高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

劉舜

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院測(cè)繪工程系，陜西渭南714000)

建筑物基礎(chǔ)發(fā)生較大的沉降或發(fā)生明顯的不均勻沉降將對(duì)工程帶來巨大的安全隱患和質(zhì)量問題。因此，施工期間及竣工后，能夠有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)并通過已有觀測(cè)數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)建筑物地基的變形情況已成為確保建筑物安全的重要工作。以某高層住宅樓工程為例，簡(jiǎn)單介紹地基沉降監(jiān)測(cè)，并且對(duì)沉降監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)。

1 工程概況

該工程為高層住宅樓，該高層住宅樓的主體工程為地下1層，地上31層，建筑長(zhǎng)60.8 m、寬28.9 m、高104.4 m。樓層為全剪力墻結(jié)構(gòu)。筆者所在學(xué)院受業(yè)主委托對(duì)該樓進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè)。

2 基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降點(diǎn)的布設(shè)

為了觀測(cè)該高層住宅樓的主體沉降，在其影響范圍之外的穩(wěn)定地區(qū)埋設(shè)了4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(BM1～BM3，BM2b)，及一個(gè)工作點(diǎn)(BM2a)。5個(gè)點(diǎn)構(gòu)成基準(zhǔn)網(wǎng)并定期進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以檢查基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。每次觀測(cè)都連測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)與工作點(diǎn)間的高程差，確定工作點(diǎn)新的高程，再?gòu)墓ぷ鼽c(diǎn)出發(fā)觀測(cè)變形點(diǎn)。每次觀測(cè)都盡量沿固定的觀測(cè)路線觀測(cè)變形點(diǎn)，以降低測(cè)量誤差，提高觀測(cè)精度。

圖1 沉降點(diǎn)位分布示意

根據(jù)樓房設(shè)計(jì)方案，在該住宅樓上共布設(shè)有15個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)(1#～15#)，點(diǎn)位分布情況如圖1所示。

3 沉降點(diǎn)的監(jiān)測(cè)

該住宅樓屬于大型高層建筑物，由于它還處在施工建設(shè)之中，對(duì)其觀測(cè)的主要內(nèi)容就是均勻沉降和不均勻沉降，方法采用的是精密水準(zhǔn)測(cè)量。該測(cè)量方法的特點(diǎn)為觀測(cè)精度高，工作量大，難以多次重復(fù)，一般只進(jìn)行往返測(cè)，也就是往返測(cè)(符合要求的)高差平均作為高差的最或是值。當(dāng)評(píng)定這種最或是值的精度時(shí)，也只有往返測(cè)高差之差可資利用，它反映了水準(zhǔn)測(cè)量各種誤差共同作用的結(jié)果，具有真誤差的性質(zhì)，它們含有偶然誤差的影響也含有系統(tǒng)誤差的影響。

3.1 監(jiān)測(cè)任務(wù)及監(jiān)測(cè)周期

監(jiān)測(cè)從主體修筑至±0.00開始觀測(cè)，每增高一層觀測(cè)1次。共33次，主體封頂后，每?jī)蓚€(gè)月觀測(cè)1次，共6次，竣工后第一年每季度觀測(cè)1次，第二年每半年觀測(cè)1次，共6次。通過觀測(cè)，建筑物已達(dá)到穩(wěn)定即告完成。觀測(cè)結(jié)果應(yīng)符合國(guó)家《建筑變形測(cè)量規(guī)程》(JGJ/78—97)及《工程測(cè)量規(guī)范》要求。

3.2 施測(cè)方法與技術(shù)要求

根據(jù)高程精度的要求，觀測(cè)采用ZEISS廠Ni007水準(zhǔn)儀，配合線條式銦瓦合金水準(zhǔn)尺，基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)組成環(huán)線進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)站限差見表1，環(huán)線閉合差≤±0.6(mm)，n為測(cè)站數(shù)。

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3.3 施測(cè)要求

對(duì)于儀器、設(shè)備的操作方法與觀測(cè)程序要熟悉、正確。在首次觀測(cè)前要對(duì)所用儀器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)校正，必要時(shí)經(jīng)計(jì)量單位予以鑒定。連續(xù)使用3～6個(gè)月應(yīng)重新對(duì)所用儀器、設(shè)備進(jìn)行檢校。在觀測(cè)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。

此外沉降觀測(cè)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(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測(cè)物上的沉降觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定;所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定;觀測(cè)人員要穩(wěn)定;觀測(cè)時(shí)的環(huán)境條件基本上要一致;觀測(cè)路線、鏡位、程序和方法要固定。這些措施在客觀上可以盡量減少觀測(cè)誤差的不定性，使所測(cè)的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證各次復(fù)測(cè)結(jié)果與首次觀測(cè)的結(jié)果可比性更一致，使所觀測(cè)的沉降量更真實(shí)。

4 觀測(cè)精度的確定及最弱點(diǎn)的精度估算

沉降監(jiān)測(cè)的精度主要取決于觀測(cè)的目的、建筑物的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的類型。根據(jù)國(guó)際測(cè)量工作者聯(lián)合會(huì)(FIC)提出的變形監(jiān)測(cè)精度要求，如果觀測(cè)是為了監(jiān)測(cè)建筑物的安全，其觀測(cè)中誤差應(yīng)小于容許變形值的1/10～1/20;如果觀測(cè)是為了研究變形的過程，則其中誤差比上述數(shù)值小得多。根據(jù)這一原則，通常采用“以當(dāng)時(shí)可能達(dá)到的最高精度”確定變形觀測(cè)精度。按照上述要求，結(jié)合該樓的實(shí)際情況，可根據(jù)如下公式確定高程觀測(cè)精度

