論高層建筑物的沉降觀測

顏志宏，宋立杰，張萬軍

1.鹽城市瑞地勘測有限公司，江蘇 鹽城 224002

2.河北理工大學(xué)，河北 唐山 063000

3.鹽城市國土資源局，江蘇 鹽城 224002

隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展，各種復(fù)雜而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，并且對于建筑物的地基施加了一定的壓力，這就必然會引起地基及周圍地層的變形。為了保證建（構(gòu)）筑物的正常使用壽命和建（構(gòu)）筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建（構(gòu)）筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯?，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測等均要進(jìn)行沉降觀測。特別在高層建筑物施工過程中，應(yīng)用沉降觀測加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本論文結(jié)合建筑施工過程中沉降觀測的實(shí)踐，闡述了沉降觀測的方法和意義。

1 沉降觀測的基本要求

1.1 儀器設(shè)備、人員素質(zhì)的要求

根據(jù)沉降觀測精度要求高的特點(diǎn)，為能精確地反映出建構(gòu)筑物在不斷加荷作下的沉降情況，一般規(guī)定測量的誤差應(yīng)小于變形值的1/10～1/20，為此要求沉降觀測應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀（S1或S05級），水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦 合金水準(zhǔn)尺。在不具備銦合金水準(zhǔn)尺的情況下，使用一般塔尺盡量使用第一段標(biāo)尺。

人員素質(zhì)的要求，必須接受專業(yè)學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)，熟練掌握儀器的操作規(guī)程，熟悉測量理論能針對不同工程特點(diǎn)、具體情況采用不同的觀測方法及觀測程序，對實(shí)施過程中出現(xiàn)的問題能夠會分析原因并正確的運(yùn)用誤差理論進(jìn)行平差計(jì)算，做到按時、快速、精確地完成每次觀測任務(wù)

1.2 觀測時間的要求

建構(gòu)筑物的沉降觀測對時間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測必須按時進(jìn)行，否則沉降觀測得不到原始數(shù)據(jù)，失去實(shí)際觀測意義。其他各階段的復(fù)測，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時進(jìn)行，不得漏測或補(bǔ)測。只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的沉降情況或規(guī)律。相鄰的兩次時間間隔稱為一個觀測周期，一般高層建筑物的沉降觀測按一定的時間段為一觀測周期（如：次/30天）或按建筑物的加荷情況每升高一層（或數(shù)層）為一觀測周期，無論采取何種方式都必須按施測方案中規(guī)定的觀測周期準(zhǔn)時進(jìn)行。

1.3 觀測點(diǎn)的要求

為了能夠反映出建構(gòu)筑物的準(zhǔn)確沉降情況，沉降觀測點(diǎn)要埋設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測的位置。一般要求建筑物上設(shè)置的沉降觀測點(diǎn)縱橫向要對稱，且相鄰點(diǎn)之間間距以15～30m為宜，均勻地分布在建筑物的周圍。通常情況下，建筑物設(shè)計(jì)圖紙上有專門的沉降觀測點(diǎn)布置圖。

埋設(shè)的沉降觀測點(diǎn)要符合各施工階段的觀測要求，特別要考慮到裝修裝飾階段因墻或柱飾面施工而破壞或掩蓋住觀測點(diǎn)，導(dǎo)致不能連續(xù)觀測而失去觀測意義。

1.4 沉降觀測的自始至終要遵循“五定”原則

所謂“五定”，即通常所說的沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測人員要穩(wěn)定；觀測時的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。以上措施在客觀上盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實(shí)。

1.5 施測要求

儀器、設(shè)備的操作方法與觀測程序要熟悉、正確。在首次觀測前要對所用儀器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測校正，必要時經(jīng)計(jì)量單位予以鑒定。連續(xù)使用3～6個月重新對所用儀器、設(shè)備進(jìn)行檢校。在觀測過程中，操作人員要相互配合，工作協(xié)調(diào)一致，認(rèn)真仔細(xì)，做到步步有校核。

1.6 沉降觀測精度的要求

根據(jù)建筑物的特性和建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求選擇沉降觀測精度的等級。再未有特除要求情況下，一般性的高層建構(gòu)筑物施工過程中，采用二等水準(zhǔn)測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。

