高層建構(gòu)筑物沉降觀測關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

向東　楊樂虹

摘? 要：文章以某高層建（構(gòu)）筑物為例，詳細(xì)闡述了建筑物沉降觀測的方案設(shè)計、監(jiān)測實施、數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測報告等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究，以期為建（構(gòu)）筑物的沉降觀測工作實施提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：建筑物;沉降觀測;監(jiān)測報告;應(yīng)用研究

中圖分類號：TU433? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0182-03

Abstract： Taking a high-rise building as an example， this paper expounds in detail the application and research of the key technologies of building settlement observation， such as scheme design， monitoring implementation， data analysis， monitoring report and so on， in order to provide some reference for the implementation of settlement observation of buildings （structures）.

Keywords： building; settlement observation; monitoring report; application research

引言

隨著社會對高層建筑物的安全性要求不斷提高，建筑物沉降觀測也越來越被重視，因此，根據(jù)建筑物的情況設(shè)計一個合理的建筑物沉降觀測技術(shù)方案尤為重要[1]。準(zhǔn)確和可靠的觀測成果能夠保證建筑物的施工和運(yùn)營的安全[2]。雖然變形監(jiān)測分為水平位移和垂直位移，但涉及高層建筑物的主要是垂直位移，即建筑物的沉降觀測。

1 方案設(shè)計

1.1 基本技術(shù)要求

工作開始前，應(yīng)收集建（構(gòu)）筑物及周圍相關(guān)的地質(zhì)資料，針對建筑物的特點、測區(qū)條件以及任務(wù)要求，設(shè)計沉降觀測方案，包括監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)，監(jiān)測等級、監(jiān)測周期（確保每期的觀測要求相同）、項目預(yù)警值以及儀器設(shè)備的確定，監(jiān)測實施等。

1.2 監(jiān)測等級及精度

變形監(jiān)測的等級及精度要求決定于建筑物設(shè)計時確定的變形允許值大小，只有建（構(gòu)）筑物的沉降值不超過變形允許值，才能確保工程的安全。變形監(jiān)測中的觀測值中誤差應(yīng)小于變形允許值的1/10～1/20，而建筑物的設(shè)計一般都要求變形允許值，但也有例外。因此，我們要嚴(yán)格執(zhí)行《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016），高層建（構(gòu)）筑物沉降觀測的變形測量級別為二級，觀測點測站高差中誤差為0.5mm。

1.3 監(jiān)測網(wǎng)點布設(shè)

1.3.1 變形監(jiān)測網(wǎng)點

（1）基準(zhǔn)點，是變形監(jiān)測的基準(zhǔn)，必須布設(shè)在變形影響區(qū)域外且穩(wěn)固可靠的位置。

（2）工作基點，是能直接測定觀測點的控制點，在一個周期內(nèi)應(yīng)保持穩(wěn)定，可選在便于使用且穩(wěn)固的位置。

（3）變形監(jiān)測點，布設(shè)在建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等能反映變形特征的敏感位置，觀測標(biāo)志采用隱蔽式沉降觀測標(biāo)志。

1.3.2 監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)

監(jiān)測（高程）基準(zhǔn)網(wǎng)由基準(zhǔn)點和工作基點組成，每半年要復(fù)測一次。當(dāng)對監(jiān)測成果的可靠性產(chǎn)生懷疑時，應(yīng)及時檢核基準(zhǔn)網(wǎng)。高程基準(zhǔn)網(wǎng)，采用二級（等）水準(zhǔn)測量方法觀測，布設(shè)成內(nèi)部閉合環(huán)。

1.3.3 變形監(jiān)測網(wǎng)

