浅谈建设工程变形监测

刘 占

北京迅联图业科技有限公司 北京 102600

摘要：随着社会经济的快速发展，建设工程变形监测是各项工程中不可或缺的一项 重要内容，为保证各项目安全质量与正常生产，确保各项目及周边建筑物的安全 施工和安全运营。尤其是城市高层，主体沉降观测，深基坑监测，地下管廊及地 下管线隧道监测，均起着至关重要的作用。也顺应紧密的跟进了经济发展的步伐。 而且，它所涉及的科技领域不单纯是建筑监测，也被北京市规划和自然资源委员 会认可为第三方监测。并用合理且符合北京市地方标准《建设工程第三方监测技 术规程》DB11/T1626-2019 规范的监测要求和监测方法，从而提高了监测精准度。 利用不同环境根据岩土地质勘察、结构设计、建筑施工等诸多学科，来制定并拟 定不同级别的监测方案，是一项综合性的工程技术，其重要性越来越被工程技术 人员所重视。

关键词：建设工程监测；变形监测；基坑监测；第三方监测

一、变形监测的重要性

1、对新建筑物的变形监测

高层建筑的基础一般较深，从基础底板形成至主体封顶后直到工程竣工均会 有着正常综合性的均匀沉降，例如：保利大望京 636 地块 16、17、18#楼及地库 工程，16 号楼地上 12 层，地下 3 层，17 号楼地上 16 层，地下 3 层，18 号楼地

上 31 层，地下 3 层，由于土方开挖后，地基卸载，会有较大的回弹变形，当结 构施工开始后，自身荷载不断增加，又会使地基产生沉降变形。通过监测手段进 行变形观测，即可发现建筑物超常规的变形，以及局部不均匀变形，从而准确地 分析原因，及时采取相应的措施，以保证工程质量。

高层建筑由于功能的需要，一般设有裙房，或在两楼体之间设有地下车库， 例如：北京市朝阳区华威路南侧的弘善家园 B2 区 16-18 号住宅楼，，地下-3 层， 地上 16 号和 18 号为高层住宅 28 层, 17 号楼为多层住宅 11 层，在 16 号楼与 18 号楼之间属于连体及裙房组成，,北部地段为大面积纯地下车库。基础设计埋深 约在自然地面下 11 米础上。建筑平面呈环形排列。由于建筑物的高低差异，结 构荷载会对地基产生不均匀沉降变形，当变形差异过大时，结构即会产生断裂， 影响结构安全及建筑物的使用功能。因此，在设计中，用设置沉降后浇带的方法， 使高低层交汇处楼板隔断，当结构完成，后浇带两侧沉降趋于稳定，沉降速率接 近时，再进行二次浇筑，使其成为整体。而确定后浇带浇筑最佳时间的重要依据， 也是监测人员提供的及时、准确的沉降变形监测数据。

2、对原建筑物的变形监测

在高层建筑基础开挖施工的过程中，若基坑邻近周边已有建筑物先期使用， 且距离较近，处于基础开挖施工的变形区之内，尤其是基础较浅的原有建筑，不 同程度的会受到新工程施工的影响。例如：北京市通州区乔庄综合楼，位于北京 市通州区乔庄商业街与运河西大街交叉口。由于本工程施工时，周边西侧乔庄西 区的 23 号楼和 24 号楼均在使用，人员流动较大，距基坑边最近的 24 号楼只有 约 15.6m,为确保周边建筑物在该工程施工期间的安全使用，对西侧其原有建筑 物进行了沉降变形观测，通过观测数据，有效地掌握了新工程施工对周边建筑物 沉降、倾斜变形的影响。因此，对原有建筑物的安全监测，确保其正常使用，就 显得尤为重要。

