第六章 建筑物变形监测
由于各种因素的影响，建筑物在施工和使用过程中，都会发生不同程度的沉降与变形。所谓变形是指建（构）筑物在建设和使用过程中，没能保持原有设计形状、位置或大小，或是建筑引起周围地表及其附属物发生变化的现象。工程建筑物(或构筑物)变形的量——变形量，通常指建筑物的沉降、倾斜、位移、弯曲以及由此可能产生的裂缝、挠曲、扭转等。对于不同的建筑物，其允许变形值的大小不同。在一定限度之内，变形可认为是正常的现象，但如果变形量超过了建筑物结构的允许限度，就会影响建筑物的正常使用，或者预示建筑物的使用环境产生了某种不正常的变化，当变形严重时，将会危及建筑物的安全。因此，为确保建筑物的安全和正常使用，在建筑物的施工和使用过程中需进行变形监测。
6.1 建筑物变形监测
建筑物变形监测是指对监视建筑物进行测量以确定其空间位置随时间的变化特征，及时发现不正常变形。变形监测又称变形测量或变形观测。变形监测的结果用变形量来表示，变形测量的内容则由变形测量对象的性质、目的等因素决定。 表达变形量的常用数据指标有移动指标：下沉i W 、水平移动i U ；变形指标：倾斜i 、曲率K 、水平变形ε。
6.1.1移动指标
设i 为监测点的编号，如图6-1。某点的沉降i W 和水平移动i U 如下。
（1）下沉
0i i i W H H =- （6-1）
式中i H 为第i 点计算时刻的高程；0i H 为第i 点初始高程。
(2)水平移动
0i i i U L L =- (6—2)
式中i L 为第i 点到控制点B 的计算时刻的长度；0i L 为第i 点到控制点B 的初始长度。
6.1.2变形指标
由于图6-1中各点的下沉、水平移动各不相同，便产生点位的相对变化，于是产生了变形，变形指标如下。
（1）倾斜。可用相邻工作点2和3的下沉差除以两点间的距离23S 求得；
3223
,/W W i mm m S -= (6—3)
图6-1 点位移动剖面图
(2)曲率。根据两曲线线段的倾斜23i 和34i 求得两曲线段中点的切线，用切线的倾斜差即两切线的交角i ∆除以两曲线段中点之间距离，即可求得此段距离内的平均倾斜变化—地表弯曲的平均曲率K ，如图6—2所示。
2-334232342334/10/()/2
i i K mm m m l l -=+，或 （6-4） 地表曲率也可以用其倒数，即曲率半径1=K
ρ表示。
图6-2 曲率计算原理
地表曲率有“+”、“－”曲率之分，正曲率表示地表呈上凸形弯曲；负曲率表示地表呈下凹形弯曲。
（3）水平变形。地表水平变形是由于相邻两点的水平移动量不相等引起。
3223
=mm /U U m S ε-±， （6-5） 水平变形实际上是监测点间距内每米伸长或压缩变形。正值表示拉伸变形，负值表示压缩变形。
变形监测的任务是周期性地对测点进行观测，从测点三维坐标(x ，y ，z)的变化中，了解建筑物变形的空间分布，通过对历次观测结果进行分析、比较，掌握其变形随时间的变化情况，从而判断建筑工程的质量、变形的程度以及变形的趋势，对超出变形容许范围的建（构）物，应及时分析原因，采取加固措施，防止变形发展，纠正变形现象，避免事故发生。同时，通过在施工和运营期间对建筑物进行的变形测量，验证地基与基础设计是否合理、正确，也是对建筑设计、施工的一种检验。
建筑物变形监测的作用主要表现在以下方面：
（1）掌握建筑物在施工和使用过程中的变形情况，及时发现异常变化，对建筑物的稳
定性、安全性作出判断，以便及时采取必要的补救措施，防止事故发生，确保建筑施工质量和建筑物的安全使用
；
（2）积累监测成果和分析资料，以便科学地解释变形机理，验证变形预测，为灾害预报理论和方法研究服务；
（3)检验工程设计的理论是否正确，设计是否合理，为修改设计、制定设计规范提供依据。特别是当工程采用了新结构、新施工方法或新工艺时，通过变形测量可验证其安全性。
建筑物变形监测项目如下。
（1）沉降监测：建筑物的沉降是地基、基础和上部结构共同作用的结果。沉降监测资料的积累是研究解决地基沉降问题和改进地基设计的基础。同时通过监测分析相对沉降是否有差异，监视建筑物的安全。
（2）水平位移监测：指建筑物整体平面移动，其原因主要是基础受水平应力影响，如地基处于滑坡地带或受地震影响。测定其平面位置随时间变化的移动量，以监视建筑物的安全或采取加固措施。
（3）倾斜监测：高大建筑物上部结构和基础的整体刚度较大，地基倾斜(差异沉降)反映上部主体的倾斜，监测目的是验证地基沉降的差异和监视建筑物的安全。
（4）裂缝监测：当建筑物基础局部产生不均匀沉降时，其墙体往往出现裂缝，系统地进行裂缝变化监测，根据裂缝和沉降监测资料，分析变形特征和原因，采取措施保证建筑物安全。
（5）挠度监测：是测定建筑物构件受力后的弯曲程度。对于平置构件，在两端及中间设置沉降点进行沉降监测，根据测得某时间段内这3点的沉降量，计算挠度；对于直立构件，设置上、中、下3个位移监测点，进行位移监测，利用3点的位移量，计算挠度。
6.2 建筑物沉降与变形
6.2.1沉降与变形影响因素
引起建筑沉降与变形的主要原因可概括为3个方面：自然因素、与建筑物密切相关因素、人为因素。自然因素主要指建筑物地基的工程地质、水文地质及土壤的物理性质、大气温度等。由于建筑物基础各部位地质条件不尽相同，导致稳定性并非处处一致，从而产生不均匀沉降，从而使建筑物产生倾斜；而由于温度与地下水位的季节性、周期性变化，会引起建筑物呈规律性的变形等。与建筑物密切相关因素主要指建筑物本身的荷重、结构及使用中的动荷载、振动或风力等因素引起的附加荷载。此外，由于地质勘探不充分、设计错误、施工方法不当、施工质量差以及运营使用不合理等人为因素，也会不同程度的引起建筑变形。
依据主要变形性质，通常将建筑沉降与变形分为沉降与位移两类。
(1)沉降类：包括建筑物(基础)沉降、基坑回弹、地基土分层沉降、建筑场地沉降等；
(2)位移类：包括建筑物水平位移、建筑物主体倾斜、裂缝、挠度、日照变形、风振及场地滑坡等。
各种工程建筑物都要求坚固稳定，以延长其使用年限，但在压缩性地基上建造建筑物时，从施工开始地基就会逐渐下沉，其沉降原因是下列因素影响：
(1)荷载影响：沙土或粘土地基，兴建大型厂房、高炉、水塔及烟囱时，由于荷载逐渐增加，土层被逐渐压缩，地基下沉，因而引起建筑物沉降。
(2)地下水影响：地下水的升降对建筑物沉降影响较大。
（3）地震影响：地震之后会出现大面积的地面升降现象。
（4）地下开采影响：由于地下开采，地面下沉现象比较严重。例如，本溪市地下采煤，造成个别地区地表下沉超过2m。
