淺談高層建筑中沉降觀測(cè)精度的控制

黃慶科

（茂名市建筑集團(tuán)有限公司，廣東 茂名 525000）

本世紀(jì)初我國(guó)成功建立GIS，使得我國(guó)的工程測(cè)量技術(shù)開始進(jìn)入現(xiàn)代化時(shí)代。沉降觀測(cè)一直以來(lái)作為工程測(cè)量學(xué)的重要內(nèi)容，其主要目的是通過(guò)對(duì)建筑物沉降情況，判斷其工程設(shè)計(jì)施工是否科學(xué)合理。對(duì)于高層建筑沉降觀測(cè)精度要求就更為準(zhǔn)確，保持觀測(cè)的精度可以有效提高高層建筑的穩(wěn)定性。

1 沉降觀測(cè)方式與精度要求

1.1 沉降觀測(cè)方式

沉降觀測(cè)的基礎(chǔ)依據(jù)是水準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)。首先，水準(zhǔn)點(diǎn)基點(diǎn)就是沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，其布設(shè)構(gòu)造和埋設(shè)必須具有長(zhǎng)久穩(wěn)定性，必要時(shí)應(yīng)將其設(shè)定在監(jiān)測(cè)建筑物下沉影響區(qū)之外。其次，水準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)要基于測(cè)定其高程，水準(zhǔn)點(diǎn)高程的制定可以依據(jù)國(guó)家相關(guān)的水準(zhǔn)點(diǎn)或者自行假設(shè)。再次，將水準(zhǔn)點(diǎn)以閉合水準(zhǔn)路線的形式呈現(xiàn)，或者直接進(jìn)行有效的往返測(cè)量，這里使用DSI精密水準(zhǔn)儀與精密水準(zhǔn)尺作為測(cè)量用具。注意高差和閉合差必須要小于mm，其中n是測(cè)點(diǎn)數(shù)。最后，當(dāng)準(zhǔn)確多次觀測(cè)求出觀測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的高程變化量，得出建筑物相應(yīng)的沉降量。

1.2 沉降觀測(cè)精度要求

首先，一般情況下沉降觀測(cè)精度要求以DS3水準(zhǔn)儀做準(zhǔn)，針對(duì)大型建筑、重要建筑、高層建筑，應(yīng)使用DSI精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量；其次，為保證精度的準(zhǔn)確性，觀測(cè)時(shí)視線長(zhǎng)度不會(huì)大于50m，使用統(tǒng)一水準(zhǔn)尺，保持前、后視距距離相等；再次，先后視水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)接于前視中各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；最后，重現(xiàn)后視水準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)注意前、后水準(zhǔn)點(diǎn)兩次不同的觀測(cè)讀數(shù)之差不應(yīng)超過(guò) mm。

2 影響高層建筑中沉降觀測(cè)精度控制的主要因素

2.1 儀器觀測(cè)誤差

高層建筑沉降觀測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差會(huì)影響精確度，主要有以下四個(gè)方面：水準(zhǔn)氣泡居中位時(shí)出現(xiàn)的誤差、水準(zhǔn)尺估讀出現(xiàn)讀數(shù)誤差、視覺(jué)誤差、水準(zhǔn)尺傾斜。儀器誤差是直接影響精度的原因之一，常見(jiàn)的儀器誤差主要包括儀器校正后的殘余誤差和水準(zhǔn)尺誤差兩種。一方面，儀器無(wú)法達(dá)到理論上完全精準(zhǔn)，儀器即使在校正后還有殘余誤差，由于誤差影響和距離是成正比情況的，可以通過(guò)觀測(cè)使用時(shí)注意觀測(cè)前、后視距離的方法，降低誤差程度。

2.2 外界條件

主要影響高層建筑沉降觀測(cè)精度的外界原因如下：首先，觀測(cè)過(guò)程比較長(zhǎng)久，在漫長(zhǎng)觀測(cè)過(guò)程中無(wú)法保證儀器在穩(wěn)定的位置，就無(wú)法得到精確的數(shù)據(jù)。當(dāng)儀器隨著觀測(cè)點(diǎn)下沉的同時(shí)，觀測(cè)點(diǎn)的視線和視角都會(huì)發(fā)生很大改變，如果忽視儀器下沉問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差。可按后、前、前、后這個(gè)順序進(jìn)行觀測(cè)，有效規(guī)避誤差發(fā)生的可能。其次，出現(xiàn)轉(zhuǎn)點(diǎn)尺墊下沉，就意味著下一站的后視讀數(shù)會(huì)提升影響精確度，可使用往返觀測(cè)取成果中數(shù)的方法，提高精確度。最后，大自然對(duì)精度的影響，主要包括地球曲率、大氣折光、溫度等。由于大自然的不可抗拒性，溫度變化引起大氣折光，當(dāng)日照對(duì)水準(zhǔn)管照射到一定程度時(shí)，水準(zhǔn)管會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部溫度升高的情況，氣泡自然想溫度高的一側(cè)移動(dòng)影響精度。在觀測(cè)過(guò)程中，要適時(shí)進(jìn)行折光活動(dòng)。

3 高層建筑中沉降觀測(cè)精度控制策略

3.1 準(zhǔn)確布設(shè)水準(zhǔn)基點(diǎn)和建立完善水準(zhǔn)網(wǎng)

