沉降觀測(cè)技術(shù)在高層建筑施工中的應(yīng)用

鐘鴻東

（惠州市惠城區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心　廣東惠州　516001）

1　引言

沉降變形是影響高層建筑工程施工質(zhì)量的重要因素之一，在高層建筑工程施工過(guò)程中進(jìn)行沉降觀測(cè)，能夠及時(shí)有效預(yù)防建筑工程因不均勻沉降而造成的破壞，進(jìn)而指導(dǎo)施工有序進(jìn)行。因此，對(duì)高層建筑工程沉降觀測(cè)進(jìn)行探究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2　高層建筑沉降危害

在高層建筑施工過(guò)程中，不均勻沉降量過(guò)大，將直接導(dǎo)致建筑存在安全隱患，過(guò)大的不均勻沉降容易使建筑物上部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和破壞，造成建筑物滲水、下水道堵塞不順等，引起墻體或者樓面開(kāi)裂，甚至整個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重傾斜，影響建筑物使用，危及安全。

3　高層建筑沉降觀測(cè)原則

在進(jìn)行高層建筑沉降觀測(cè)時(shí)，每次觀測(cè)時(shí)應(yīng)遵守“三定”要求，即定機(jī)、定人、定路線，以盡可能的避免人為和設(shè)備造成的誤差。沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的選擇和埋設(shè)必須保證穩(wěn)定，被觀測(cè)對(duì)象上沉降觀測(cè)點(diǎn)的也必須保證穩(wěn)定，每次觀測(cè)時(shí)測(cè)站點(diǎn)周邊環(huán)境條件也要求基本一致以避免誤差過(guò)大，觀測(cè)路線、觀測(cè)程序及方法也要求基本一致，要按照施工測(cè)量規(guī)范的要求測(cè)量出真實(shí)可靠的原始數(shù)據(jù)。這些要求能在一定程度上使所測(cè)得的觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差得以減少，保證每一次的觀測(cè)結(jié)果和首次觀測(cè)結(jié)果具有一定的可比性，使所測(cè)得的沉降量更接近真實(shí)沉降量。

4　高層建筑沉降觀測(cè)作業(yè)過(guò)程

4.1　高層建筑沉降觀測(cè)步驟

（1）建立沉降觀測(cè)點(diǎn)，確定觀測(cè)路線。基于觀測(cè)區(qū)域的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，按照高層建筑沉降觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)要求，參照事先編制好的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖，可確定沉降觀測(cè)點(diǎn)的位置。接著，在水準(zhǔn)控制點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)之間建立相應(yīng)的觀測(cè)路線，將標(biāo)記樁設(shè)置在儀器設(shè)站點(diǎn)和觀測(cè)路線轉(zhuǎn)折處，以保證每次觀測(cè)都沿著固定的觀測(cè)路線進(jìn)行。

（2）依據(jù)所編制的高層建筑豎直沉降觀測(cè)方案和事先確定好的觀測(cè)周期進(jìn)行觀測(cè)。要先將沉降觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)穩(wěn)定，及時(shí)進(jìn)行首次觀測(cè)。首次觀測(cè)時(shí)，通常用N2或N3級(jí)精密水準(zhǔn)儀以滿足高精度要求，首次觀測(cè)要求每個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程測(cè)兩次后方確定。隨著結(jié)構(gòu)的不斷增高，每增加1～3層結(jié)構(gòu)應(yīng)觀測(cè)一次至工程竣工為止。

4.2　沉降量計(jì)算和處理

高層建筑沉降觀測(cè)所測(cè)得的沉降量要按以下步驟進(jìn)行計(jì)算和處理：①對(duì)每一次沉降觀測(cè)得到的原始數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行認(rèn)真檢查，仔細(xì)整理，確認(rèn)正確后，進(jìn)行平差計(jì)算，求出每一次觀測(cè)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的高程值。再計(jì)算出各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的單次沉降量以及累計(jì)沉降量。依據(jù)各個(gè)沉降觀測(cè)周期利用平差計(jì)算而得的沉降量，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總。②以時(shí)間為橫坐標(biāo)、荷載值為上半部縱坐標(biāo)、各個(gè)沉降觀測(cè)周期測(cè)得的沉降量為下半部縱坐標(biāo)繪制各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的沉降曲線圖。

