高層建筑沉降觀測技術(shù)及數(shù)據(jù)分析探討

鐘曉霞　許武成　劉承栩

【摘 要】為了對建筑的安全性能提供嚴(yán)格保障，產(chǎn)生了針對高層建筑物的變形觀測。不管是在高層建筑施工的準(zhǔn)備期、施工期還是運(yùn)營期，變形觀測中的沉降觀測對建筑本身建設(shè)的安全性、穩(wěn)定性都有著舉足輕重的作用。沉降觀測也成為施工生產(chǎn)中的必要生產(chǎn)項(xiàng)目，是高精度、高質(zhì)量的高層建筑的安全前提。本文重點(diǎn)闡述了高層建筑物沉降觀測中精密水準(zhǔn)測量的原理和方法，并對觀測期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)給予了分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；沉降觀測；水準(zhǔn)測量；數(shù)據(jù)處理

0 引言

伴隨社會不斷的進(jìn)步和物質(zhì)需求與精神文明的逐步提高以及日臻成熟和完善的建筑施工技術(shù)水平[1]，同時，也因日益增多的人口與土地資源的矛盾，高層建筑物越來越多[2]。

為了對建筑的安全性能提供嚴(yán)格保障，產(chǎn)生了針對高層建筑物的變形觀測。所謂建筑物的變形觀測就是對建筑物本身的水平位移觀測、沉降觀測、傾斜觀測等等。沉降觀測的意義是：能夠有效的為工程施工質(zhì)量和地基基礎(chǔ)設(shè)計質(zhì)量的評估提供依據(jù)，并能及時的反映出建筑體建造過程中隨著負(fù)荷的增加，和地基附加壓力的增大，其豎向壓縮變形的沉降從零開始直至沉降穩(wěn)定的變化情況。因此，工程施工過程中對建筑物進(jìn)行沉降觀測[4]，具有非常重要的作用。

1 沉降觀測原理與方法

1.1 建筑物沉降的原因

1.1.1 施工誤差引起的變形

在建筑物的施工過程中，出現(xiàn)因施工誤差而造成建筑物的荷載分布與預(yù)計分布不均勻的情況是不可避免的，這種細(xì)微的差錯就會導(dǎo)致建筑發(fā)生形變[5]。

1.1.2 建筑物的合理變形

在建筑物施工和運(yùn)營階段，其自身結(jié)構(gòu)形態(tài)造成荷載分布不均勻會導(dǎo)致建筑物發(fā)生形變。

1.1.3 外部因素

隨著建筑物的建設(shè)，由于建筑物的荷載不斷增加，其地基土在壓力的作用下被不斷壓實(shí)，體積縮小，從而引起建筑的沉降變形。

1.2 沉降觀測原理

沉降觀測（亦稱沉陷觀測）是變形觀測中用得最多的，它是指對所設(shè)置的觀測點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)的垂直位移觀測，根據(jù)工程特點(diǎn)分階段地得出沉降觀測成果，據(jù)此推斷或驗(yàn)證工程實(shí)施的可靠程度[6]。

變形觀測中沉降觀測極為重要。沉降觀測作業(yè)簡單但精度要求高，它不僅能提供沉降量，還可以推算建筑物的傾斜以及水平構(gòu)件的撓度等。工程建筑物從施工開始到竣工，以及建成運(yùn)營后很長一段時間，沉降是不可避免的。沉降在一定的限度之內(nèi)屬正?，F(xiàn)象，但一旦超過某一限度[7]，就會危及建筑物的安全。

1.3 沉降觀測方法

沉降觀測的方法有：水準(zhǔn)測量方法、三角高程測量方法、數(shù)字?jǐn)z影測量方法、InSAR方法、GPS方法、地面沉降監(jiān)測站（基巖標(biāo)和分層標(biāo)組）、地下水動態(tài)監(jiān)測等[8]。

2 高層建筑沉降觀測實(shí)例

2.1 工程概況

該項(xiàng)目占地面積為67854.09m2，建筑結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地基類型為樁基基礎(chǔ)。建筑設(shè)計單位為西南設(shè)計院，建筑施工單位為成都建工5公司；設(shè)計用途為住宅，層數(shù)為25。

2.2 觀測點(diǎn)的布設(shè)和觀測

2.2.1 觀測點(diǎn)的布設(shè)

在建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角及建筑物的外墻每10-20m處或每隔2-3根柱基上布設(shè)沉降觀測點(diǎn)。同時在高低建筑物、縱橫墻交界處、建筑物裂縫或沉降縫兩側(cè)、框架結(jié)構(gòu)建筑物部分基柱上設(shè)置觀測點(diǎn)。間距大約15m，地質(zhì)復(fù)雜以及膨脹土質(zhì)的建筑物，在承重內(nèi)隔墻中部設(shè)內(nèi)墻點(diǎn)。片伐基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)底板或接近基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)部分之四角處及中部位置設(shè)置觀測點(diǎn)。

根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)吃力層特點(diǎn)，擬在建筑物主題布設(shè)12個沉降觀測點(diǎn)，如圖1所示：

2.2.2 沉降觀測

采用天寶生產(chǎn)的DINI03電子水準(zhǔn)儀及相應(yīng)的銦瓦水準(zhǔn)尺和尺墊按照二級水準(zhǔn)觀測精度，從基準(zhǔn)點(diǎn)開始組成閉合、附合或結(jié)合水準(zhǔn)路線進(jìn)行觀測。

