宿州學院實訓大樓沉降觀測方案設(shè)計與實現(xiàn)

戴洪寶，許繼影，夏青森

(1.宿州學院環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000；2.宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000)

宿州學院實訓大樓沉降觀測方案設(shè)計與實現(xiàn)

戴洪寶1，許繼影2，夏青森2

(1.宿州學院環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000；2.宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000)

目的 在建筑物的沉降測量過程中，由于受諸多因素影響，使得觀測的建筑物沉降數(shù)據(jù)不夠精確，以至于影響最終判斷。因此，設(shè)計一套合理的觀測方案成為當前沉降觀測工程的研究熱點。方法 以宿州學院實訓大樓為研究對象，結(jié)合現(xiàn)場布設(shè)控制網(wǎng)并設(shè)計技術(shù)路線，依據(jù)精密儀器得到沉降觀測數(shù)據(jù)，利用Excel等軟件對數(shù)據(jù)進行分析和處理。結(jié)果 實驗結(jié)果表明,宿州學院實訓大樓在整個觀測周期中各觀測點累計沉降量的最大值為17.9 mm，累計沉降量的最小值15.6 mm，未發(fā)生引起建筑物破壞的沉降，相鄰點沉降差最大值為1.8 mm，未發(fā)生明顯的不均勻沉降，觀測末期第112 d沉降速率最大值為0.004 mm·d-1，結(jié)合本工程地質(zhì)情況綜合分析，該建筑物沉降已趨于穩(wěn)定。結(jié)論 實驗基本完成了預期觀測任務，對建筑物的安全穩(wěn)定性做出了精確的判斷。

建筑物；沉降觀測；沉降觀測網(wǎng)；沉降分析

0 引 言

高層建筑的荷載巨大，對地基基礎(chǔ)及周圍環(huán)境要求極高，受其他因素影響容易造成不均勻沉降，造成的后果極其嚴重，影響巨大。高層建筑物的沉降問題成了建筑行業(yè)及高校研究的主要課題[1-3]。

本文通過文獻資料法、實驗法和定量分析方法為宿州學院實訓大樓設(shè)計一套沉降監(jiān)測方案，應用到實際工作中，并對得到的成果進行分析，得出結(jié)論。設(shè)計工作依托于宿州學院實訓大樓項目第三方監(jiān)測工作，方案以大地測量技術(shù)、特殊變形測量技術(shù)為理論根據(jù)，模擬預測軟件為工具，依據(jù)建筑物沉降規(guī)范設(shè)計而成。通過對該項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理、分析，得到有效的信息，為施工提供理論依據(jù)，保證施工安全有序進行。

1 沉降觀測網(wǎng)的布設(shè)

基準點、工作基點和沉降監(jiān)測點共同構(gòu)成沉降監(jiān)測控制網(wǎng)，而各測量點的布設(shè)位置對能否有效形成控制網(wǎng)有決定性作用。

基準點的建立應依據(jù)該工程的沉降測量實施方案和工程特點來決定。需要在建筑物的四周設(shè)置3個或4個相距在50～100 m之間能夠相互透視的基點?；c的埋設(shè)位置應當穩(wěn)定、牢固且不易破壞，可設(shè)在堅硬巖石和建筑物墻角處。每次觀測時應復測基準點的高差，檢驗基點是否穩(wěn)固。

監(jiān)測點則應考慮建筑物的形狀、大小、結(jié)構(gòu)特征、地質(zhì)條件、樁基形式等綜合因素，一般布在建筑物具有代表性的拐角、不同地質(zhì)條件以及沉降縫兩側(cè)等建筑物變形的敏感處。監(jiān)測點埋設(shè)時還應考慮到施工期間和竣工后能否順利進行監(jiān)測，并注意建筑物與監(jiān)測點的牢固性，使得監(jiān)測點能真實地反映建筑物的沉降情況。在特殊情況下，如澆筑基礎(chǔ)時，有需要埋設(shè)臨時監(jiān)測點時，應在永久監(jiān)測點埋設(shè)完后，及時布置高程引導永久監(jiān)測點。監(jiān)測期間要檢查監(jiān)測點是否受到破壞，以方便進行及時修補。