3、对基坑的变形监测

基坑变形的监测工作是基于北京市政府相关职能部门所制定出来的北京市 地方标准《建设工程第三方监测技术规程》DB11/T1626-2019 规范的监测要求， 开挖深度大于或等于 5m 或小于 5m 但现场地质条件和周围环境复杂的施工边坡工程。指定有岩土勘察资质的甲级测绘单位担任第三方监测完成。并应对第三方监测项目，监测点布设位置、监测频率及监测项目控制值等 主要内容有明确要求。例如：郭公庄车辆段项目四期公建、住宅及地下车库基坑 第三方监。场地位于北京市丰台区，六圈南路与丰科路交叉口。由于基坑深度为 16.91 米，大于 10 米，按照《建设工程第三方监测技术规程》安全等级为一级。

根据郭公庄车辆段项目的四期公建、住宅及地下车库工程基坑支护设计方 案，此次的监测根据安全等级为一级监测项目如下：1：监测基坑顶部的水平和 垂直位移 2：监测基坑周围的建筑物 3：基坑周边地表监测。4：锚杆轴力监测:5: 桩体深层水平位移监测。6 基坑巡视等六项。通过监测数据随时间的变化过程， 可进一步研究桩体位移和护坡变化，避免极大的施工隐患。也可以在发现位移量 较大时采用控制开挖量和加固等方法，避免危险性变形的发生，从而保证了各项 目安全质量与正常生产，确保各项目及周边建筑物的安全施工和安全运营。

二、变形观测的特殊性

1、观测精度

由于建筑物的沉降变形在一个观测周期内往往很小（一般为毫米或亚毫米）， 为了使观测成果具有可靠性，能够准确地反映建筑物变形的客观情况，就必须严 格限制观测中的测量误差。按现行国家行业技术标准的要求，测量误差应控制在 变形量的 1/10~1/20 之内，远远高于施工测量的限差。因此，在北京市地方法规 中明确规定：此项任务必须由具备相应资质的测绘单位承担，而不得由建筑施工 人员施测。

为了保证观测精度，在观测过程中就必须附以特殊的技术手段：

（1） 三稳定——变形观测的基准点、工作基准点、变形观测点要稳定、 牢固，否则，观测成果即不能客观反映被测物体真实的变形情况；

（2） 四固定——观测仪器设备固定、观测人员固定、观测条件固定、观 测方法（程序、线路、镜位等）固定，以最大限度地减小观测误差对观测成果的 影响。

2、观测时间性强

各项变形观测的基准观测必须按时进行，否则，将得不到原始状态的数据， 而使观测成果失去意义。如：地基回弹，必须在基坑开挖之前开始观测；主体结 构沉降变形，必须在基础底板浇筑后开始观测；工程施工阶段的观测，必须根据 施工进度、施工部位、结构荷载增加的情况及时观测，不得漏测、补测，否则， 将不能以观测数据客观、准确、实时地反映建筑物的变形情况。

3、观测成果真实可靠、资料完整时间性强

变形观测成果，是分析建筑物变形规律的重要依据，因此，观测成果的真实 性是相当重要的，否则，将会对分析结论产生误导。另外，变形观测成果与其他 测绘成果不同之处，还在于它不具备产品最终检验的条件，必须要保证每一次观 测成果的可靠性及追溯性，因此，观测资料必须齐全、完整，不具备后补条件。

三、变形观测的技术要求

1、竖向位移观测精度等级的确定

竖向位移观测仪器和设备基于沉降观测精度的要求特征，能准确体现出建筑 物（构筑物）在结构条件下施加的荷载或由于基坑开挖对建筑物沉降的影响，通 常规定了测量误差应当小于变形值 1/10〜1/20，因此应用于沉降观测的精密电 子致密水准仪（DNI03），水准尺还应使用受环境和温度变化影响的铟钢尺。在 第一次进行观察的时候，应对即将使用的仪器的所有指标开展测试和校正，确有 需要时用计量单位进行鉴定，在连续使用了三个月至六个月之后，应再次检查仪 器和设备。