變形監(jiān)測網(wǎng)由部分基準(zhǔn)點、工作基點和變形觀測點組成。變形觀測點要布設(shè)在各建（構(gòu)）筑物變形比較敏感的部位。

1.4 監(jiān)測周期確定

監(jiān)測周期的確定應(yīng)根據(jù)建（構(gòu)）筑物的沉降特征、沉降速率、觀測精度及外界影響因素等綜合確定。監(jiān)測過程中，建（構(gòu)）筑物發(fā)生顯著變化時，應(yīng)及時增加觀測次數(shù)。

2 變形監(jiān)測實施

2.1 技術(shù)路線

利用已有測繪成果資料或在測區(qū)內(nèi)選取高程基準(zhǔn)點，水準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測進(jìn)行二級（等）水準(zhǔn)測量建立高程基準(zhǔn)網(wǎng)，然后利用精密水準(zhǔn)儀（LeicaDNA03電子水準(zhǔn)儀）通過測量各變形監(jiān)測點的高差等觀測值來測定變形，從而完成對工作基點、變形觀測點的周期性觀測。

2.2 高程基準(zhǔn)網(wǎng)測量

2.2.1 高程基準(zhǔn)點的埋設(shè)

本文以某高層建筑物的沉降觀測為例，在高層建筑物區(qū)域外、位置穩(wěn)定、易于長期保存的區(qū)域埋設(shè)4個高程基準(zhǔn)點和工作基點，埋設(shè)的基準(zhǔn)點應(yīng)該易于安裝標(biāo)尺，便于進(jìn)行水準(zhǔn)測量。

2.2.2 水準(zhǔn)觀測

（1）水準(zhǔn)觀測按照二級水準(zhǔn)測量的觀測方式，有關(guān)技術(shù)要求應(yīng)符合表1、2的規(guī)定：

（2）水準(zhǔn)記錄采用儀器內(nèi)置的專業(yè)水準(zhǔn)記錄軟件，實現(xiàn)電子記錄。

（3）外業(yè)觀測要求。二級水準(zhǔn)的觀測方法按照二等水準(zhǔn)的觀測方法，各測段均進(jìn)行往返測，返測與往測觀測順序相反。往測時：奇數(shù)站為后-前-前-后順序、偶數(shù)站為前-后-后-前順序;返測時：奇數(shù)站為前-后-后-前順序、偶數(shù)站為后-前-前-后順序。

一般觀測要求按照規(guī)范執(zhí)行。如果在各期監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)的相鄰監(jiān)測點之間的高差變動大、附近建筑物基礎(chǔ)、墻體等出現(xiàn)裂縫等情況，應(yīng)做好巡查記錄，立即向甲方報告情況，及時采取相應(yīng)措施。

2.2.3 基準(zhǔn)點高程計算

（1）因觀測區(qū)域范圍較小，計算時在觀測的測段高差中不加入任何改正，取各次觀測平均值。

（2）利用已有成果或選擇一個基準(zhǔn)點作為起算數(shù)據(jù)，用平差易2005軟件錄入水準(zhǔn)測量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計算，得到各基準(zhǔn)點高程。

2.3 變形監(jiān)測點測量

2.3.1 變形觀測點的埋設(shè)要求

（1）變形觀測點應(yīng)布置在便于觀測和長期保存的位置。

（2）變形觀測點的埋設(shè)：主要建（構(gòu)）筑物的每個敏感位置均布設(shè)一個沉降觀測點，標(biāo)志埋設(shè)在主要建（構(gòu)）筑物墻體內(nèi)，標(biāo)心采用長150mm×20mm的圓鋼制作而成，外露50-70mm。

（3）甲方需協(xié)助乙方完成工作基點和變形監(jiān)測點的設(shè)置安裝工作，同時保證工作基點和變形監(jiān)測點不能被破壞，還應(yīng)保證乙方的監(jiān)測人員順利進(jìn)入現(xiàn)場以及工作時的安全。

