城市高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析

吳紅波，楊肖肖

(1.陜西理工大學(xué)地理科學(xué)系，陜西 漢中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢臺(tái) 055450)

城市高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性分析

吳紅波1，2*，楊肖肖2

(1.陜西理工大學(xué)地理科學(xué)系，陜西 漢中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢臺(tái) 055450)

沉降監(jiān)測(cè)對(duì)于建筑物的安全運(yùn)營(yíng)具有重要作用，科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)地分析和預(yù)報(bào)建筑物的變形狀況，對(duì)建筑物的施工和運(yùn)營(yíng)管理極為重要。本文結(jié)合沉降變形模型，以石家莊某小區(qū)高層建筑物沉降為工程實(shí)例，通過(guò)12個(gè)觀測(cè)周期10個(gè)沉降點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)了基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，并對(duì)高層沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，了解建筑物在施工及運(yùn)營(yíng)期間的實(shí)際沉降情況，分析地基在不同荷載作用下隨時(shí)間的沉降規(guī)律，可為建筑施工和運(yùn)營(yíng)安全提供幫助。

高層建筑；沉降監(jiān)測(cè)；水準(zhǔn)點(diǎn)；沉降速率；沉降量

1 引 言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大中型城市高層建筑日益增多。高層建筑具有質(zhì)量大、基礎(chǔ)埋度深、高度高等特點(diǎn)，《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)中對(duì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、地基承載能力有著嚴(yán)格的要求。通過(guò)對(duì)高層建筑沉降的研究分析發(fā)現(xiàn)，不均勻土質(zhì)的地基和荷載、復(fù)雜的建筑物形體結(jié)構(gòu)、地下水位變化、相鄰建筑物間的作用和外界動(dòng)力影響等因素均會(huì)造成建筑物沉降。高層建筑在施工期間，隨主體荷載的增加，勢(shì)必造成主體下沉，其局部不均勻沉降可能導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜或裂縫。為了掌握建筑物的沉降規(guī)律，保證建筑物的施工安全須在建筑物的施工及運(yùn)營(yíng)期間，對(duì)其進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析其沉降情況，并采取相應(yīng)的處理措施，預(yù)防建筑物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫和主體結(jié)構(gòu)破壞。

2 沉降監(jiān)測(cè)方法

2.1 沉降變形計(jì)算模型

(1)第i次沉降觀測(cè)時(shí)A點(diǎn)的沉降量：

(1)

式中：WA為A點(diǎn)的下沉值(mm)；HA，0，HA，i分別為第一次和第i次觀測(cè)時(shí)A點(diǎn)的高程(m)。

(2)第i次觀測(cè)時(shí)的平均下沉量：

(2)

(3)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率：

(3)

式中，Wij-1、Wij分別表示第j-1次和j次觀測(cè)時(shí)i點(diǎn)的沉降量(mm)，T表示兩次觀測(cè)的間隔天數(shù)(d)。V為沉降速率的單位為(mm/d)。

3 沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

本項(xiàng)目以河北省石家莊某小區(qū)新建高層民用建筑住宅樓為例，該工程有12個(gè)單體工程組成，每單體工程占地面積 860 m2，建筑面積 20 000 m2，工程分為兩期進(jìn)行，屬一類工程，抗震七級(jí)。一期工程為1#～7#樓的建設(shè)，二期工程為8#～12#，地下1層、地上18層，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，地基持力層為砂礫層。

本工程地坪高程 ±0.000 m，絕對(duì)標(biāo)高為 75.700 m。標(biāo)準(zhǔn)冰凍深為 0.7 m，區(qū)域地勢(shì)平坦，高差不大。在施工期間，根據(jù)所增加層數(shù)和荷載情況逐步監(jiān)控建筑物的沉降，分析沉降是否正常，對(duì)于異常沉降點(diǎn)及時(shí)采取措施，保證建筑的施工安全。

3.2 基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測(cè)精度及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

本項(xiàng)目設(shè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(水準(zhǔn)基點(diǎn)BMa，BMb，BMc)，在現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的基礎(chǔ)上，沉降觀測(cè)的水準(zhǔn)基點(diǎn)選在點(diǎn)位無(wú)變形，穩(wěn)定性好，堅(jiān)固，施工影響范圍以外的區(qū)域，監(jiān)測(cè)期間采用二等水準(zhǔn)測(cè)量要求施測(cè)。

