淺談高層建筑施工過(guò)程中沉降觀測(cè)工作

呂文清

(四川省第一建筑工程公司, 四川成都 610081)

淺談高層建筑施工過(guò)程中沉降觀測(cè)工作

呂文清

(四川省第一建筑工程公司, 四川成都 610081)

通過(guò)工程實(shí)例，說(shuō)明在高層建筑施工過(guò)程中應(yīng)用沉降觀測(cè)加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過(guò)程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門(mén)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，確保工程質(zhì)量。

高層建筑； 施工； 水準(zhǔn)控制網(wǎng)； 觀測(cè)點(diǎn)； 精度； 沉降量； 觀測(cè)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，物質(zhì)文明的極大提高及建筑設(shè)計(jì)施工技術(shù)水平的日臻成熟完善，同時(shí)，也因土地資源日漸減少與人口增長(zhǎng)之間日益突出的矛盾，高層及超高層建(構(gòu))筑物越來(lái)越多。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(cè)的必要性和重要性愈加明顯。現(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)施的基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測(cè)等均應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)。特別在高層建筑物施工過(guò)程中應(yīng)用沉降觀測(cè)加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過(guò)程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門(mén)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。根據(jù)筆者在高層建筑施工過(guò)程中沉降觀測(cè)的應(yīng)用，在此對(duì)高層建筑施工過(guò)程中沉降觀測(cè)工作淺談管窺之見(jiàn)。

1 沉降觀測(cè)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(cè)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1/10～1/20，為此要求沉降觀測(cè)應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀(S1或S05級(jí))，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)的要求是必須接受專業(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(cè)量理論，能針對(duì)不同工程特點(diǎn)、具體情況采用不同的觀測(cè)方法及觀測(cè)程序，對(duì)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠會(huì)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(shí)、快速、精確地完成每次觀測(cè)任務(wù)。

1.2 觀測(cè)時(shí)間的要求

建(構(gòu))筑物的沉降觀測(cè)對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測(cè)必須按時(shí)進(jìn)行，否則沉降觀測(cè)得不到原始數(shù)據(jù)，而使整個(gè)觀測(cè)得不到完整的觀測(cè)記錄。其他各階段的復(fù)測(cè)，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時(shí)進(jìn)行，不得漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)。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(shí)間間隔稱為一個(gè)觀測(cè)周期，一般高層建筑物的沉降觀測(cè)按一定的時(shí)間段為一觀測(cè)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(cè)周期，無(wú)論采取何種方式都必須按施測(cè)方案中規(guī)定的觀測(cè)周期準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行。

1.3 觀測(cè)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(cè)點(diǎn)要埋設(shè)在最能反映沉降特征且便于觀測(cè)的位置。一般要求建筑物上設(shè)置的沉降觀測(cè)點(diǎn)縱橫向要對(duì)稱，且相鄰點(diǎn)之間間距以15～30 m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(mén)的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖。

再就是，埋設(shè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)要符合各施工階段的觀測(cè)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(cè)點(diǎn)，不能連續(xù)觀測(cè)而失去觀測(cè)意義。

1.4 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(shuō)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)境條件基本一致；觀測(cè)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(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)。

1.5 施測(cè)要求

觀測(cè)人員對(duì)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)法定計(jì)量單位予以鑒定。連續(xù)使用3～6個(gè)月重新對(duì)所用儀器、設(shè)備進(jìn)行檢校。

在觀測(cè)過(guò)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)，做到點(diǎn)點(diǎn)有校對(duì)、步步有核準(zhǔn)。

1.6 沉降觀測(cè)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(cè)精度的等級(jí)。在沒(méi)有特殊要求情況下，一般的高層建(構(gòu))筑物施工過(guò)程中，采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法就能滿足沉降觀測(cè)的要求。在成都市錦江區(qū)婦幼保健院改建工程施工過(guò)程中就采用二等水測(cè)量的觀測(cè)方法。

各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)要求見(jiàn)表1、表2。

表1 變形水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距差、視線高度 m

表2 變形水準(zhǔn)觀測(cè)的限差

1.7 沉降觀測(cè)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(cè)量規(guī)范的要求，依據(jù)正確，嚴(yán)謹(jǐn)有序，步步校核，結(jié)果數(shù)據(jù)有效的原則進(jìn)行成果整理及計(jì)算。

2 施測(cè)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(chǎng)的環(huán)境條件制訂測(cè)量施測(cè)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(cè)量施測(cè)方案和布網(wǎng)原則的要求建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)。要求為：

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

(2)在場(chǎng)區(qū)內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，并且場(chǎng)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(kāi)挖、地面沉降和震動(dòng)區(qū)范圍之外，水準(zhǔn)點(diǎn)的埋深要符合二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求(大于1.5 m) 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(cè)，平差計(jì)算出各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

2.2 建立固定的觀測(cè)路線

由場(chǎng)區(qū)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，依據(jù)沉降觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)要求或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的沉降觀測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)圖，確定沉降觀測(cè)點(diǎn)的位置。在控制點(diǎn)與沉降觀測(cè)點(diǎn)之間建立固定的觀測(cè)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(cè)均沿統(tǒng)一路線。

2.3 沉降觀測(cè)