高層建筑水準(zhǔn)基點(diǎn)和水準(zhǔn)網(wǎng)的建設(shè)尤為重要。水準(zhǔn)基點(diǎn)作為長(zhǎng)久固定不變的沉降觀測(cè)高程基點(diǎn)特定的水準(zhǔn)點(diǎn)，它是監(jiān)測(cè)高層建筑地基和其變形深基坑的的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。由于三個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)在設(shè)置是作為一個(gè)小組出現(xiàn)的，每一個(gè)小組水準(zhǔn)點(diǎn)中心要設(shè)置固定測(cè)站，可以在為方便測(cè)定三點(diǎn)的準(zhǔn)確高差，在布置設(shè)計(jì)過(guò)程中注意以下幾點(diǎn)：首先，充分考量監(jiān)測(cè)精度，網(wǎng)形是較為科學(xué)的布設(shè)方法，可以降低監(jiān)測(cè)環(huán)路。其次，合理設(shè)置高程起算點(diǎn)，可以通過(guò)在整個(gè)網(wǎng)中，設(shè)計(jì)鋪埋四個(gè)深度完整的的水準(zhǔn)基點(diǎn)，其他鋪埋一般地下點(diǎn)和墻壁點(diǎn)。在觀測(cè)中，優(yōu)先選擇穩(wěn)定性高的點(diǎn)，作為水準(zhǔn)線路基點(diǎn)和水準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)和平差。再次，水準(zhǔn)點(diǎn)必須根據(jù)建筑場(chǎng)區(qū)實(shí)際情況，設(shè)置較為明顯安全的地點(diǎn)。通過(guò)情況下水準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)會(huì)在監(jiān)測(cè)的高層建筑之間距離不得小于30m，埋深在凍土線下半米位置，如在墻體上設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)保持其永久性，并離開地面半米高。埋設(shè)在非變形區(qū)域外，不受工程影響。如監(jiān)測(cè)單棟高層建筑，要不是三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)以上，針對(duì)大于5000m2以上的高層建筑，應(yīng)在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加水準(zhǔn)基點(diǎn)數(shù)量，可以有效挺高觀測(cè)精度。最后，應(yīng)根據(jù)高層建筑所在地區(qū)地質(zhì)環(huán)境、氣候條件、工程進(jìn)度等情況，對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)志進(jìn)行改造。由于高層建筑不同于一般建筑物，應(yīng)根據(jù)高精度變形觀測(cè)情況，設(shè)計(jì)出專門合適建筑的水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)志，滿足高層建筑的的特殊需要，提高觀測(cè)精度。

3.2 準(zhǔn)確布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在很大程度上，直接反應(yīng)出變形物的特征。為提高沉降建筑的精確性，要對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置和數(shù)量做統(tǒng)一細(xì)節(jié)規(guī)劃，必須對(duì)高層建筑物的大小、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、支護(hù)形式、地質(zhì)環(huán)境、基坑環(huán)境的那個(gè)因素進(jìn)行考慮。可以通過(guò)以下方法進(jìn)行布設(shè)：第一，充分考慮施工中和施工后順利觀測(cè)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定在深基坑及其下沉變化明顯的地方；第二，考慮深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行布設(shè)，通常可以在鎖口梁，以10m到15m之間為一個(gè)點(diǎn)，特別要注意在陽(yáng)角位置和原建筑距離基坑近位置加密布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；第三，考慮新舊建筑之間環(huán)境問(wèn)題，特別是低層建筑對(duì)高層建筑的影響、新高層建筑和原高層建筑之間的影響。要在建筑連接處和連接處兩側(cè)鋪設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；第四，在震動(dòng)中心假設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，例如，高層建筑中煙囪位置，最少不低于3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；第五，依據(jù)高層建筑的基礎(chǔ)形式，當(dāng)基土情況不平均，可以對(duì)土壓縮厚度變化情況適當(dāng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置；第六，當(dāng)高層建筑寬度大于15m，應(yīng)設(shè)立內(nèi)墻體監(jiān)測(cè)標(biāo)識(shí)，特別是在承重墻上布設(shè)縱橫線，并給監(jiān)測(cè)標(biāo)識(shí)留有空間，保持測(cè)量工具的使用；第七，在大型重型機(jī)械附近，要跟前機(jī)械的實(shí)際情況，對(duì)堆荷位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3 準(zhǔn)確制定沉降觀測(cè)周期

沉降觀測(cè)具有周期性，在高層建筑施工期間通常不能少于四次。高層建筑物在正是投入使用之前，觀測(cè)周期要依據(jù)具體沉降值進(jìn)行分析，通常每3個(gè)月1次，直至沉降穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)生特別情況時(shí)候，要根據(jù)情況具體分析進(jìn)行觀測(cè)。通常情況下可以采用以下情況進(jìn)行確定：首先，由于鎖口梁會(huì)跟隨深基坑開挖發(fā)生較大的水平移動(dòng)，在個(gè)時(shí)期的觀測(cè)時(shí)間一般為1到2天觀測(cè)1次，澆筑地下室期間需要3到4天觀測(cè)1次，當(dāng)發(fā)生暴雨等情況時(shí)，要加密觀測(cè)；其次，高層建筑沒(méi)安裝完成一層樓應(yīng)觀測(cè)1次，結(jié)構(gòu)完全封頂以后兩個(gè)月需觀測(cè)1次，房屋完工后需在正是交付前進(jìn)行觀測(cè)。最后，如高層樓房設(shè)計(jì)中荷重有所要求，需在荷重添加后進(jìn)行觀測(cè)。

綜上所述，針對(duì)高層建筑沉降觀測(cè)中精度的有效控制，是一項(xiàng)長(zhǎng)期系統(tǒng)全面的工程。通過(guò)對(duì)高層建筑沉降的觀測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑的異常情況，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，可以有效降低經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)工程測(cè)量學(xué)的快速發(fā)展，沉降觀測(cè)技術(shù)也會(huì)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，有理由相信高層建筑沉降觀測(cè)的精度會(huì)愈來(lái)愈高。

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