4.3　高層建筑沉降趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型

依據(jù)高層建筑沉降量統(tǒng)計(jì)表、沉降量等值線圖以及沉降曲線圖，對(duì)高層建筑沉降趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)和情況及時(shí)上交相關(guān)部門，以使工程施工順利進(jìn)行。常用于高層建筑沉降趨勢(shì)預(yù)測(cè)的模型有GM模型、多元線性回歸模型等。

4.4　觀測(cè)精度控制

觀測(cè)者要想從事高層建筑的沉降觀測(cè)需要符合比較高的要求，觀測(cè)者必須學(xué)習(xí)與測(cè)量相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，接收相關(guān)的技能培訓(xùn)，熟悉測(cè)量專業(yè)相關(guān)理論知識(shí)，熟練操作與測(cè)量專業(yè)相關(guān)的精密儀器并熟悉相應(yīng)操作規(guī)程，針對(duì)不同工程的各自特點(diǎn)和實(shí)際情況科學(xué)合理地采取與之相適應(yīng)的觀測(cè)方法和程序，在觀測(cè)過(guò)程中如果出現(xiàn)問(wèn)題能夠合理分析問(wèn)題發(fā)生的原因，能夠正確運(yùn)用誤差理論知識(shí)進(jìn)行相應(yīng)的平差計(jì)算，準(zhǔn)確快速地按時(shí)完成每次高層建筑沉降觀測(cè)任務(wù)，能科學(xué)地分析所測(cè)得的觀測(cè)數(shù)據(jù)。為了能準(zhǔn)確地反映出在荷載不斷增加情況下建筑物及相應(yīng)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降情況，根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，所進(jìn)行的測(cè)量的誤差應(yīng)該小于相應(yīng)變形值的1/10～1/20，并且能夠反映出1～2mm的變形量。一般情況下，可以根據(jù)建筑物的特性以及相關(guān)單位的要求，采用液體靜力水準(zhǔn)儀等精密水準(zhǔn)儀器來(lái)測(cè)定沉降變化值。為了滿足高層建筑沉降觀測(cè)工作的精度要求，應(yīng)根據(jù)建筑物的特性和建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求進(jìn)行選擇沉降觀測(cè)精度的等級(jí)。如果沒(méi)有特殊的要求情況下，一般的高層建筑物施工過(guò)程中，采取二等水準(zhǔn)測(cè)量方法，是能夠滿足沉降觀測(cè)要求的。

4.5　高層建筑沉降觀測(cè)注意事項(xiàng)

在高層建筑沉降觀測(cè)過(guò)程中，要注意以下事項(xiàng)。

（1）在首次觀測(cè)前要對(duì)沉降觀測(cè)所用到儀器的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和校正以保證準(zhǔn)確。在雨季前后一段時(shí)間，要對(duì)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)確認(rèn)其標(biāo)高是否有影響觀測(cè)結(jié)果的變動(dòng)后，方能正式進(jìn)行沉降觀測(cè)。

（2）要嚴(yán)格遵照測(cè)量規(guī)范的相應(yīng)要求，對(duì)高層建筑的沉降進(jìn)行觀測(cè)。要安排專門的人員對(duì)高層建筑的沉降進(jìn)行觀測(cè)并整理所得出的結(jié)果，盡量使每次觀測(cè)都在一致或相接近的條件下進(jìn)行，如用同一水準(zhǔn)尺、使用固定觀測(cè)路線、觀測(cè)點(diǎn)周邊環(huán)境保持一致或相接近。

（3）在進(jìn)行高層建筑沉降觀測(cè)過(guò)程中，參與觀測(cè)的人員要互相合作，協(xié)調(diào)工作，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，做到每一個(gè)步驟都有校核。全部的沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)爭(zhēng)取連續(xù)一次測(cè)完，讀取數(shù)據(jù)時(shí)要保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，所形成的圖像清晰和穩(wěn)定。

5　高層建筑工程沉降觀測(cè)實(shí)例

5.1　變形觀測(cè)的精度

在高層建筑工程沉降觀測(cè)精度控制中，需要以觀測(cè)目標(biāo)為依據(jù)，觀測(cè)的中誤差不應(yīng)超過(guò)其變形允許值的1/20《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2007）。