對于不同地區(qū)，一般根據(jù)該地區(qū)建筑物的布局方式選擇合理的控制網(wǎng)，建筑物稀少地區(qū)可按單一層次布設(shè)，密集地區(qū)則需要2個層次布網(wǎng)。還要根據(jù)精度要求設(shè)置最合理的監(jiān)測環(huán)路或閉合水準路線。

在工程施測布置觀測網(wǎng)過程中，一般將其中的4個基點埋置一定深度，剩余的放置墻上。由于測量時不可能將所有點都納入水準線內(nèi)，所以在實際測量過程中，需要選擇部分穩(wěn)定的觀測點作為轉(zhuǎn)點，然后采用中視法測定[4-6]。

2 沉降觀測的技術(shù)方法及步驟

2.1 觀測點、基準點布設(shè)方法

綜前所述，監(jiān)測點和基準點布設(shè)應滿足要求，監(jiān)測點設(shè)置應當能夠代表建筑物變形的點；觀測點的數(shù)目根據(jù)不同工程性質(zhì)以及變形特性確定。

2.1.1 建筑物的沉降觀測點

按規(guī)范和設(shè)計要求，建筑物沉降觀測點可全部設(shè)置在立柱上，本次沉降觀測點標志以設(shè)計要求和施工單位預埋的點為準，沉降觀測點編號為C1、C2…C10，觀測點具體位置的確定按結(jié)構(gòu)設(shè)計總說明要求，沉降觀測點均設(shè)在沿外墻線每10～20 m處。

2.1.2觀測基準點

觀測基準點分為永久基點和工作基點，永久基點埋在地基外的原狀土層上，經(jīng)過現(xiàn)場勘查并經(jīng)業(yè)主單位同意后，現(xiàn)場埋設(shè)觀測基準點，用Φ120 mm鉆頭成孔，灌注細石混凝土(內(nèi)置通長鋼筋)，端部位于穩(wěn)定土層中。一般布設(shè)3個水準基點：BM1、BM2、BM3；沉降觀測工作基點的編號為G1～G10?；c布設(shè)在建筑物四周，根據(jù)各測點的位置選取在穩(wěn)定的地方。

在主體施工過程中，建設(shè)單位理應采取有效的措施防止施工破壞測點或掩埋。若在觀測過程中觀測點遭到破壞，應立刻匯報，及時在原位置重新布設(shè)，并測定初次觀測值，在后期的數(shù)據(jù)處理時應考慮數(shù)據(jù)的連續(xù)性，采用原點號，且在觀測結(jié)果及匯報材料中標明。

基準點布設(shè)好后應及時進行聯(lián)測，基準點之間的聯(lián)測不低于3次；各測點布設(shè)完成以后，需要測定初值，且要進行兩次測量，經(jīng)平差得到最終初始值。

2.2 觀測方法、精度、頻率及選用儀器

2.2.1 沉降觀測

根據(jù)觀測方法和精度，沉降觀測使用的儀器為精密水準儀，再配合2 m(或3 m)的銦鋼水準尺進行觀測。

沉降觀測的等級可分為三等，規(guī)范要求相鄰點間高程誤差應控制在±0.5 mm,相對于起算點，所有觀測點的高程誤差應控制在±1 mm。除此之外，一般還對外業(yè)觀測另作下述要求(表1)。

表1 水準外業(yè)觀測要求

注：n為測站數(shù)

2.2.2 觀測頻率

施工期間要根據(jù)施工進度進行全程監(jiān)測，在地下室底板完成后即開始觀測。施工期間的觀測應當依據(jù)本工程施測方案及相關(guān)規(guī)范要求按照具體施工過程確定，在工程竣工后的第一年可相隔2～3個月觀測1次，根據(jù)沉降速率曲線可加長觀測時間[7-8]。

