測該房屋的變形情況，評估房屋的安全性，為后續(xù)加固提供指導意見，遂開展該房屋的傾斜觀測。

3.2 觀測方法

通過現(xiàn)場踏勘了解建筑物的整體情況及周邊環(huán)境，采用全站儀免棱鏡測量法進行傾斜觀測。在建筑物的東南西北四個面的正前方設置基準點，對基準點進行標記，每次觀測均在同一位置進行設站。在建筑物的各個立面，各選立面上下兩個部位進行觀測。采用Trimble S9 全站儀對建筑物四個面上的8 個點位進行觀測（圖3），在每個監(jiān)測點的Z 軸上分別利用全站儀的免棱鏡觀測方法獲取兩個不同高度監(jiān)測點的坐標差以得到房屋的偏移量，如圖4 所示。下一個周期在固定的基準點上，同樣對四個面的8 個點進行數(shù)據(jù)采集，通過對比三次不同的觀測結果，能夠有效地分析建筑物整體傾斜的變化量，了解其變形趨勢。按照每月一測的監(jiān)測頻率進行觀測。

圖3 監(jiān)測點位平面圖

圖4 QX1 觀測立面圖

3.3 數(shù)據(jù)分析

本次觀測采取對建筑物各平面進行單獨觀測，對立面進行兩兩分析的方法，分析建筑物不均勻沉降導致的開裂及傾斜方向的原因。從3 次觀測數(shù)據(jù)中看出：北方向中的QX3、QX4 的最大偏移量呈北偏移77.2mm（表1）；南方向中的QX7、QX8 的最大偏移量呈北偏移75.1mm；西方向的QX1、QX2 的最大偏移量呈東偏移17.4mm（表2）；東方向的QX5、QX6 的最大偏移呈東偏移35.2mm（表2）。由此可知該建筑物整體往北方向傾斜較大，并且往東方向傾斜存在不均勻現(xiàn)象。上述結果是影響建筑物墻體開裂的主要因素。

表1 第1 次建筑物傾斜觀測數(shù)據(jù)

表2 第3 次建筑物傾斜觀測數(shù)據(jù)

我們在現(xiàn)場勘察時還發(fā)現(xiàn)，該建筑物墻體在南北方向的存在大量不同程度的開裂痕跡，與本次觀測結果（東西方向存在的傾斜不均勻導致的墻體被拉裂）相符合；各樓層的地板也存在明顯的往北傾斜的趨勢，這也與本次觀測結果（建筑物往北傾斜比較大）的結果相符合。

4 結束語

隨著觀測儀器測量功能的迭代更新，觀測建筑物傾斜的方法也越來越多。在進行觀測方法選擇時，需要考慮的影響因素主要有：一是測量及時性，特別是針對存在較大安全隱患的建筑物進行的實時監(jiān)測，需要能夠快速進行數(shù)據(jù)采集和處理；二是測量精度，由于建筑物構造體型各異，對于超高層建筑、圓形和塔型建筑物，測量方法需要考慮精度要求，從而確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性；三是便捷性，傾斜觀測一般采用的設備是全站儀和經(jīng)緯儀，測量過程對環(huán)境的通視條件有一定的要求。具體觀測方案選擇還是要綜合考慮建筑物的構造體型、周邊環(huán)境以及對觀測精度要求等約束條件。