高層建筑工程沉降觀測技術(shù)的應(yīng)用分析

朱揚揚 馬 趕 劉可濤

（青島市海陸地理信息集成與應(yīng)用工程研究中心，山東青島 266000）

隨著我國城市化建設(shè)步伐不斷加快，高層建筑的數(shù)量逐漸增加，帶來了較多問題，建筑物沉降是較為常見的問題。建筑物沉降不均勻影響了施工進度與質(zhì)量，施工過程中隨著地上載荷的增加，地基壓縮形變，地基結(jié)構(gòu)受到破壞。為了避免出現(xiàn)以上問題，需要在建筑工程開工前做好地基承載能力數(shù)據(jù)的建模工作，并在建筑工程的施工中或施工后，觀測沉降量，及時發(fā)現(xiàn)工程中問題，做好補救措施，避免影響后續(xù)建筑工程施工。

1 高層建筑物的沉降觀測

1.1 產(chǎn)生沉降的原因

軟弱地基的存在導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生沉降，軟弱地基具有高壓縮性的特點，土壤比較松散，易發(fā)生塌陷，軟弱地基的承載能力比正常地基弱，易引起沉降現(xiàn)象發(fā)生。

高層建筑物的重量超出地基承受能力的范圍，高層建筑在施工前，已做好相關(guān)地質(zhì)勘察、地基承載力的分析，若在實際施工的過程中，出現(xiàn)地基承載能力超負(fù)荷或鄰近承載負(fù)荷極限的情況時，施工團隊?wèi)?yīng)及時修復(fù)承載負(fù)荷情況，確保建筑物的承受重量在地基的承載能力范圍內(nèi)，方可繼續(xù)進行施工。

1.2 沉降觀測的目的

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑物在施工的過程中，地基的承載壓力越來越大，導(dǎo)致地基和地基周圍的環(huán)境發(fā)生變化，不同建筑物間載荷壓力相互疊加，嚴(yán)重影響建筑物在施工期間的安全。工作人員在施工期間應(yīng)重視建筑物的沉降觀測，沉降觀測可預(yù)防不正常沉降、不均勻沉降對建筑物整體結(jié)構(gòu)的影響。

1.3 高層建筑物沉降觀測的重點

（1）合理評估施工現(xiàn)場的環(huán)境。

①施工單位在選址前進行現(xiàn)場勘測，全面了解現(xiàn)場地塊的歷史資料及地層資料，分析第四系埋深，整理現(xiàn)場周邊地質(zhì)破碎帶情況。

②高層建筑物在進行施工前，地勘、評估人員需要使用科學(xué)方法對施工環(huán)境進行檢測及評估，根據(jù)檢測和評估的結(jié)果選擇地基施工方式，根據(jù)施工方式調(diào)整建筑設(shè)計，確保符合地基承重能力。

（2）高層建筑物的測點布設(shè)。

高層建筑物測點布設(shè)應(yīng)充分考慮建筑設(shè)計的承重載荷分布，依據(jù)其分布情況合理布設(shè)測點，測點點位布設(shè)應(yīng)均勻分布在建筑物周圍。同時考慮建筑承重受力分布情況，將點位布設(shè)在易發(fā)生沉降的位置，特殊位置應(yīng)布設(shè)差異沉降監(jiān)測點，重點關(guān)注建筑物差異沉降情況，觀測過程應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范采取“三固定”原則。

（3）發(fā)現(xiàn)問題、及時處理。

建筑物施工過程中，對均勻沉降要求較為寬泛，如果不均勻沉降達到一定限度，會引起建筑物的樓面傾斜、墻體開裂、主體破壞等情況。因此，應(yīng)重視沉降監(jiān)測，通過科學(xué)合理的點位布設(shè)及觀測方法，及時對不均勻沉降現(xiàn)象提出預(yù)警，并采取補救措施，確保工程的質(zhì)量。

2 高層建筑沉降觀測步驟

2.1 基準(zhǔn)點布設(shè)、監(jiān)測點布設(shè)