3 宿州學院實訓大樓沉降觀測及成果分析

宿州學院實訓大樓位于宿州市教育園區(qū)，宿州學院東校區(qū)。本工程結(jié)構(gòu)為地上6層，地下1層，建筑物的整體高度(室外地面至主要屋面板的板頂)為41.90 m，框架結(jié)構(gòu)。本次沉降觀測嚴格執(zhí)行規(guī)范，以固定的觀測人員、儀器、路線進行現(xiàn)場觀測，保證觀測的精度。

3.1 測量過程

3.1.1 測量控制網(wǎng)的建立

為滿足測量精度的要求，同時根據(jù)場地施工情況，在遠離建筑物穩(wěn)定牢固區(qū)域內(nèi)設(shè)置4個高程基準點形成獨立閉合水準網(wǎng)，在基點設(shè)置完成后，按照三等水準觀測的技術(shù)要求在建筑物沉降觀測前進行聯(lián)測，驗證基點穩(wěn)定性。

3.1.2 觀測點布設(shè)與測量

根據(jù)變形測量規(guī)范規(guī)定和本工程設(shè)計總說明圖紙要求，框架結(jié)構(gòu)的建筑應在柱的基礎(chǔ)上設(shè)置沉降觀測點，點位和點數(shù)詳見綜合樓點位平面示意圖(圖1)。

圖1 點位平面示意圖

在沉降觀測點布設(shè)完成以后，應及時、準確測量各個點的初始值，至少測量2次，取多次測量的平均值作為最終的初始值。

3.1.3 觀測頻率和沉降穩(wěn)定標準

根據(jù)變形規(guī)范要求和本工程的特點，在施工階段，建筑物沉降觀測工作自主體結(jié)構(gòu)完成±0層開始，觀測頻率和周期根據(jù)地基與施工現(xiàn)場荷載波動情況而定；在竣工后運營階段的觀測頻率，則應視工程地質(zhì)條件和沉降速率大小而定。對于一般工程而言，建筑物進入穩(wěn)定階段的判斷依據(jù)可以由沉降觀測曲線的斜率和最后100 d的沉降速率判定。

3.2 沉降觀測數(shù)據(jù)及成果分析

做好前期埋點、繪制工作地形圖等準備工作以后。可相隔1～2個月觀測一次，節(jié)省人力資源。將采集的數(shù)據(jù)運用Excel等軟件進行處理，并繪制沉降觀測曲線圖，匯總得出此工程內(nèi)主體結(jié)構(gòu)的沉降量。并繪制C1點沉降觀測曲線圖，如圖2所示。

圖2 C1點位沉降觀測曲線圖

由圖2可知，C1點的沉降速率在2015年6月份之后十分緩慢，基本上沒有發(fā)生沉降，觀測末期第112 d，此點的沉降速率僅為0.004 mm·d-1，遠小于0.01 mm·d-1，因此可以判定C1點位的沉降已進入穩(wěn)定階段。選擇觀測期第18期C1～C10建筑物觀測點號的觀測數(shù)據(jù)進行匯總(表2)。

表2 第18期沉降觀測數(shù)據(jù)匯總表

本次沉降觀測使用DiNi03高精度水準儀，外業(yè)觀測時自動記錄，之后利用數(shù)據(jù)連接線及相關(guān)軟件傳入計算機中得出有效數(shù)據(jù)。

1)通過各測量點的結(jié)果數(shù)據(jù)和最終成果分析可以看出，此次的沉降觀測精度的選擇滿足要求；

2)DiNi03高精度水準儀檢測前后精度變化值比較穩(wěn)定，可以保證沉降數(shù)據(jù)的連續(xù)使用；

3)通過以上精度分析，觀測成果符合有關(guān)規(guī)定要求，觀測成果真實可靠。

綜上所述，宿州學院實訓大樓在整個觀測周期中各觀測點累計沉降量的最大值為17.9 mm，累計沉降量的最小值為15.6 mm，未發(fā)生引起建筑物破壞的沉降，相鄰點沉降差最大值為1.8 mm，未發(fā)生明顯的不均勻沉降，觀測末期第112天沉降的速率最大值為0.004 mm·d-1。結(jié)合本工程地質(zhì)情況綜合分析，該建筑物沉降已趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論與討論