1.7 沉降觀測成果整理及計(jì)算要求

原始數(shù)據(jù)要真實(shí)可靠，記錄計(jì)算要符合施工測量規(guī)范的要求，依據(jù)正確，嚴(yán)謹(jǐn)有序，步步校核，結(jié)果有效的原則進(jìn)行成果整理及計(jì)算。

2 具體施測程序及步驟

2.1 建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)

根據(jù)工程的特點(diǎn)布局、現(xiàn)場的環(huán)境條件制訂測量施測方案，由建設(shè)單位提供的水準(zhǔn)控制點(diǎn)（或城市精密導(dǎo)線點(diǎn)）根據(jù)工程的測量施測方案和布網(wǎng)原則的要求建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)。要求：

1）一般高層建筑物周圍要布置3個以上水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的間距不大于100m；

2）在場區(qū)內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個水準(zhǔn)點(diǎn)，并且場區(qū)內(nèi)各水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成閉合圖形，以便閉合檢校；

3）各水準(zhǔn)點(diǎn)要設(shè)在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外，水準(zhǔn)點(diǎn)的埋深要符合二等水準(zhǔn)測量的要求（大于1.5m）根據(jù)工程特點(diǎn)，建立合理的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，平差計(jì)算出各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

2.2 建立固定的觀測路線

由場區(qū)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，依據(jù)沉降觀測點(diǎn)的埋設(shè)要求或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的沉降觀測點(diǎn)布點(diǎn)圖，確定沉降觀測點(diǎn)的位置。在控制點(diǎn)與沉降觀測點(diǎn)之間建立固定的觀測路線，并在架設(shè)儀器站點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)處作好標(biāo)記樁，保證各次觀測均沿統(tǒng)一路線。

2.3 沉降觀測

根據(jù)編制的工程施測方案及確定的觀測周期，首次觀測應(yīng)在觀測點(diǎn)安穩(wěn)固后及時進(jìn)行。一般高層建筑物有一或數(shù)層地下結(jié)構(gòu)，首次觀測應(yīng)自基礎(chǔ)開始，在基礎(chǔ)的縱橫軸線上（基礎(chǔ)局邊）按設(shè)計(jì)好的位置埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)（臨時的），等臨時觀測點(diǎn)穩(wěn)固好，進(jìn)行首次觀測。

首次觀測的沉降觀測點(diǎn)高程值是以后各次觀測用以比較的基礎(chǔ)，其精度要求非常高，施測時一般用N2或N3級精密水準(zhǔn)儀。并且要求每個觀測點(diǎn)首次高程應(yīng)在同期觀測兩次后決定。

隨著結(jié)構(gòu)每升高一層，臨時觀測點(diǎn)移上一層并進(jìn)行觀測直到十0.00再按規(guī)定埋設(shè)永久觀測點(diǎn)（為便于觀測可將永久觀測點(diǎn)設(shè)于十500mm）。然后每施工一層就復(fù)測一次，直至竣工。

2.4 平差計(jì)算

將各次觀測記錄整理檢查無誤后，進(jìn)行平差計(jì)算，求出各次每個觀測點(diǎn)的高程值。從而確定出沉降量。

某個觀測點(diǎn)的每周期沉降量：△c＝Hh，I—Hn，I-1.N表示某個觀測點(diǎn)，I表示觀測周期數(shù)（I＝1，2，3……）且 H1＝H0累計(jì)沉降量：△C＝∑△c（n），n表示觀測點(diǎn)號。

2.5 統(tǒng)計(jì)表匯總

1）根據(jù)各觀測周期平差計(jì)算的沉降量，列統(tǒng)計(jì)表，進(jìn)行匯總；

2）繪制各觀測點(diǎn)的下沉曲線；

首先建立下沉曲線坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為時間坐標(biāo)，縱坐標(biāo)上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。

將統(tǒng)計(jì)表中各觀測點(diǎn)對應(yīng)的觀測周期所測得沉降量畫于坐標(biāo)中，并將相應(yīng)的荷載值也畫于坐標(biāo)中，連線，就得到對應(yīng)于荷載值的沉降曲線。