高層建筑沉降觀測基準(zhǔn)點的布設(shè)，應(yīng)充分考慮建筑物的實際情況及周邊環(huán)境，點位的布設(shè)應(yīng)設(shè)置在變形區(qū)外不易發(fā)生形變或被破壞的區(qū)域。點位布設(shè)應(yīng)向下連接至基巖，點位間的距離應(yīng)適中，不互相影響又便于相互聯(lián)測檢核。高層建筑工程在施工中常遇到建筑結(jié)構(gòu)面發(fā)生變化的情況，因此，加強與設(shè)計單位及施工單位的溝通較為重要。在布設(shè)降點位過程中，應(yīng)重視基坑開挖或回填等過程，避免監(jiān)測點位被破壞或無法施測等情況發(fā)生。

2.2 基準(zhǔn)點聯(lián)測

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，遵循經(jīng)濟適用原則，與待測建筑的距離應(yīng)大于該建筑基礎(chǔ)最大深度的2倍范圍以外。布設(shè)3個以上高程基準(zhǔn)點，1個基準(zhǔn)點作為項目的高程起算點，利用二等水準(zhǔn)聯(lián)測各高程基準(zhǔn)點，形成閉合環(huán)，建立獨立的高程控制網(wǎng)。基準(zhǔn)點穩(wěn)定后（一般情況不少于7 d），可進行基準(zhǔn)點的聯(lián)測工作，初次水準(zhǔn)聯(lián)測不少于兩次獨立觀測，滿足閉合差要求后，通過數(shù)據(jù)平差，確定基準(zhǔn)點高程值。

2.3 “三固定”方式沉降觀測

應(yīng)在點位確定牢固后開展沉降點位的觀測工作，監(jiān)測工作需在符合技術(shù)要求的前提下，做好儀器選取、人員安排、測量路線計劃工作，依據(jù)觀測精度要求確定觀測方式，嚴(yán)格按照相關(guān)作業(yè)規(guī)范要求進行操作。在測量過程中應(yīng)重視固定儀器、固定人員、固定觀測路線等，確保滿足監(jiān)測要求。

2.4 數(shù)據(jù)平差及穩(wěn)定性分析

測量結(jié)束后需參考國家二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求，使用處理軟件進行數(shù)據(jù)平差，計算往返測高差不符值、每公里高差偶然中誤差、附和路線或環(huán)線閉合差、基準(zhǔn)點高程。首期基準(zhǔn)點測量和每期復(fù)測后，應(yīng)進行數(shù)據(jù)處理，獲得各期基準(zhǔn)點的高程。沉降觀測時，應(yīng)根據(jù)測量結(jié)果對基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性進行檢驗分析?；鶞?zhǔn)點復(fù)測周期應(yīng)根據(jù)所在位置的穩(wěn)定性情況進行確定，在建筑物施工過程中，每2個月復(fù)測1次，施工結(jié)束后應(yīng)每季度或每半年復(fù)測1次。

2.5 匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)

沉降觀測工作是一項周期性、時效性的工作，時間跨度較大，每次觀測成果的時效性較強。在沉降量計算及報告整理中，應(yīng)嚴(yán)格按照實際的記錄情況，及時統(tǒng)計單次、累計變化結(jié)果，對比均勻、不均勻沉降的測量限差，接近限差要求時，應(yīng)及時提出預(yù)警，啟動應(yīng)急預(yù)案。同時，對監(jiān)測數(shù)據(jù)輔以荷載變化和時間數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)籌分析，確定統(tǒng)計數(shù)據(jù)的直觀可分析性。

3 高層建筑工程沉降觀測技術(shù)應(yīng)用的案例分析

3.1 工程簡介

工程為高層住宅小區(qū)，以1棟樓為主，層高為32層，建筑物長43 m，寬19 m，樓體為全剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2 沉降觀測實踐

（1）設(shè)置基準(zhǔn)點和觀測點。

為了保證監(jiān)測結(jié)果基準(zhǔn)統(tǒng)一，在變形區(qū)以外應(yīng)設(shè)置3個基準(zhǔn)點、1個工作基點，建立變形觀測控制網(wǎng)，通過基準(zhǔn)點聯(lián)測確定其穩(wěn)定情況?；鶞?zhǔn)點的埋設(shè)應(yīng)采用植筋膠植入建筑承重柱側(cè)面，共設(shè)置6個沉降觀測點。

