高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析

程為青

(安徽建設(shè)工程勘察設(shè)計院，安徽合肥 230001)

高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析

程為青?

(安徽建設(shè)工程勘察設(shè)計院，安徽合肥 230001)

從引起沉降的因素出發(fā)，參照理論并結(jié)合實例，闡述了沉降觀測的數(shù)據(jù)處理與分析，以及對沉降趨勢的預測方法進行探討。

沉降觀測；數(shù)據(jù)處理；預測性評估

1 概 述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑的建設(shè)將越來越多。由于各種因素的影響，建筑物在運營過程中，都會產(chǎn)生變形。這種變形在一定限度之內(nèi)，應認為是正常現(xiàn)象，但如果超過了規(guī)定的限度，就會影響建筑物的正常使用，嚴重的還可危及建筑物的安全。根據(jù)沉降觀測資料，運用數(shù)理統(tǒng)計方法，對建筑物的沉降進行均勻性(不均勻性)分析，探討出建筑物變形的成因及對沉降趨勢的預測方法。

2 沉降引起的因素及觀測的必要性

引起建筑物沉降有內(nèi)部和外部因素。其中內(nèi)部因素引起的沉降有合理沉降、施工誤差引起的沉降；而外部因素是基礎(chǔ)形變、地質(zhì)構(gòu)造不均勻、季節(jié)性和周期性的溫度和地下水的變化引起以及受風力引起的等。從大量的實測資料來看，沉降在時間－空間上與建筑過程有密切的關(guān)系，為掌握沉降的大小及規(guī)律，沉降觀測具有必要性。

3 觀測點的布設(shè)及觀測成果穩(wěn)定性分析

按設(shè)計及《建筑變形觀測規(guī)范》要求，在建筑物上布設(shè)觀測點，并定期觀測這些點高程，從而獲得各點變化量及累計量，根據(jù)《規(guī)范》，建筑物的下沉速度小于0.04 mm/d時，達到穩(wěn)定階段即可停止觀測。

觀測點穩(wěn)定性分析:設(shè)觀測點沉降為di，點位沉降中誤差為mi。

(1)當｜di｜≤｜mi｜，由測量誤差引起，則觀測點穩(wěn)定的；

(2)當｜di｜≤｜2mi｜，基本上屬于測量誤差引起，基本穩(wěn)定；

(3)當｜di｜〉｜2mi｜，不穩(wěn)定的，下沉量為di。

4 觀測數(shù)據(jù)的處理及使用

某中心的主樓32層，基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁，置于白堊紀泥質(zhì)砂巖、泥巖中風化帶上，于2006年9月開始施工，至2007年7月結(jié)構(gòu)封頂，共作了9次沉降觀測。計算表如表1所示。

沉降觀測沉降量計算表 表1

作為施工階段的沉降觀測，觀測值的大小反映了地基土的強度及其建筑物荷載情況。按照數(shù)理統(tǒng)計的觀點，沉降量受地基強度和荷載(或稱母體)制約，明顯不同的地基土強度和荷載反映了不同的總體，而不同總體才是造成建筑物不均勻沉降的內(nèi)在因素。我們可以運用數(shù)理分析方法對沉降值作統(tǒng)計分析，顯然可以對成對數(shù)據(jù)進行t檢驗，從而判斷它們之間的差異是否屬于同一總體。按t分布理論，偶然誤差的存在不改變所屬總體的子樣分布，而不同總體的子樣分布必然與t分布存在顯著性差異。

設(shè)成對數(shù)據(jù)的差為Xi，其總體平均值為u，如成對數(shù)據(jù)之間無異的話，則平均值X應是總體平均值u＝0的無偏估計量。即:H:u＝0

X為每對數(shù)據(jù)之差Xi的平均值，S－x是其樣本標準差。

當由式(1)計算得到t〉理論值t(n－1，a)時，則拒絕假設(shè)，H:u＝0被否定，X和u有顯著差異，這一推斷的概率為1－a。反之，當t＜t(n－1，a)時，接受原假設(shè)，X和u＝0無顯著差異。下面就某主樓沉降觀測列表作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

主樓2007年元月30日作第4次觀測的數(shù)據(jù) 表2

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182。

所以t＜t(3，0.05)表明主樓兩側(cè)沉降值無顯著差異，由此判斷為均勻沉降。

主樓2007年6月25日第9次結(jié)構(gòu)封頂觀測數(shù)據(jù) 表3

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182，很明顯t＜t(3，0.05)，說明主體沉降均勻。

除利用t檢驗，我們還可以用F檢驗對此例作統(tǒng)計分析，以便比較最后分析結(jié)果。

具體檢驗步驟如下:

(1)作原假設(shè)H0:a1＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝a8＝a

(2)計算統(tǒng)計量:

全部計算用表4進行。

統(tǒng)計量的計算(單位/mm) 表4

5 沉降趨勢預測

設(shè)自變量t為觀測時間周期，則沉降量為自變量函數(shù)H，其近似函數(shù)關(guān)系式H＝f(t)。

所要求的函數(shù)H＝f(t)的n次代數(shù)多項式為:

為確定多項式的值，只要求解(1)式的系數(shù)值ai，并且使多項式(1)對給定數(shù)據(jù)(ti，Hi)與實測數(shù)據(jù)相擬合。從而得出變形規(guī)律函數(shù)H＝f(t)。

若對觀測點定期進行了n次觀測，可得以下n個方程式(i＜n):

由于實際觀測數(shù)據(jù)不一定全部落在H＝f(t)函數(shù)曲線上，Vi不完全都等于0，則稱之為誤差，用Vk表示。根據(jù)n個誤差方程式(2)，按最小二乘法求解系數(shù)aj，有

為最小值。進行微分并令其等于0，即:

則式(4)變?yōu)?/p>

式(6)為解算系數(shù)aj(i＋1)個方程式，將解算的系數(shù)代入式(1)，即求出預報方程H＝f(t)。

解方程組得預報方程為:

由式(7)的預測模型，預測了后3個月的情況，如表5所示。

表5

需注意的問題:

①選取曲線要與實際變化趨勢相似，否則會影響擬合精度；

②用于擬合的觀測數(shù)據(jù)不能太少；

③預測周期不宜過長。

6 結(jié) 論

沉降觀測的方法與觀測精度要求，對于反映微小變形來說，是觀測方案首先要顧及的問題，否則，測量誤差將掩蓋這些微小變化而使觀測結(jié)果不僅無用，還會得到錯誤結(jié)論。在這些條件下，將觀測階段的結(jié)果運用統(tǒng)計分析方法，結(jié)合工程特點在均勻性及沉降趨勢作出預報性評估，在確保工程安全的前提下，充分挖掘樁基工程的潛力(如提高樁基承載力等)，以產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益和工程價值。

[1]程為青.曲線擬合在變形監(jiān)測預報中曲線擬合的應用.安徽建筑，2007(2)

High－rise Building Subsidence Observation Data Processing and Analysis

Cheng WeiQing
(Anhui Geotechnical Investigation and Architectural Design Institute，Hefei 230001，China)

From the start，the subsidence caused by factors to combine theory，this article expounds the subsidence observation data processing and analysis，and the trend of subsidence prediction methods are discussed.

subsidence observation；data processing；predictive evaluation

1672－8262(2010)03－130－03

TU196.2

B

2009—11—30

程為青(1962—)，男，高級工程師，主要從事工程測量方面研究和技術(shù)管理工作。