3）根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，我們可以預(yù)測建筑物的沉降趨勢，將建筑物的沉降情況及時的反饋到有關(guān)主管部門，正確地指導(dǎo)施工。特別座在沉陷性較大的地基上重要建筑物的不均勻沉降的觀測顯得更為重要。

利用沉降曲線還可計(jì)算出因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜度：q=│△Cm-△Cn│/Lmn，△Cm，△Cn分別為m，n點(diǎn)的總沉降量，Lmn為m，n點(diǎn)的距離。

對沉降觀測的成果分析，我們還可以找出同一地區(qū)類似結(jié)構(gòu)形式建筑物影響其沉降的主要因素，指導(dǎo)施工單位編好施工組織設(shè)計(jì)正確指導(dǎo)施工大有裨益，同樣也為勘察設(shè)計(jì)單位提供寶貴的一手資料，設(shè)計(jì)出更完善的施工圖紙。

2.6 觀測中的注意事項(xiàng)

1）嚴(yán)格按測量規(guī)范的要求施測；

2）前后視觀測最好用同一水平尺；

3）各次觀測必須按照固定的觀測路線進(jìn)行；

4）觀測時要避免陽光直射，且各觀測環(huán)境基本一致；

5）成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)；

6）隨時觀測，隨時檢核計(jì)算，觀測時要—?dú)獍⒊桑?/p>

7）在雨季前后要聯(lián)測，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高是否有變動；

8）將各次所觀測沉降情況及時反饋有關(guān)部門，當(dāng)建筑物每天（24h）連續(xù)沉降量超過1mm時應(yīng)停止施工，會同有關(guān)部門采取應(yīng)急措施。

3 探討的兩個問題

1）確定建筑物沉降觀測精度的合理性。由于現(xiàn)行規(guī)范對施工單位施工過程的沉降觀測要求不明朗，這對施工單位在建筑物沉降觀測精度選擇隨意性較大，但是精度的高低直接關(guān)系到沉降觀測成敗。對沉降觀測精度選擇既不能太高也不能太低，要合理適宜，適合工程特性的需要。既不造成無謂的浪費(fèi)也要保證觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。這樣，本人認(rèn)為一般高層及重要的建（構(gòu)）筑物在首次觀測過程中適用精密儀器的設(shè)備（高級水準(zhǔn)儀、銦 合金尺等）在±0.00以上部分按二等以上水準(zhǔn)測量方法，采用放大率倍數(shù)較大的S2或S3水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，也可以測出較理想的結(jié)果。

2）在沉降觀測過程中，沉降量與時問關(guān)系曲線不是單邊下行光滑曲線，而是起伏狀現(xiàn)象。這就分析原因，進(jìn)行修正。

（1）第二次觀測出現(xiàn)回升，而以后各次觀測又逐漸下降?？赡苁鞘状斡^測精過低，若回升超過5mm時，第一次觀測作廢，若回升5mm內(nèi)，第二次與第一次調(diào)整標(biāo)高一致。

（2）曲線在某點(diǎn)突然回升

原因：水準(zhǔn)點(diǎn)或觀測點(diǎn)被碰動所致且水準(zhǔn)點(diǎn)碰動后標(biāo)高低于碰前標(biāo)高，觀測點(diǎn)碰后高于碰前。

處理措施：取相鄰另一觀測點(diǎn)的相同期間沉降量作為被碰觀測點(diǎn)之沉降量。

（3）曲線自某點(diǎn)起漸漸回升

原因：一般是水準(zhǔn)點(diǎn)下沉所致。

措施：確定水準(zhǔn)點(diǎn)下沉值，與高級水準(zhǔn)點(diǎn)符合測量，確定下沉重。

[1]李青岳主編.工程測量學(xué).北京:測繪出版社，1984.

[2]李青岳，陳永奇主編.工程測量學(xué).北京:測繪出版社，1995.

[3]張正祿主編.工程測量學(xué).武漢:武漢大學(xué)出版社，2002.