按沉降監(jiān)測(cè)方案，項(xiàng)目以一期工程中的2#樓為例，在2#樓四角點(diǎn)、中點(diǎn)、承重柱上布置6個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，各樓變形觀測(cè)點(diǎn)選在距一樓地面(即 ±0.000 m標(biāo)高)以上約 0.2 m處，用φ20鋼筋制作成90°彎頭(L型)的觀測(cè)頭，水平段套絲，長(zhǎng)約 6 cm，垂直段長(zhǎng)約 4 cm，端頭用砂輪機(jī)打磨成錐形，錐尖即為觀測(cè)點(diǎn)，并在墻上掛牌標(biāo)示，觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置大樣圖如圖1所示，觀測(cè)時(shí)間從2015年3月4日～2016年4月27日，歷時(shí)12個(gè)月，觀測(cè)點(diǎn)位置圖，如圖2所示。

圖1 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置大樣圖

圖2 2#樓沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

根據(jù)本工程特點(diǎn)和沉降觀測(cè)精度要求，本項(xiàng)目?jī)x器采用蘇州一光DSZ2+FS1自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和銦鋼標(biāo)尺(±0.5 mm)觀測(cè)。

4 沉降變形成果分析

4.1 水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定性

項(xiàng)目中工作基點(diǎn)為臨時(shí)的固定點(diǎn)，埋設(shè)規(guī)格比基準(zhǔn)點(diǎn)低，在短期內(nèi)比較穩(wěn)定。在施工階段，觀測(cè)周期不超過(guò) 10 d，進(jìn)行穩(wěn)定性檢查后，可以代替基準(zhǔn)點(diǎn)作為控制點(diǎn)使用。工作基點(diǎn)應(yīng)1個(gè)月～2個(gè)月復(fù)測(cè)，觀測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)不穩(wěn)定，及時(shí)對(duì)基點(diǎn)后進(jìn)行復(fù)測(cè)。

水準(zhǔn)基點(diǎn)是整個(gè)沉降觀測(cè)工作的基準(zhǔn)，為保證觀測(cè)值的高可靠性及穩(wěn)定性，在施工區(qū)(變形區(qū)外)共設(shè)了BMa、BMb和BMc 3個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，由3個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)構(gòu)成水準(zhǔn)附合路線，于2015年4月10日進(jìn)行了初始值觀測(cè)后，于2015年7月20日對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行一次校驗(yàn)檢測(cè)工作，穩(wěn)定性分析結(jié)果，如表1所示。

由表1可見(jiàn)，水準(zhǔn)基點(diǎn)的兩期高差差值滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)規(guī)范限差要求。每次水準(zhǔn)基點(diǎn)穩(wěn)定性檢測(cè)工作完成后，應(yīng)該及時(shí)對(duì)非穩(wěn)定的水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程值進(jìn)行修正，保障監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 沉降變形分析

分別繪制1#～10#監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量和沉降速率，分別如圖3和圖4所示；分別繪制沉降量最大的1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)和沉降量最小的7#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降-荷載隨時(shí)間變化的曲線圖如圖5、圖6所示。