根據(jù)編制的工程施測(cè)方案及確定的觀測(cè)周期，首次觀測(cè)應(yīng)在觀測(cè)點(diǎn)安穩(wěn)固后及時(shí)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(cè)應(yīng)自基礎(chǔ)開(kāi)始，在基礎(chǔ)的縱橫軸線上(基礎(chǔ)周邊)按設(shè)計(jì)好的位置埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)(臨時(shí)的)，等臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固好，進(jìn)行首次觀測(cè)。

首次觀測(cè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)高程值是以后各次觀測(cè)用以比較(比對(duì))的基準(zhǔn)，其精度要求非常高，施測(cè)時(shí)一般用N2或N3級(jí)精密水準(zhǔn)儀。并且要求每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)首次高程應(yīng)在同期觀測(cè)兩次后決定。

隨著結(jié)構(gòu)每升高一層，臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)移上一層并進(jìn)行觀測(cè)直到+0.00再按規(guī)定埋設(shè)永久觀測(cè)點(diǎn)(為便于觀測(cè)可將永久觀測(cè)點(diǎn)設(shè)于+500 mm)。然后每施工一層復(fù)測(cè)一次，直至竣工。

2.4 沉降量的確定

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

某個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的每周期沉降量： △c=Hh，I—Hn，I-1，N表示某個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；I表示觀測(cè)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(cè)點(diǎn)號(hào)。

2.5 統(tǒng)計(jì)表匯總

(1)根據(jù)各觀測(cè)周期平差計(jì)算的沉降量，列統(tǒng)計(jì)表，進(jìn)行匯總。沉降記錄內(nèi)容參見(jiàn)表3。

(2)繪制各觀測(cè)點(diǎn)的下沉曲線。首先建立下沉曲線坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為時(shí)間坐標(biāo)，縱坐標(biāo)上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測(cè)周期的沉降量。 將統(tǒng)計(jì)表中各觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的觀測(cè)周期所測(cè)得沉降量畫(huà)于坐標(biāo)中，并將相應(yīng)的荷載值也畫(huà)于坐標(biāo)中，連線，就得到對(duì)應(yīng)于荷載值的沉降曲線(圖1)。

圖1 沉降曲線與荷載關(guān)系

(3)根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，可以預(yù)測(cè)建筑物的沉降趨勢(shì)，將建筑物的沉降情況及時(shí)的反饋到有關(guān)主管部門(mén)，正確地指導(dǎo)施工。特別對(duì)在沉陷性較大的地基上重要建筑物的不均勻沉降的觀測(cè)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

式中：△Cm、△Cn分別為m、n點(diǎn)的總沉降量；Lmn為m、n點(diǎn)的距離。

表3 沉降觀測(cè)記錄

對(duì)沉降觀測(cè)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(cè)中的注意事項(xiàng)

(1)嚴(yán)格按測(cè)量規(guī)范的要求施測(cè)。

(2)前后視觀測(cè)最好用同一水平尺。

(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)時(shí)要避免陽(yáng)光直射，且各觀測(cè)環(huán)境基本一致。

(5)成像清晰、穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)。

(6)隨時(shí)觀測(cè)，隨時(shí)檢核計(jì)算，觀測(cè)時(shí)要一氣呵成。

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

(8)將各次所觀測(cè)沉降情況及時(shí)反饋有關(guān)部門(mén)，當(dāng)建筑物每天(24 h)連續(xù)沉降量超過(guò)1 mm時(shí)應(yīng)停止施工，會(huì)同有關(guān)部門(mén)采取應(yīng)急措施。

3 探討的兩個(gè)問(wèn)題

(1)確定建筑物沉降觀測(cè)精度的合理性。

由于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)施工單位施工過(guò)程的沉降觀測(cè)要求不明朗，這對(duì)施工單位在建筑物沉降觀測(cè)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(cè)成敗。對(duì)沉降觀測(cè)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(wú)謂的浪費(fèi)，也要保證觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。筆者認(rèn)為一般高層及重要的建(構(gòu))筑物在首次觀測(cè)過(guò)程中適用精密儀器的設(shè)備(高級(jí)水準(zhǔn)儀、鋁合金尺等)在±0．00以上部分按二等以上水準(zhǔn)測(cè)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(cè)，也可以測(cè)出較理想的結(jié)果。

(2)在沉降觀測(cè)過(guò)程中，沉降量與時(shí)間關(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(cè)出現(xiàn)回升，而以后各次觀測(cè)又逐漸下降。可能是首次觀測(cè)精過(guò)低，若回升超過(guò)5 mm時(shí)，第一次觀測(cè)作廢，若回升5 mm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(cè)點(diǎn)被碰動(dòng)所致且水準(zhǔn)點(diǎn)碰動(dòng)后標(biāo)高低于碰前標(biāo)高，觀測(cè)點(diǎn)碰后高于碰前。

處理措施：取相鄰另一觀測(cè)點(diǎn)的相同期間沉降量作為被碰觀測(cè)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(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)符合測(cè)量，確定下沉重。

[1] GB 50026—2007工程測(cè)量規(guī)范[S]

[2] JGJ 8—2007建筑變形測(cè)量規(guī)范[S]

[3] 楊澤.高層建筑沉降觀測(cè)淺析 [J].城市建設(shè)理論研究，2012，(34)

呂文清 (1965～)，男，本科，高級(jí)工程師，主要從事施工技術(shù)管理工作。

TU433

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[定稿日期]2014-09-19