根据建筑物允许变形值估算最终沉降量的观测中误差

（1） 绝对沉降按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选±0.5 ㎜、±1.0

㎜、±2.5 ㎜；

（2） 相对沉降、局部沉降不超过变形允许值的 1/20；

（3） 建筑物整体变形不超过垂直允许偏差的 1/10；

（4） 结构变形不超过变形允许值的 1/6；

（5） 科研项目根据所需要求提高观测精度，一般将以上各项中误差乘以 1/5～1/2。

综合各方面因素确定观测精度

（1） 在一个综合项目中，若给出多个变形允许值时，应分别估算观测点精度， 然后根据其最高精度选择对应的精度等级；

（2） 当估算观测点精度低于表 3-2 中三级精度时，宜选择三级精度；

（3） 若项目中未规定变形允许值，则根据设计与施工的要求，参考同类工程 或以往施工经验，合理选择表 3-2 中相应的精度等级。

2、水平位移观测精度等级的确定

水平位移观测一般使用精度较高的全站仪观测。全站仪型号应根据水平位移 观测精度要求使用。方法多种，有前方交会、导线测量、极坐标法、自由设站法 和小角法等。对使用全站仪应进行主要轴线几何关系检验与校正。

3、深层水平位移观测精度等级的确定

深水平位移监测是观察支撑结构各深度的水平位移，用于监测支撑桩或土体 的变形，当测得的支撑结构位移在无外部载荷的情况下急剧增加时，表明土壤质 量接近破坏。测量它的方法是：

(1)首先，将铅直的测斜管埋入预定位置足够深的深度（直到达到不动点）， 在该管中有四个相互间隔90°的导槽，使其中一对互成180°的导槽与土体变形 方向一致（与基坑边垂直）。

(2)带有导向轮的测斜仪沿着导槽滑动，因为测斜仪可以反映测量管和重力 线之间的倾角，所以可以测量测斜仪所在位置测管在土体作用下的倾斜度_i ，换 算成该位置测斜仪上下导轮间（或分段长度）的位置偏差Δ d:

Δ d=Lsin_i

式中，L为量测点的分段长度。自下而上累加可知各点处的水平位置：

n

S_i  _L sin_i

i1

与初次位置测值相减既为各点本次量测的水平位移 S_i 。

4、地下水位监测的重要性

地下水水位监测点沿基坑周长应相距 20m〜50m，并应相邻于建筑物、重要 管道或有密集管道的地方设置测量点，通过注水进行地下水水位监测。用测量绳 和水位计将水位观测管穿过钻孔，观测水位的位置应与被测含水层的位置和厚度 一致，在井口测量水位高后，计算出水位高程。

5、锚杆（索）拉力监测

锚杆（索）拉力监一般采用测力计，钢筋应力计和应变计的量程宜为对应设 计值的 2 倍，量测精度不宜低于满量程的 0.5%，分辨率不宜低于满量程的 0.2%。

6. 巡查

巡查主要借助现场目测来进行，辅以锤子、凿子、量尺和放大镜等工具，包 括照相机、摄像灯等设备或通过远程视频监控。采用现场巡查的方式时，现场巡 查人员应以填表、拍照或摄像等方式对自然条件、支护结构、施工工况、周边环 境、监测设施等巡视检查情况进行详细记录，并及时整理巡查信息。

四、变形监测控制点的设置

基准点作为一个观测项目自始至终的观测基准，其稳定性是相当重要的，应 设置在变形区以外，便于长期保存处，其标石应选择深埋钢管水准基点埋石。

工作基点作为观测过程中频繁使用的起测点，不宜远离观测目标，否则会影 响观测点的精度，但仍要保证其相对稳定性，一般设置在距基坑边 2 倍开挖深度 以外为宜，标石埋深应在本地区冰冻层以下。

基准点与工作基准标石埋设后，均应达到稳定后方可使用，一般不少于 15d； 基准点与工作基点均不应少于 3 个，以便在做稳定性检测时能够准确地判断出较差点位；

基准点与工作基点应布设成闭合或附合水准线路，对于较分散的测区，按两 个层次布网，较集中的测区，可按单一层次布设；

控制点应定期复测，周期一般不超过三个月，尤其在雨季前后，以及冻融交 季时，应特别关注其变形情况，在发现检测成果异常，或受外界因素影响时，应 缩短复测周期。

五、观测点的设置

变形观测点的设置，应以能全面反映建筑物地基变形特征为原则，不同的结 构形式，对地基所产生的压力是不尽相同的，如建筑物四周与中部、核心筒剪力 墙与围护结构、高低层两侧、新旧建筑两侧、沉降后浇带两侧、不同基础埋深处、 天然地基与复合地基处等，均应分别设置观测点，通过其不同的变形特征，分析 基础、结构的稳定性；

