高層建筑物地基沉降監(jiān)測(cè)與分析

覃德春

(湖北煤炭地質(zhì)物探測(cè)量隊(duì)，湖北 武漢 430200)

近年來(lái)，城市建設(shè)日新月異，高層建筑物越來(lái)越多。由于地下土體性質(zhì)和施工環(huán)境的復(fù)雜性，在高層建筑的施工和使用期間，荷載條件的不斷變化勢(shì)必引起建筑物地基的不規(guī)則下沉，局部不均勻沉降將導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫或者傾斜，嚴(yán)重的會(huì)引起主體結(jié)構(gòu)的破壞，造成財(cái)產(chǎn)和人員的損失。因此，為保證建筑物的正常施工以及安全使用，對(duì)高層建筑定期開(kāi)展沉降監(jiān)測(cè)并對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行預(yù)測(cè)分析已成為工程項(xiàng)目的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

1 工程概況及其地質(zhì)條件

1.1 工程概況

某建筑位于武漢市武昌區(qū)，總建筑面積58 532.5 m2，其中地下面積16 547.2 m2，地上41 985.3 m2；建筑物主要屋面高度101.3 m。本工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)，地上34層(另有出屋面的電梯間和水箱間共2層)，地下5層；基礎(chǔ)形式為天然地基上的平板式筏基，基底標(biāo)高為-20.15 m。本工程地下室東北側(cè)為三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)堤，東、南、西三面與后期施工的2層地下商業(yè)及車(chē)庫(kù)相連，東面為規(guī)劃網(wǎng)球中心室外訓(xùn)練場(chǎng)，西面為規(guī)劃體育場(chǎng)室外訓(xùn)練場(chǎng)地。

1.2 地質(zhì)條件

為保證擬建建筑以及周?chē)ㄖ姆€(wěn)定和安全，并全面反映出建筑物地基的變形特征和規(guī)律，首先需對(duì)場(chǎng)地的地質(zhì)條件進(jìn)行分析，為布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)提供依據(jù)，本工程的地質(zhì)勘察報(bào)告見(jiàn)表1。

2 沉降監(jiān)測(cè)方案

2.1 布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目的布局特點(diǎn)和周邊環(huán)境，共布置基準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)，各點(diǎn)均埋設(shè)在施工影響范圍之外，且間距不大于100 m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)各基準(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)構(gòu)成閉合圖形，方便閉合檢校。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在建筑物的四角處以及沉降縫的兩側(cè)，沿建筑外墻每隔20 m間距也相應(yīng)布置，一共布設(shè)20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置見(jiàn)圖1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)

圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

2.3 觀測(cè)方法和精度要求

采用電子水準(zhǔn)儀組成閉合水準(zhǔn)路線(xiàn)往返觀測(cè)，首次觀測(cè)應(yīng)在觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固后及時(shí)進(jìn)行，觀測(cè)應(yīng)自地上一層開(kāi)始，澆筑一層砼前，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的觀測(cè)點(diǎn)位置、標(biāo)高進(jìn)行預(yù)埋，砼澆筑后，采用DSZ2精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，要求每次監(jiān)測(cè)必須采用相同的儀器和觀測(cè)方法，并且固定觀測(cè)和立尺人員。

2.4 觀測(cè)周期

施工期間：主體結(jié)構(gòu)每升高一層進(jìn)行一次觀測(cè)，直到竣工為止；工程竣工后：每間隔三個(gè)月觀測(cè)一次，一直到主體結(jié)構(gòu)沉降穩(wěn)定為止。對(duì)于突然發(fā)生嚴(yán)重裂縫或大量沉降的特殊情況，應(yīng)增加觀測(cè)次數(shù)。在沉降觀測(cè)期間，應(yīng)定期對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

我隊(duì)從2017年9月1日進(jìn)行首次監(jiān)測(cè)，2018年7月1日完成最后一次監(jiān)測(cè)，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)一共監(jiān)測(cè)5次，主樓沉降監(jiān)測(cè)計(jì)42次，裙樓沉降觀測(cè)19次。根據(jù)連續(xù)監(jiān)測(cè)的情況，選擇主樓東側(cè)LZ40、LZ41、LZ42、LZ42-1、LZ42-2 和西側(cè)LZ43、LZ44、LZ45、LZ46共9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行分析，繪制監(jiān)測(cè)結(jié)果過(guò)程曲線(xiàn)圖(見(jiàn)圖2)。

圖2 監(jiān)測(cè)結(jié)果過(guò)程曲線(xiàn)圖

3.1 監(jiān)測(cè)分析

從監(jiān)測(cè)結(jié)果過(guò)程曲線(xiàn)圖分析得出，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)比較明顯，隨著建筑物主體的逐漸升高，荷載不斷增加，沉降量隨之增大，在主體結(jié)構(gòu)施工完成后，沉降曲線(xiàn)趨于穩(wěn)定，沉降進(jìn)入穩(wěn)定期。

利用建筑物傾斜值計(jì)算公式：

q=(Ha-Hb)/Lab(1)

式(1)中Ha、Hb為a、b兩點(diǎn)的累計(jì)沉降值，Lab為ab點(diǎn)之間的距離。根據(jù)沉降數(shù)據(jù)計(jì)算出主樓東西兩側(cè)傾斜值的結(jié)果為1.5×10-4，滿(mǎn)足GB50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.4條的規(guī)定，高層建筑在高度大于100 m時(shí)因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜值應(yīng)小于2.0×10-3。

3.2 預(yù)測(cè)最終沉降量

應(yīng)用指數(shù)曲線(xiàn)模型法來(lái)預(yù)測(cè)該建筑物的最終沉降量，指數(shù)曲線(xiàn)模型是一種經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)法，該方法假設(shè)地基沉降增長(zhǎng)的速率為負(fù)指數(shù)曲線(xiàn)形式，公式為：

S=S∞-(S∞-Sa)e(ta-t)/ η(2)

式(2)中：S∞為最終沉降量；ta、Sa為任意時(shí)刻擬合曲線(xiàn)上的觀測(cè)時(shí)間與沉降量；η為參照實(shí)測(cè)值求得的參數(shù)。將已知數(shù)據(jù)代入到公式(2)中，計(jì)算求得任意時(shí)刻的沉降值，為了驗(yàn)證預(yù)測(cè)沉降值的準(zhǔn)確性，選用最近監(jiān)測(cè)的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，將預(yù)測(cè)的沉降值與最后一次實(shí)測(cè)沉降量進(jìn)行比較，差值在很小的范圍內(nèi)，說(shuō)明預(yù)測(cè)值基本準(zhǔn)確，建筑物沉降趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

高層建筑物的沉降監(jiān)測(cè)難以借鑒以往的經(jīng)驗(yàn)，也很難從理論上找到定量分析和預(yù)測(cè)的方法，因此，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。本文通過(guò)實(shí)例介紹了沉降監(jiān)測(cè)的整個(gè)過(guò)程，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，總結(jié)了沉降變化的規(guī)律，最終得出以下兩點(diǎn)結(jié)論：

(1)高層建筑的沉降具有明顯的階段性，與施工荷載和時(shí)間呈正相關(guān)。應(yīng)用指數(shù)曲線(xiàn)模型可以預(yù)測(cè)最終沉降量，通過(guò)與最后一次觀測(cè)的沉降值相比較，該模型預(yù)測(cè)的最終沉降量比較準(zhǔn)確。

(2)通過(guò)對(duì)高層建筑物沉降變化規(guī)律的分析，對(duì)選擇最佳基礎(chǔ)方案具有指導(dǎo)意義。