高層建筑物整體傾斜度α的允許值為在0.002～0.003之間，傾斜度計(jì)算方式如下。

公式（1）中，SA、SB分別指的是傾斜方向上 A，B 兩點(diǎn)的沉降量（mm）允許差異沉降量。

在公式（2）中，α指的是建筑物整體傾斜度；ΔS指的是基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降差即差異沉降量（m）；L指的是基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的水平距離（m）。

通過(guò)對(duì)允許差異沉降量進(jìn)行計(jì)算，即可得出觀測(cè)中誤差，進(jìn)而確定高層建筑工程沉降觀測(cè)中的精度要求。

比如，某高層建筑工程高度為80m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，基礎(chǔ)寬度為15m，傾斜度α=0.002，根據(jù)上述公式，即可計(jì)算出差異沉降量△S為30mm，取差異沉降量的觀測(cè)中誤差取1/20·0S，即：

觀測(cè)點(diǎn)高程中誤差為：

5.2　基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

對(duì)于觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離，可以根據(jù)觀測(cè)長(zhǎng)度進(jìn)行估算，根據(jù)二等水準(zhǔn)觀測(cè)要求，水準(zhǔn)視線長(zhǎng)應(yīng)該控制在30m以內(nèi)，單位權(quán)中誤差μ為0.3mm.路線的權(quán)P為1/n，路線長(zhǎng)度L為n60，而往返觀測(cè)最弱點(diǎn)的偶然中誤差允許為0.5mm。

由于水準(zhǔn)觀測(cè)為偶數(shù)，因此，取n=10，基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離應(yīng)該控制在600m以內(nèi)。該建筑工程觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)情況如圖1所示，SH為附近國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)；A，B，C，D點(diǎn)為設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖1　基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖為設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)

5.3　沉降觀測(cè)

5.3.1基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)

在進(jìn)行觀測(cè)前，首先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，根據(jù)環(huán)形閉合網(wǎng)對(duì)閉合差進(jìn)行計(jì)算，并驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，要求基準(zhǔn)點(diǎn)接近國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。

5.3.2沉降點(diǎn)的觀測(cè)

在沉降點(diǎn)觀測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該將基準(zhǔn)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，并根據(jù)二等水準(zhǔn)觀測(cè)精度要求進(jìn)行單向觀測(cè)，進(jìn)而形成環(huán)形閉合網(wǎng)，在實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中，應(yīng)該盡量選擇固定測(cè)站，并逐點(diǎn)觀測(cè)，對(duì)閉合差進(jìn)行計(jì)算，對(duì)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)高程進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，形成觀測(cè)點(diǎn)沉降量。

5.4　沉降成果分析

列表匯總。

該建筑工程沉降觀測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1　沉降觀測(cè)成果表

通過(guò)對(duì)表1進(jìn)行分析可見(jiàn)，該建筑工程有反彈現(xiàn)象，反應(yīng)回彈量上的數(shù)值較小，這種現(xiàn)象應(yīng)屬正常，在觀測(cè)中，觀測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生較大起浮，縱觀整個(gè)建筑物的沉降觀測(cè)值，建筑物的沉降趨于平穩(wěn)，安全可靠。

6　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)沉降觀測(cè)在高層建筑工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究，在高層建筑工程施工中，隨著主體荷載的不斷增加，主體荷載容易發(fā)生不均勻沉降問(wèn)題，隨著不均勻沉降量的增加，就會(huì)造成建筑工程傾斜或者產(chǎn)生裂縫，為了保證高層建筑工程施工安全，必須加強(qiáng)建筑工程沉降觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理，以此為施工質(zhì)量控制提供可靠依據(jù)。

[1]袁偉韜，施昆，李振.高層建筑沉降觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)穩(wěn)定性分析[J].河南科學(xué)，2014，32（7）：1263～1265.

[2]王志城，湯江龍.高層建筑沉降觀測(cè)實(shí)例及數(shù)據(jù)分析[J].地理空間信息，2012，10（3）：153～154.

[3]陳忠，錢寶源.高層建筑樁基沉降觀測(cè)及長(zhǎng)期變形預(yù)測(cè)研究[J].工程勘察，2017，45（5）：1～6.