圖3 1#～10#監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量圖

圖4 1#～10#沉降速率圖

由圖3分析，2015年3月4日～2015年10月20日監(jiān)測(cè)期間，最大累計(jì)沉降量為 6.60 mm(1#監(jiān)測(cè)點(diǎn))，最小累計(jì)沉降量為 2.30 mm(7#監(jiān)測(cè)點(diǎn))，平均累計(jì)沉降量為 4.48 mm。在主體施工初期，所建大樓基礎(chǔ)樁基不穩(wěn)定，當(dāng)荷載增加時(shí)，沉降速率趨于變大。此外，在2015年3月4日～4月20日監(jiān)測(cè)期間，受建筑物的施工以及外界影響，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量和沉降速度略微增大，隨著荷載的不斷增加，大樓樁基逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖4分析，在2015年3月4日～2015年10月20日監(jiān)測(cè)期間，時(shí)間間隔分別為 10 d、12 d、24 d、21 d、34 d、40 d、24 d、24 d、23 d十個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間段，平均沉降速率分別為-0.016 mm/d、-0.018 mm/d、-0.015 mm/d、-0.019 mm/d、-0.018 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.016 mm/d。4#監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率最小，沉降速率值為-0.019mm/d。從沉降曲線的沉降趨勢(shì)來(lái)看，累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間 141 d，即2015 年7月25日以后所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速率曲線開(kāi)始趨緩，表明建筑物在2015年7月25日以后，因大樓封頂后，荷載增速率減慢，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉變形較小，而逐步進(jìn)入穩(wěn)定沉降階段。在使用階段，建筑物無(wú)施工影響，不再增加荷載，地基沉降也位于平穩(wěn)狀態(tài)。依據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)規(guī)范規(guī)定：“沉降速率小于 0.01 mm/d～0.04 mm/d，界定已進(jìn)入沉降穩(wěn)定階段”，判別該建筑物進(jìn)入沉降穩(wěn)定階段。

圖5 1#監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降-荷載-時(shí)間曲線圖

圖6 7#監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降-荷載-時(shí)間曲線圖

由圖5、圖6可見(jiàn)，在2015年9月13日前，為施工階段，該建筑物沉降量隨時(shí)間的推移和樓層(荷載)的增加呈現(xiàn)逐漸增大的關(guān)系。在2015年9月13日～2016年1月23日為裝修階段，2016年1月23日～2016年4月27日為使用階段，裝修和使用階段沉降量趨于穩(wěn)定。

5 結(jié) 論

沉降測(cè)量是建筑工程施工和運(yùn)行階段必不可缺的環(huán)節(jié)，本研究對(duì)石家莊某小區(qū)高層建筑進(jìn)行了12個(gè)觀測(cè)周期10個(gè)沉降點(diǎn)的沉降監(jiān)測(cè)。由監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，從建筑物各個(gè)方向沉降來(lái)看，各沉降點(diǎn)的差異沉降小，最大沉降量為 6.60 mm(1#監(jiān)測(cè)點(diǎn))，最小沉降量為 2.30 mm(7#監(jiān)測(cè)點(diǎn))，平均累計(jì)沉降量為 4.48 mm。各沉降觀測(cè)點(diǎn)位的沉降速率均較小，平均沉降速率為 0.020 mm/d，反映出建筑物整體沉降趨向平衡、穩(wěn)定。通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例了解了建筑物在施工及運(yùn)營(yíng)期間的實(shí)際沉降情況，掌握地基在不同荷載作用下隨時(shí)間的沉降規(guī)律，為建筑施工和運(yùn)營(yíng)安全提供數(shù)據(jù)保證。

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Analysis on the Settlement Monitoring and the Stability of Urban High Buildings

Wu Hongbo1，2，Yang Xiaoxiao2

(1.Department of Geographic Sciences，Shaanxi SCI-TECH University，Hanzhong 723000，China； 2.Hebei Huai Long Construction Co.，Ltd.，Xingtai 055450，China)

Application of the settlement observation may always play an important role for the safe operation of buildings，and is also important to analyze and forecast on the deformed condition of the building，construction and operational management of the building. The subsidence deformation model is employed on the settlement observation of the high buildings in Shijiazhuang City. The process of the settlement monitoring contained 12 observation period and 10 settlement sites on the study. While the stability of the 12 benchmarks is tested and qualified，the high buildings settlement observation data could understand the actual foundation conditions during the period of construction and operation of the settlement. We analyze the law of the settlement of foundation master with the different loads under the time-varying circumstances，and the results could provide help for the construction and operation safety.

high-rise buildings；subsidence monitoring；standard point；sedimentation rate；settlement

1672-8262(2017)01-101-04

P196

B

2016—05—17 作者簡(jiǎn)介：吳紅波(1984—)，男，博士，工程師，從事地理測(cè)繪與GIS應(yīng)用的教研工作。 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(41601067)；河北省高?？茖W(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(SZ151143)；陜西理工大學(xué)人才啟動(dòng)科研資助項(xiàng)目(SLGQD16-09)。