2.3.2 監(jiān)測點觀測方法

高層建筑物監(jiān)測點觀測按二級變形測量的精度要求施測，觀測要求與“2.2高程基準(zhǔn)網(wǎng)測量”一致。

沉降觀測點采用LeicaDNA03型電子水準(zhǔn)儀，配合條碼尺，采用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行外業(yè)觀測作業(yè)。水準(zhǔn)路線以高程基準(zhǔn)點作為起始點，經(jīng)各沉降觀測點，回到原高程基準(zhǔn)點，組成閉合環(huán)。測站的觀測在本站各項限差不超限時，繼續(xù)下一站觀測。對水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，獲得各監(jiān)測點的高程值。某高層建筑物的成果數(shù)據(jù)見表3。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 觀測數(shù)據(jù)處理

每期變形觀測結(jié)束后，剔除有粗差的觀測數(shù)據(jù)，檢查作為起算點的基準(zhǔn)點穩(wěn)固情況，確保觀測數(shù)據(jù)、起算點準(zhǔn)確無誤。采用嚴(yán)密的平差計算方法，對獲取的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，再計算各種變形量。利用變形量數(shù)據(jù)，進(jìn)行變形分析，也可建立變形模型，對引起變形的原因做出分析和解釋，對變形的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)估。

3.2 監(jiān)測資料分析

（1）作圖分析，將觀測數(shù)據(jù)按時間順序繪制成過程線。

（2）統(tǒng)計分析，用統(tǒng)計方法計算各觀測物理量，分析觀測物理量的變化規(guī)律、周期性、相關(guān)性和發(fā)展趨勢。

（3）對比分析。將監(jiān)測網(wǎng)的周期觀測數(shù)據(jù)、觀測成果進(jìn)行匯總，然后用Excel處理，計算監(jiān)測點的高程，將每次觀測數(shù)據(jù)與上次觀測數(shù)據(jù)、首次觀測數(shù)據(jù)對比，以及周期間的疊合分析，得到各監(jiān)測點的垂直沉降值，繪制沉降值曲線圖，以便更好的反映各期下沉情況，對其進(jìn)行相關(guān)分析，確定變形過程和趨勢[3]。圖1是某高層建筑物的沉降值數(shù)據(jù)以及沉降值曲線圖。

4 監(jiān)測報告

監(jiān)測報告是反映建筑物沉降觀測結(jié)論性的報告，對建筑物的施工及運(yùn)營安全具有實際指導(dǎo)意義。

監(jiān)測報告主要有項目的工程概況、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、采用基準(zhǔn)、監(jiān)測項目、監(jiān)測等級及精度、監(jiān)測方法、監(jiān)測成果質(zhì)量評價、各監(jiān)測項目的變形監(jiān)測成果、結(jié)論與建議。其中，結(jié)論與建議是監(jiān)測報告中最重要的一環(huán)，本文中建筑物沉降觀測的結(jié)論可以如下描述：

由各期變形監(jiān)測數(shù)據(jù)成果可知：

在4月15日-12月1日的監(jiān)測過程中，所有變形監(jiān)測點最后100d最大沉降速率：0.017mm/d。

由上述數(shù)據(jù)可知，所有監(jiān)測項目的變形監(jiān)測點最后100d的最大沉降速率均小于0.04mm/d。根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2016）中“建筑沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)可由沉降量與時間關(guān)系曲線判定。當(dāng)最后100d的最大沉降速率小于0.04mm/d時，可認(rèn)為已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)”[4]。因此，經(jīng)判定得出結(jié)論：該高層建筑物變形監(jiān)測點的變形（沉降）已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)束語

本文闡述了在高層建（構(gòu)）筑物沉降觀測中的方案設(shè)計、監(jiān)測實施、數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測報告等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究，已在多個項目中實際應(yīng)用，以其為沉降觀測工作實施提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王貴滿.基于Surfer與Grapher的沉降觀測繪圖分析[J].測繪與空間地理信息，2018（3）：159-162.

[4]JGJ 8-2016.建筑變形測量規(guī)范[S].北京：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2016.