（2）制定基準(zhǔn)點及建筑物觀測周期。

在樓棟建筑過程中，觀測周期為層數(shù)每加高2層觀測一次，主體完工后每季度一次，從第二年開始每半年一次，直至沉降趨于穩(wěn)定。觀測限差需要符合《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8—2016）文件內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)。基準(zhǔn)點復(fù)測周期為建筑物施工過程中2個月復(fù)測1次，施工結(jié)束后每半年復(fù)測1次?；鶞?zhǔn)點聯(lián)測高程差值小于0.6 mm，該基準(zhǔn)點穩(wěn)定，可直接使用原高程成果；若大于0.6 mm，基準(zhǔn)點不穩(wěn)定，無法滿足監(jiān)測的需要，應(yīng)使用新成果。

針對被破壞的基準(zhǔn)點，應(yīng)及時進行同精度恢復(fù)，已不具備恢復(fù)條件時，需結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行重新布設(shè)，提供中間成果，在定期完成基準(zhǔn)點聯(lián)測后，提供統(tǒng)一平差成果。

（3）觀測技術(shù)和觀測要求。

監(jiān)測工作需使用同一設(shè)備進行測量；往返觀測應(yīng)固定一個觀測路線；觀測工作不應(yīng)在惡劣情況下進行；觀測的儀器應(yīng)遠離存在振動影響的設(shè)備；觀測過程中需詳細(xì)記錄觀測數(shù)據(jù)，嚴(yán)禁涂改觀測記錄。

（4）資料的分析和整理。

觀測工作開展時，應(yīng)同時記錄建筑載荷情況、觀測時間、天氣等相關(guān)信息，觀測工作結(jié)束后，統(tǒng)一平差，計算各監(jiān)測點的高程值。與往期數(shù)據(jù)進行比對，計算單次、累計沉降量，對比限差要求，生成沉降曲線圖，完成相關(guān)成果的整理及報告提交，達到預(yù)警值并確保監(jiān)測數(shù)據(jù)無誤后，啟動預(yù)警。100 d的變化速率為0.01～0.04 mm/d，連續(xù)兩次半年沉降量≤2 mm時，該建筑物已進入穩(wěn)定階段。

3.3 觀測結(jié)果不合理的原因分析

外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，數(shù)據(jù)整理過程中易出現(xiàn)一些觀測數(shù)據(jù)異常波動情況發(fā)生。

（1）觀測值的數(shù)據(jù)突變。

①建筑物發(fā)生下沉、上升情況，應(yīng)確?；鶞?zhǔn)點、工作基點的準(zhǔn)確性，避免破壞基準(zhǔn)點、工作基點。

②建筑物中某個監(jiān)測點高程值發(fā)生突變，應(yīng)先檢查監(jiān)測點的完整情況，通過檢核鄰近監(jiān)測點高差，確定觀測成果準(zhǔn)確性，檢查無誤后，依據(jù)突變大小進行相應(yīng)處理。

（2）曲線表現(xiàn)為階梯狀或者是波動起伏狀。

在正常的情況下，沉降觀測出現(xiàn)的波動值幅度較小，且與觀測方式有關(guān)，在測量中誤差附近波動，屬于正?，F(xiàn)象。高層建筑施工過程中，由于地上負(fù)載增加，地基及各層建筑受到的垂直壓力不斷變化，數(shù)據(jù)會表現(xiàn)為階梯狀波動，但整體沉降趨勢較為明顯，具有典型的階梯狀特性。工作人員應(yīng)合理設(shè)置觀測方式方法，確保波動起伏情況不掩蓋階梯狀變化特性，通過提高作業(yè)人員的作業(yè)質(zhì)量、觀測精度，可提升監(jiān)測水平，需要統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟等各項因素，科學(xué)設(shè)置觀測方式方法，合理配置人員設(shè)備，確保監(jiān)測工作的完整性、有效性。

4 結(jié)語

高層建筑物的出現(xiàn)，提高了土地集約利用效率，方便了城市合理優(yōu)化配置公共資源，提高了居民的生活質(zhì)量。高層建筑的沉降成為影響城市發(fā)展的隱形因素，應(yīng)在施工前期進行大量勘察，在施工中或施工后持續(xù)高質(zhì)量的監(jiān)測，確定建筑的變形量穩(wěn)定在可控的范圍內(nèi)，推進城市持續(xù)發(fā)展，為人們營造一個安全舒適的居住環(huán)境。