变形观测点的埋设方式，应综合考虑不影响建筑施工、功能使用，以及 方便观测等因素，故对不同的工程，不同的阶段，可选择埋设在主体挨冻角上、墙、柱立面上，观测标志可做成明标式或隐蔽式。

布设方法为：先在围护桩顶部用冲击钻钻出深约 10cm 的孔，再把水平位移监 测装置用铁锤砸入孔内，缝隙用锚固剂填充。水平位移监测点装置有小棱镜和反 射片两种类型。

六、观测周期的确定

建筑物施工阶段的变形观测，应在基础底板完成后开始，观测周期的确定要 考虑结构荷载的增加与工期两方面因素，地下结构施工期间，应不少于两次，地 上结构施工期间，每隔 1～2 层观测一次，结构封顶至竣工的装修、装饰、设备 安装期间，每季度观测一次；直至完工后主体结构最后 100 天的沉降速率均小于

等于 1～4mm/100d 时可认为已进入稳定阶段”，由此可以确定沉降量均已稳定， 可以停止观测。

七、变形观测成果的分析

在我们对观测成果进行分析的过程中，普遍使用了 WELTOP 提供的变形监测 分析软件（ST4.3 版），该软件基于现代计算机应用技术，总结现有变形观测对 象得出的理论知识和实践经验，系统化、规范化地进行建筑沉降分析。应用该软 件，可以按要求自动生成多种沉降观测成果表、绘制复杂的曲线图、动态查询沉 降数据，有利于系统化、规范化建筑物沉降分析工作。特别是系统的沉降过程回 归分析及预测功能，为沉降过程的稳定性分析提供了科学依据。在沉降过程回归 分析中，系统选择了 15 种函数作为沉降过程回归分析的基本数学模型，可以单 独使用，也可以组合叠加使用。根据该系统，还提供一系列代表工程参数和沉降 分析数据的特殊变量，并将其存储在一个文本文件中，即制作一个模板。在特定 项目中，系统扫描并选择模板，并根据定义进行检索和计算，用特定数据替换特 殊变量以生成特定项目的变形监测分析报告，但变形监测稳定性的结论内容需要 由工作人员进行分析。

八、风险监测预警

根据工程监测方法和内容以及可能风险源类别，并结合我公司长期开展基坑 工程施工安全风险监测工作经验，将基坑风险监测预警分为三类：监测预警、巡 视预警、综合预警。对每类预警将根据风险程度分为正常、黄色预警、橙色预警 和红色预警。

监测预警值由监测项目的累计变化量和变化速率共同控制，结合竞争性谈判 文件对监测预警控制值和预警值的要求，并结合相关规范和工作经验确定以下预 警判定标准。

九、总结及展望

建设工程变形监测数据是反映建设工程质量的重要依据之一，建设工程的变 形监测尤其是地质调查提供的数据的准确性，建筑物基础的处理质量以及建筑物 主体是否倾斜的反映异常敏感性，可以更加及时的发现质量隐患。所以，根据当 前的建筑规范明确规定，建筑物竣工交付使用前的检查验收，变形监测数据为项 目是否合格提供重要的借鉴与依据。

提交资料。所有变形观测的结果通常在工作完成后提交。然而，所有的观测 结果应提交至监理或者质检部门，尤其是在实际的测量过程中，假若出现异常变 形数据，应当及时提交给相关部门，以引起他们足够的重视。

通过几年的工作实践，对建设过程中的变形监测规律有了更感性的认识，对 其重要作用也有了更深的体会。随着建筑工程建设规模、施工技术的不断发展， 变形测量技术也要随之适应，在比较复杂的施工环境中，如何保证观测成果的准 确性、可靠性，以及广泛地掌握相关的专业知识，是我们工程测量人员今后发展 的方向。

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