現(xiàn)代高層建筑物沉降觀測(cè)方法

余新梅

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030013)

建筑物沉降觀測(cè)是建筑物變形監(jiān)測(cè)中一項(xiàng)重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。在許多規(guī)范中又被稱(chēng)為“垂直位移監(jiān)測(cè)”，沉降觀測(cè)主要突出了垂直方向上的變形特征和過(guò)程。建筑物沉降原因有多種，主要原因有:地基土力學(xué)性質(zhì)、地基處理方式、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及上部結(jié)構(gòu)形式[1]。由于現(xiàn)代建筑物形式多樣化，樓層高度不斷攀升，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜;因此現(xiàn)代建筑物的沉降觀測(cè)越來(lái)越重要。沉降觀測(cè)是建筑物變形監(jiān)測(cè)的主要方式之一，它是通過(guò)對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)定期監(jiān)測(cè)高程，由被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程變化計(jì)算累計(jì)沉降量、沉降差、沉降速率，據(jù)此推斷沉降變形對(duì)建筑物的破壞影響程度，為建筑物整體穩(wěn)定性狀況進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)。沉降觀測(cè)方法有多種，目前以精密水準(zhǔn)測(cè)量為主。沉降觀測(cè)時(shí)，將沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在能反映建筑物沉降變化的位置，沉降觀測(cè)所用的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)一般選址在沉降影響范圍之外，由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)定期對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，通過(guò)觀測(cè)點(diǎn)高程變化分析建筑物的沉降情況。

1 現(xiàn)代建筑物沉降觀測(cè)的程序和步驟

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)埋石與監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)志

采用精密水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行沉降觀測(cè)，沉降監(jiān)測(cè)的測(cè)量點(diǎn)分為水準(zhǔn)基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩種。按照建筑變形測(cè)量規(guī)范要求，對(duì)沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行埋設(shè)。對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，可以就地取材，按照規(guī)范要求進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)埋石。其中深埋鋼管水準(zhǔn)基點(diǎn)埋石如圖1所示。沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在建筑物重要結(jié)構(gòu)位置，如承重柱或承重墻基礎(chǔ)位置。所埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)志規(guī)格如圖2所示?；鶞?zhǔn)點(diǎn)要設(shè)在沉降影響之外，一般會(huì)避開(kāi)地基開(kāi)挖處、地面沉降區(qū)和震動(dòng)區(qū)，基準(zhǔn)點(diǎn)埋深至少要符合二等水準(zhǔn)測(cè)量要求[2]。

1.2 建立固定的觀測(cè)路線

現(xiàn)代建筑物施工過(guò)程較為復(fù)雜，堆料及施工人員容易干擾建筑物的沉降觀測(cè)，因此固定優(yōu)化的觀測(cè)路線尤其重要。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件以及基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)位置制定出水準(zhǔn)觀測(cè)路線。規(guī)范要求在高層建筑物周?chē)辽賾?yīng)布設(shè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，間距不應(yīng)大于100 m;在觀測(cè)過(guò)程中，區(qū)域內(nèi)架設(shè)儀器應(yīng)能后視到兩個(gè)或兩個(gè)以上水準(zhǔn)點(diǎn)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)閉合水準(zhǔn)路線優(yōu)于其他形式，多選擇閉合水準(zhǔn)路線以便檢校。為保證各次觀測(cè)質(zhì)量均沿統(tǒng)一路線，因此在基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)之間建立固定的觀測(cè)路線，并標(biāo)記好儀器站點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

圖1 沉降觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)埋石示意圖（單位：mm）

圖2 沉降觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志圖（單位：mm）

1.3 沉降觀測(cè)的外業(yè)實(shí)施

沉降觀測(cè)一般是周期性的觀測(cè)，整個(gè)周期大約維持3年～4年;根據(jù)監(jiān)測(cè)的建筑物施工階段，觀測(cè)周期也不同。在建筑物基礎(chǔ)開(kāi)始時(shí)應(yīng)進(jìn)行首次觀測(cè)，對(duì)基礎(chǔ)的縱橫軸線上埋設(shè)好的沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。首次監(jiān)測(cè)的結(jié)果是整個(gè)沉降觀測(cè)的關(guān)鍵，后期的所有觀測(cè)數(shù)據(jù)都要與首期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，直至整個(gè)過(guò)程結(jié)束。因此，首期觀測(cè)精度要求較高，一般采用精密電子水準(zhǔn)儀，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)首次高程一般同期觀測(cè)2次～3次后確定。在建筑物施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)每升高一層，沉降觀測(cè)盡量緊跟觀測(cè)一次。若建筑物施工均勻增高，應(yīng)至少在增加荷載的25%，50%，75%和100%時(shí)各測(cè)一次，施工過(guò)程中若暫時(shí)停工，在停工時(shí)及重新開(kāi)工時(shí)應(yīng)各觀測(cè)一次。停工期間可每隔2個(gè)月～3個(gè)月觀測(cè)一次。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)

沉降觀測(cè)過(guò)程中記錄各次觀測(cè)值，整理檢查無(wú)誤后進(jìn)行平差計(jì)算，以每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的高程值作為最終結(jié)果。若使用電子精密水準(zhǔn)儀，可以利用電子儀器自動(dòng)記錄的功能進(jìn)行保存原始數(shù)據(jù)，每測(cè)一次導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。電子精密水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)可以通過(guò)平差軟件進(jìn)行結(jié)果輸出，使效率大大提高，避免人為計(jì)算誤差。通過(guò)平差后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)報(bào)，規(guī)范要求最終應(yīng)提交時(shí)間—荷載—沉降量曲線圖和等沉降曲線圖，這兩幅圖應(yīng)根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)的沉降情況繪出;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是匯總各點(diǎn)周期平差計(jì)算的沉降量，然后根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，對(duì)建筑物的沉降趨勢(shì)進(jìn)行分析，將建筑物的沉降預(yù)計(jì)情況及時(shí)反饋給相關(guān)負(fù)責(zé)部門(mén)。