式中:△為容許變形量值;K為安全系數(shù);t為置信區(qū)間內(nèi)最大誤差的比例值。本次監(jiān)測(cè)，K選用1/20=0.05，t選用2，△取40 mm則

即變形觀測(cè)的精度為≤±1 mm。

沉降點(diǎn)按Ⅱ等水準(zhǔn)測(cè)量的要求觀測(cè)，測(cè)站高差中誤差主要有置平誤差(m2)、瞄準(zhǔn)誤差(mm)、讀數(shù)誤差(md)，且三者是相互獨(dú)立的，即測(cè)站高差(m)按式(2)計(jì)算。

式中:τ為水準(zhǔn)管分劃值，Ni007儀器取τ=10″;s為視線長(zhǎng)度，取其最大值為50 m;v為望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)，Ni007儀器為40。代入上式可得:

在閉合水準(zhǔn)路線中，高程最弱點(diǎn)位于水準(zhǔn)路線的中央，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)路線、施測(cè)方法，最弱點(diǎn)為8號(hào)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從基準(zhǔn)點(diǎn)BM4觀測(cè)到8號(hào)沉降點(diǎn)的各期觀測(cè)均小于14站，則平差后最弱點(diǎn)高程中誤差(mr)按式(3)計(jì)算。

因此，所設(shè)計(jì)的觀測(cè)方案完全符合沉降監(jiān)測(cè)的精度要求。

5 沉降觀測(cè)及成果

從2008年9月23日至2009年2月1日，對(duì)該樓實(shí)施了16次觀測(cè)。由于開始建樓時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位沒有及時(shí)做好以及基坑回填等原因，所以在16期觀測(cè)時(shí)該樓房已經(jīng)建至18層。

在基坑回填間，1#，8#，10#沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)有多期不能觀測(cè)。從10期開始，15#沉降觀測(cè)點(diǎn)被標(biāo)志牌遮擋，不能觀測(cè)。每次觀測(cè)均計(jì)算環(huán)線的閉合差并與限差進(jìn)行比較，超限則重新觀測(cè)以確保觀測(cè)質(zhì)量。

6 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果的綜合分析

沉降規(guī)律分析研究是沉降工作必不可少的工作階段，它是(包括)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納和研究，是監(jiān)測(cè)工作的重要組成部分。規(guī)律分析應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，否則監(jiān)測(cè)就失去了意義。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)工作的真正價(jià)值在于能起到工程安全監(jiān)測(cè)和工程狀態(tài)說明或預(yù)測(cè)的作用，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，保證工程順利進(jìn)行，因此，一定要強(qiáng)調(diào)觀測(cè)資料的及時(shí)整理和分析，并由此提出工程評(píng)價(jià)，指導(dǎo)工程施工。

根據(jù)該高層住宅樓沉降點(diǎn)各期觀測(cè)結(jié)果，通過平差計(jì)算，得到沉降點(diǎn)每期觀測(cè)的高程值及觀測(cè)精度(其觀測(cè)精度符合設(shè)計(jì)要求)，計(jì)算出了每期觀測(cè)平均沉降量和平均沉降速率，繪制出了1#～15#點(diǎn)(由于篇幅問題這里只選取1#點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做成果表與沉降曲線如表2及圖2)和該高層住宅樓沉降點(diǎn)的平均沉降和平均沉降速率曲線圖(如表3及圖3)，這些圖反映了該樓體沉降的過程和速率。

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圖2 1#點(diǎn)沉降曲線

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圖3 住宅樓沉降曲線

7 結(jié)論

綜合以上分析資料及圖表，得出以下結(jié)論。

(1)該高層住宅樓變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降范圍為:－15.8～－27.6 mm(15#號(hào)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)除外)，平均沉降變化量為－21.9 mm，由沉降曲線可看出該樓基本呈均勻下沉趨勢(shì)。

(2)該樓在第11期、12期有約4 mm的沉降值，第13期又有較大回彈(約3 mm)。筆者對(duì)此3期及前后幾期數(shù)據(jù)做了認(rèn)真的檢查，也復(fù)查了基準(zhǔn)網(wǎng)，均未發(fā)現(xiàn)觀測(cè)問題。第11期、12期觀測(cè)時(shí)，正值樓體基坑回填，西安又連降大雪，溫度極低。第12期至第13期時(shí)天氣回暖。此異常可能與天氣有關(guān)。氣溫變化對(duì)銦瓦合金尺和建筑物本身都有影響，這里采用的是國(guó)產(chǎn)銦瓦合金尺，受氣溫變化影響可能較大。后來的觀測(cè)數(shù)據(jù)基本呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)。

(3)該樓在2008年11月3日到2009年2月1日之間沉降速度較快，2月1日后沉降速度放緩。

(4)從2009年6月28日封頂至今，樓房進(jìn)行內(nèi)外裝修，荷載繼續(xù)增加，樓房保持平穩(wěn)沉降趨勢(shì)。

［1］李青岳．工程測(cè)量學(xué)［M］．北京:測(cè)繪出版社，1994

［2］JGJ/78－97建筑變形測(cè)量規(guī)范［S］

［3］GB 50026－93工程測(cè)量規(guī)范［S］

［4］吳子安．建筑物變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］．北京:測(cè)繪出版社，1989

［5］苗勝軍．錦繡馨園地基沉降監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)［J］．測(cè)繪通報(bào)，2005

［6］黃騰．精密工程測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用［M］．南京:河海大學(xué)出版社，2002

［7］孫常青，王月香．沉降觀測(cè)曲線的擬合和最終沉降量的確定［J］．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2002，19(5)

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