2.2.3 沉降觀測的周期

施工過程中3#樓每3層觀測1次，封頂后每2-3個月觀測1次，在主體竣工驗(yàn)收（靜荷載加載完畢）時如沉降數(shù)據(jù)達(dá)到《建筑變形測量規(guī)程》規(guī)定的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，可停止觀測，否則應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行觀測工作，直至達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為止。

3 沉降觀測數(shù)據(jù)綜合分析

圖2詳細(xì)記錄了從第1期到第12期的各個觀測點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，從表中可以看出隨著建筑物的逐漸修建過程中，各個觀測點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)的值是在成逐漸減小的趨勢，說明建筑體在發(fā)生沉降變化，也說明整個建筑的變化狀態(tài)是符合理論實(shí)際研究的。

曲線在首次觀測后即發(fā)生回升現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，一方面，可能是初測精度不高；另一方面，也可能是施工區(qū)內(nèi)降水變化引起的；如果是施工區(qū)內(nèi)降水變化引起的，則屬正常現(xiàn)象。如果是因?yàn)槌鯗y精度不高所引起的，曲線回升超過5mm，應(yīng)將第一次觀測成果作廢，而采用第二次觀測成果作為首測成果，如曲線回升在5mm之內(nèi)，則可調(diào)整初測標(biāo)高與第二次觀測標(biāo)高一致。

曲線的波浪起伏現(xiàn)象。曲線在后期呈現(xiàn)波浪起伏現(xiàn)象，此現(xiàn)象在沉降觀測中最常遇到，常常是測量誤差所造成的。曲線在前期波浪起伏所以不突出，是因建筑物下沉量大于測量誤差之故，但到后期，由于建筑物下沉極微或已接近穩(wěn)定，因此在曲線上就出現(xiàn)測量誤差比較突出的現(xiàn)象。處理這種現(xiàn)象時，應(yīng)根據(jù)整個情況進(jìn)行分析，決定自某點(diǎn)起，將波浪形曲線改成水平線。

曲線自某點(diǎn)起漸漸回升。產(chǎn)生此種現(xiàn)象一般是由于水準(zhǔn)點(diǎn)下沉所致，水準(zhǔn)點(diǎn)是逐漸下沉的，而且沉降較小，但建筑物初期沉降量較大，即當(dāng)建筑物沉降量大于水準(zhǔn)點(diǎn)沉降量時，曲線不發(fā)生回升，到了后期，建筑物下沉逐漸穩(wěn)定，如水準(zhǔn)點(diǎn)繼續(xù)下沉，則曲線就會發(fā)生逐漸回升現(xiàn)象。因此在選擇或埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)時，特別在建筑物上設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)時，應(yīng)保證其點(diǎn)位的穩(wěn)定性，如已查明確系水準(zhǔn)點(diǎn)下沉的原因，則應(yīng)測出水準(zhǔn)點(diǎn)的下沉量，以便修正觀測點(diǎn)的標(biāo)高。

曲線在中間某點(diǎn)突然回升。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因，是水準(zhǔn)點(diǎn)或觀測點(diǎn)被碰動所致，當(dāng)水準(zhǔn)點(diǎn)碰動后低于被碰動前的標(biāo)高及觀測點(diǎn)被碰動后高于被碰動前的標(biāo)高時，才會出現(xiàn)回升現(xiàn)象的可能。由于水準(zhǔn)點(diǎn)或觀測點(diǎn)被碰動，其外形必有損傷，比較容易發(fā)現(xiàn)對這個問題必須進(jìn)行合理的處理，其辦法是：選擇結(jié)構(gòu)、荷重及地質(zhì)等條件都相同的臨近另一沉降觀測點(diǎn)，取該點(diǎn)在同一期間內(nèi)的沉降量，作為被碰動觀測點(diǎn)的沉降量。此法雖不能真正反映觀測點(diǎn)的沉降量，但如果選擇適當(dāng)，可得到比較接近實(shí)際情況的結(jié)果。

4 結(jié)論

沉降觀測對高層建筑的施工以及運(yùn)營都有極為重要的作用，通過對沉降觀測技術(shù)的應(yīng)用，可以加強(qiáng)對施工過程的監(jiān)控，能夠更加合理的指導(dǎo)施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，并及時向施工部門反饋詳盡的第一手資料信息，避免造成因建筑體的沉降而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失的情況。在今后的高層建筑沉降觀測作業(yè)中，我們應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)倪x擇觀測方式，高質(zhì)高效的完成觀測工程。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃慶鋒，張亞娟.水準(zhǔn)測量技術(shù)在高層沉降觀測上的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（22）.

[2]羅渝.論高層建筑施工中的沉降測量技術(shù)[J].城市建設(shè)，2013（29）.

[3]田文陽.高層建筑施工中沉降觀測的質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（34）.

[4]朱志剛，陳志峰.高層建筑施工沉降問題初探[J].科學(xué)與財富，2013（9）：293.

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[6]李保平，藩國兵.變形監(jiān)測[M].西南交通大學(xué)出版社，2012.

[7]桌健成.工程控制測量建網(wǎng)理論[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1996.

[8]張志會.變形監(jiān)測技術(shù)在高層建筑施工中的運(yùn)用[J].城市建設(shè)理論研究，2011 （20）.

[責(zé)任編輯：王楠]