2 現(xiàn)代建筑物沉降觀測(cè)的保障條件

1)精密的測(cè)量?jī)x器。沉降觀測(cè)屬于高精度觀測(cè)，為能精確地反映出建構(gòu)筑物在加載作用下的沉降情況，一般規(guī)定測(cè)量的誤差應(yīng)小于變形值的0.05～0.1，故規(guī)范要求沉降觀測(cè)應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀?，F(xiàn)代電子水準(zhǔn)儀可以滿足以上需要，例如天寶的DINI03，徠卡的DNA都是高精度電子水準(zhǔn)儀，每千米往返中誤差可達(dá)±0.3 mm，水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)配套的高精度銦合金條碼水準(zhǔn)尺。在首次觀測(cè)前要對(duì)儀器各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)校正，包括軸系、成像各方面要求。測(cè)繪管理?xiàng)l例要求高精度儀器每年應(yīng)經(jīng)計(jì)量單位鑒定。日常使用儀器應(yīng)由專(zhuān)人保管并負(fù)責(zé)定期檢校。

2)專(zhuān)業(yè)的測(cè)量人員。測(cè)量人員必須接受專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)，主要測(cè)量人員應(yīng)取得測(cè)量員資格證書(shū)。測(cè)量人員能熟練掌握儀器，熟悉測(cè)量理論;有一定的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，明白各施工階段的內(nèi)容，能針對(duì)不同施工階段的需求，合理安排觀測(cè)時(shí)間及觀測(cè)程序。

3)合理的觀測(cè)時(shí)間。高層建筑物在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開(kāi)始觀測(cè)，首次觀測(cè)是整個(gè)觀測(cè)過(guò)程的重點(diǎn)，首次觀測(cè)結(jié)果將會(huì)影響整個(gè)沉降過(guò)程甚至導(dǎo)致整個(gè)觀測(cè)無(wú)效。建筑物的各階段的復(fù)測(cè)也根據(jù)施工情況定時(shí)進(jìn)行，合理安排觀測(cè)時(shí)間才能準(zhǔn)確的反映沉降情況。另外，觀測(cè)周期嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，一般高層建筑物的沉降觀測(cè)周期約為每月1次;或按建筑物的加載情況，每升高一層(或數(shù)層)為一觀測(cè)周期。

4)嚴(yán)格的等級(jí)要求。根據(jù)工程需要，沉降觀測(cè)精度共分為四個(gè)等級(jí)。一等適用于變形特別敏感的高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑、精密工程設(shè)施;二等適用于變形比較敏感的高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、古建筑、重要工程設(shè)施;三等適用于一般性高層建筑、工業(yè)建筑、高聳構(gòu)筑物、滑坡監(jiān)測(cè);四等適用于觀測(cè)精度要求不高的建筑物、滑坡監(jiān)測(cè)。

3 現(xiàn)代建筑物沉降觀測(cè)注意事項(xiàng)

現(xiàn)代建筑物施工過(guò)程周期長(zhǎng)，而且工程繁瑣;因此對(duì)沉降觀測(cè)提出較高的要求:1)合理規(guī)劃沉降觀測(cè)工作，制定明確的觀測(cè)方案和計(jì)劃;2)根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行合理布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn);3)各次觀測(cè)必須按照固定的觀測(cè)路線進(jìn)行;4)觀測(cè)過(guò)程中固定測(cè)量人員和儀器設(shè)備，設(shè)備做定期檢查和檢校;5)電子儀器設(shè)備應(yīng)由相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存檔，數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)不可更改;6)相關(guān)分析軟件應(yīng)有專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分析廠商提供，分析結(jié)果應(yīng)及時(shí)匯報(bào)相關(guān)部門(mén)。

4 總結(jié)及展望

1)建筑物沉降觀測(cè)是一項(xiàng)特殊測(cè)量工作，工作特點(diǎn)是過(guò)程繁瑣、要求精密、連續(xù)性較強(qiáng)、要求認(rèn)真對(duì)待，另外，沉降觀測(cè)要求高精度測(cè)量?jī)x器、熟練負(fù)責(zé)任的工作人員、嚴(yán)格要求的施測(cè)程序。

沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)是施工及后期階段實(shí)際沉降量的匯總，能夠反映建筑物各階段沉降變化情況并預(yù)計(jì)沉降趨勢(shì)。雖然沉降觀測(cè)設(shè)計(jì)與實(shí)施階段都做了相應(yīng)要求，但是實(shí)際觀測(cè)量與提供的理論預(yù)留沉降量有偏差，其主要原因是理論計(jì)算假設(shè)條件較為理想，很多時(shí)候與施工條件相差較大，施測(cè)階段各種不可預(yù)計(jì)的因素導(dǎo)致偏差較大。2)隨著科技的發(fā)展，許多新的儀器設(shè)備在沉降觀測(cè)中得到推廣應(yīng)用。目前，在許多重要建筑物中已應(yīng)用了靜力水準(zhǔn)儀、垂直位移監(jiān)測(cè)傳感器等，另外，還有全站儀、GPS等設(shè)備在這方面的應(yīng)用研究。這些設(shè)備的應(yīng)用雖然可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，也為現(xiàn)代建筑物沉降觀測(cè)提供了新的思路，但考慮到設(shè)備投入維護(hù)費(fèi)用，以及精度穩(wěn)定性等方面的影響，以上方法仍在研究發(fā)展階段。

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