通過宿州學院實訓大樓沉降測量的方案設(shè)計及后期沉降測量實踐結(jié)果和得出的數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：

根據(jù)本工程的地勘資料、建筑物的特性和規(guī)范要求，可在建筑物主體上布置10個觀測點監(jiān)測建筑物的沉降，并在建筑物四周布置4個基準點來校驗和控制測量精度。

根據(jù)工程主體施工期間的觀測數(shù)據(jù)可知，初期主體結(jié)構(gòu)每增加一層，荷載增大，沉降加快，但隨著地基土在上部荷載作用下的逐漸壓實，沉降速率呈逐漸下降趨勢。

根據(jù)工程封頂裝修階段的觀測數(shù)據(jù)可知，由于裝修階段無較大荷載的增加且主體結(jié)構(gòu)施工階段地基得到較好的壓實，建筑物此階段的沉降量和沉降速率大幅降低。

根據(jù)工程竣工階段的測量可知，建筑物的累計沉降達到最大值，沉降速率降到最低，建筑物趨于穩(wěn)定。由各測點間的累計沉降量和相鄰點沉降差可知，建筑物沒有發(fā)生不均勻沉降。

[1]郭素珍.建筑物沉降觀測有關(guān)問題的探討[J].山西建筑,2009,35(11):123.

[2]龔循強,劉國祥,周秀芳.高速鐵路橋墩沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)粗差探測方法研究[J].鐵道建筑,2013(10):34-36.

[3]黃鷹林.建筑施工中沉降觀測技術(shù)的應用分析[J].城市建筑,2013(06):90.

[4]姜海峰,王曉云.淺析高層建筑施工中沉降觀測技術(shù)的應用[J].黑龍江科技信息,2011(18):328-328.

[5]王有良,唐躍剛.曲線擬合與GM(1,1)模型沉降預測及相關(guān)性分析[J].測繪科學,2008,33(03):98-99.

[6]張健雄,蔣金豹,張建霞.高層建筑沉降監(jiān)測與灰色預測[J].測繪科學,2007,32(04):56-59.

[7]胡珂,熊春寶.建筑工程沉降監(jiān)測若干問題的探討[J].測繪與空間地理信息,2007,30(02):119-121.

[8]范月平.高層建筑施工中沉降觀測方法研究[J].湖南工程學院學報(自然科學版),2007,17(03)：91-94.

[責任編輯：王榮榮 英文編輯：劉彥哲]

Design and Realization of Settlement Observation of Practice Building in Suzhou University

DAI Hong-bao1,XU Ji-ying2,XIA Qing-sen2

(1.School of Environment and Surveying Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China； 2.School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China)

Objective During the process of settlement observation, inaccurate data influenced by various factors often lead to inaccurate judgment.As a result,reasonable observation scheme is becoming a hot topic of building settlement observation.Methods By taking practice building of Suzhou University as research object,engineering control network was laid out at the scene and technology pathway was designed.Data surveyed by sophisticated equipment was analyzed and processed by Excel.Results The results showed that the maximum cumulative settlement value of all observation points was 17.9 mm and minimum value 15.6 mm.Subsidence damage of building did not occur.The maximum difference in subsidence value of adjacent points was 1.8 mm and differential settlement of building did not occur.The maximum settlement rate of 112 d was 0.004 mm·d-1and the settlement of building had tended to be stable.Conclusion This experiment completed basic expectations observation and made accurate judgments on the security and stability of building.

building;settlement observation;settlement observation network;settlement analysis

國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目(20151039019);宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心開放課題(2015SZXTZXKF03)；宿州學院校級科研項目(2014YKF03)

戴洪寶(1984-)，男，安徽宿州人，助教，碩士，主要研究方向：大地測量學與測量工程。

P 196.2

B

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.05.007

來稿日期：2016-10-12