1  引言

高层建筑由于荷载大、重心高、基础应力大，在施工和运营过程中会在自重与外部荷载作用下产生沉降、倾斜等变形。若地基条件较差或基础设计不当，可能出现过大沉降或不均匀沉降，引起结构开裂、倾斜甚至失稳，严重影响结构的安全性与正常使用功能。

因此，对高层建筑实施长期的变形监测，通过观测数据掌握建筑物的变形规律，及时发现异常变形并预警，是保证高层建筑结构安全的重要措施。本文从监测项目确定、点位布设、观测方法、数据处理与预警等方面，对高层建筑变形监测技术进行系统阐述，并结合实际给出变形分析与预测方法，为同类工程的变形监测提供技术参考。

2  监测项目与点位布设

2.1  监测项目

高层建筑变形监测的主要项目包括沉降监测、倾斜监测、水平位移监测及裂缝监测等。沉降监测是核心项目，反映地基与基础的沉降状况，是判断建筑是否处于稳定状态的重要依据；倾斜监测反映建筑物整体倾斜程度，与沉降监测相互印证；水平位移监测用于观测建筑物在水平方向的整体位移，对于风荷载与地震作用下的动态响应也有一定监测意义；裂缝监测用于观测结构裂缝的产生与发展情况，是判断结构安全的重要辅助手段。

2.2  点位布设

沉降观测点应布设在建筑物的四角、大转角、高低层交接处及荷载变化明显的部位，一般沿建筑物外墙周边均匀布设，观测点数量应不少于6个。基准点应埋设在稳定、不受建筑物沉降影响且便于观测的地方，基准点数量不宜少于3个，并定期进行稳定性检核。倾斜观测点宜布设在建筑物顶部四角与底部对应位置，便于量测整体倾斜。所有观测点应采用统一标志，保证长期稳定与观测精度。

3  观测方法

3.1  沉降观测

沉降观测采用精密水准测量方法，使用精密水准仪与铟瓦水准尺，按二等或三等水准精度要求施测。观测时应采用固定仪器、固定路线、固定观测人员、固定基准点的四固定原则，以减小系统误差。沉降观测的频率应根据施工进度、荷载增加情况与沉降速率确定：施工期间随着楼层增高应加密观测，一般每增加一至两层观测一次；封顶后逐渐减少观测频次，竣工后按规范要求定期观测，沉降趋于稳定后每年观测一次。每次观测应计算各点沉降量、累计沉降量与沉降速率。

3.2  倾斜观测

倾斜观测可采用全站仪前方交会法或经纬仪测垂线法。前方交会法在建筑物周围布设两个以上控制点，用全站仪测量建筑物顶部与底部特征点的坐标，通过顶部与底部坐标差计算倾斜量与倾斜方向；测垂线法在建筑物顶部设置垂线标志，用经纬仪量测垂线偏离底部中心的距离，从而计算倾斜度。对于高度较大或受风荷载影响明显的建筑，可采用全站仪三维坐标测量，直接测定顶部观测点的三维坐标变化。倾斜观测应与沉降观测同步进行，综合反映建筑物变形状况。

4  数据分析与变形预测

对观测数据进行整理后，应计算各观测点的沉降量、沉降速率、累计沉降与差异沉降，绘制沉降-时间曲线、沉降-荷载曲线，分析沉降发展规律。若沉降-时间曲线趋于平缓、沉降速率趋近于零，说明沉降趋于稳定；若曲线持续上升、沉降速率不衰减，说明地基仍在固结或存在异常，应加密观测并查明原因。

可采用回归分析法建立沉降预测模型，常用的有双曲线法、指数曲线法、灰色模型GM(1,1)等。双曲线法假定沉降随时间按双曲线规律发展，利用前段观测数据拟合参数，可外推预测最终沉降量；灰色模型适用于数据量较少的情况。通过预测模型可估算剩余沉降量与最终沉降量，为判断建筑是否稳定、是否需要采取处理措施提供依据。

变形预警应根据规范规定的允许沉降量、允许倾斜度与沉降速率等指标确定。当观测数据出现沉降速率突变、累计沉降超过规范限值、差异沉降过大或倾斜度超限等异常情况时，应立即预警，并启动应急调查，查明原因，采取加固或纠偏等措施，防止变形继续发展危及结构安全。

4.1  监测数据整理与统计

对每次观测数据进行整理，应形成规范化的观测记录与成果表，包括各观测点的高程、沉降量、累计沉降量、沉降速率及差异沉降等。统计分析应关注沉降的均匀性，计算相邻观测点之间的差异沉降，判断是否存在不均匀沉降的趋势。同时应对观测数据的可靠性进行检核，剔除明显异常值，保证分析所用数据的准确。

4.2  变形预测模型

常用的沉降预测模型包括双曲线法、指数曲线法、Asaoka法与灰色模型GM(1,1)等。双曲线法假定累计沉降随时间按双曲线规律发展，利用前期观测数据拟合双曲线参数，进而预测最终沉降量与后续沉降过程；指数曲线法假定沉降速率随时间按指数规律衰减，适用于排水固结型沉降；Asaoka法基于固结理论，利用沉降观测序列递推预测最终沉降；灰色模型GM(1,1)适用于样本量少、观测时间短的变形序列。预测模型可估算剩余沉降量，为判断建筑是否趋于稳定提供定量依据。

4.3  预警指标与应急措施

变形预警应依据国家及行业规范规定的允许沉降量、允许差异沉降、允许倾斜度及沉降速率等指标建立分级预警机制。当观测数据达到预警值或出现异常趋势时，应分析原因并采取相应措施：对沉降速率异常增大、累计沉降接近限值的建筑，应加密观测、查明原因，必要时进行地基加固；对倾斜超限的建筑，应评估结构安全状况，必要时采取纠偏或加固措施。预警与应急处理应以监测数据为依据，做到早发现、早处理，将变形控制在允许范围内，保障结构安全。

5  结论

通过对高层建筑变形监测技术与数据分析的研究，得出以下结论：

（1）变形监测应覆盖沉降、倾斜、水平位移及裂缝等主要项目，科学布设观测点并保证观测精度，是获得可靠监测数据的前提。

（2）精密水准沉降观测与全站仪倾斜观测相结合，配合合理的观测频率，可全面掌握建筑物变形状况，观测频次应随施工进度与变形速率动态调整。

（3）通过建立沉降预测模型并结合规范预警指标进行动态分析，可及时发现异常变形并预警，为高层建筑的结构安全提供有力保障。

（4）变形监测应贯穿施工与运营全过程，坚持长期观测、动态分析与及时预警相结合，才能有效保障高层建筑的安全。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑变形测量规范: JGJ 8—2016[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.

[2] 王建. 工程变形监测技术[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2011.

[3] 张正禄. 工程测量学[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2005.

[4] 李广信. 高等土力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004.