中軟土地區(qū)高層建筑物沉降監(jiān)測(cè)及穩(wěn)定性探析

李愛國 (蘇州市八都建筑有限公司,江蘇 蘇州 215200)

1 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城區(qū)人口基數(shù)迅速增加，土地資源的稀缺性使得現(xiàn)階段住宅小區(qū)的開發(fā)主要以高層住宅為主，容積率普遍大于2.0。高層建筑如春筍般迅速建成，但是隨著高層建筑物的增加，也帶來了一定的安全隱患，其中高層建筑物的沉降是主要關(guān)注的問題之一。高層建筑物在建造過程中，隨著上部主體荷載的增加，勢(shì)必會(huì)造成結(jié)構(gòu)的下沉，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的建筑造型、不均勻的地質(zhì)條件、各異的柱荷載、相鄰建筑的相互作用、外力荷載及地下水位的突變等均可能會(huì)造成建筑物的沉降。因此，為了杜絕安全隱患的發(fā)生，保證高層建筑物施工期間的安全，在建筑物的施工及運(yùn)營期間，對(duì)其進(jìn)行周期性的沉降監(jiān)測(cè)，根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，獲得建筑物的沉降變形數(shù)據(jù)，經(jīng)分析及預(yù)測(cè)后可了解建筑變形的細(xì)節(jié)，并采取相應(yīng)的措施糾正建筑物變形，不僅可有效預(yù)防事故的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失，確保施工的順利進(jìn)行，還可以避免建筑物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫及主體結(jié)構(gòu)的破壞。

2 高層建筑物的沉降監(jiān)測(cè)方法

2.1 沉降變形計(jì)算模型

監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)網(wǎng)的沉降量是監(jiān)測(cè)工作的主要內(nèi)容，針對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)a的第i次沉降監(jiān)測(cè)的沉降量可以表述：

第i次監(jiān)測(cè)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的平均沉降量：

監(jiān)測(cè)點(diǎn)i的沉降速率：

公式（1）～（3）中，Wa為監(jiān)測(cè)點(diǎn)a點(diǎn)的沉降量（mm）；Ha0及Hai分別為監(jiān)測(cè)點(diǎn)a的第一次及第i次觀測(cè)時(shí)的高程（m）；Wa’為第i次監(jiān)測(cè)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)的平均沉降量，Wij及Wij-1分別代表第j次及第j-1次監(jiān)測(cè)時(shí)i點(diǎn)的沉降量（mm），D為監(jiān)測(cè)點(diǎn)i兩次觀測(cè)的間隔天數(shù)（d），Vi為監(jiān)測(cè)點(diǎn)i的日沉降速率（mm/d）。

2.2 沉降監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

高層建筑物的基礎(chǔ)土層在受到上部荷載作用下，逐步壓縮，土質(zhì)不同，建筑物的沉降現(xiàn)象也不同，一般而言，黏性土地基建筑物沉降發(fā)生在施工完成后，而砂類土地基建筑物沉降主要集中在施工期間。因此，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)需綜合考慮地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)形式及施工周期。在觀測(cè)精度相同的條件下，施工期間的監(jiān)測(cè)頻率一般為1d、3d或7d，竣工之后的監(jiān)測(cè)周期可設(shè)置為1～2個(gè)月，施工期間可根據(jù)荷載分布情況靈活安排監(jiān)測(cè)次數(shù)，建議先將觀測(cè)點(diǎn)選取后做固定處理并進(jìn)行第一次初值監(jiān)測(cè)，隨后根據(jù)荷載的變化分期監(jiān)測(cè)，直至沉降穩(wěn)定。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)建議采用Φ20鋼筋制作成L型彎頭，水平段長(zhǎng)約6cm，垂直段長(zhǎng)約4cm，端頭可用砂輪機(jī)打磨成錐形，錐尖即為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，或直接購買預(yù)制監(jiān)測(cè)點(diǎn)更為方便，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置需有標(biāo)牌提示，嚴(yán)禁隨意破壞監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)大樣圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)大樣圖

3 高層建筑沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 工程概況

項(xiàng)目以南通市崇川區(qū)某新建住宅小區(qū)為例，該項(xiàng)目有6棟11F單體組成，總建筑面積12495m2，半地下室，室外設(shè)計(jì)標(biāo)高為4.95m（85高程），地下室底板標(biāo)高 3.90m，III類場(chǎng)地，抗震等級(jí)為7度，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為粉砂層。本工程為高層住宅項(xiàng)目，本地區(qū)該類建筑物一般采用樁基方案，但本工程施工周期較短，且根據(jù)檢測(cè)單位坑底檢測(cè)報(bào)告，基礎(chǔ)持力層粉砂層的靜載荷試驗(yàn)結(jié)果為承載力特征值160kPa，可滿足筏板基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，11F高層住宅采用天然地基的基礎(chǔ)方案在中軟土地區(qū)比較少見。

由于本工程基礎(chǔ)方案在本地區(qū)建設(shè)項(xiàng)目中運(yùn)用較少，因此需重視施工期間建筑物的沉降量，施工期間根據(jù)層數(shù)及荷載的增加，分階段監(jiān)控建筑物的沉降量，對(duì)于出現(xiàn)異常沉降點(diǎn)應(yīng)及時(shí)采取措施，確保建筑物施工期間的安全。

3.2 監(jiān)測(cè)精度及穩(wěn)定性

本工程共設(shè)置3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（分別為BM1、BM2及BM3），水準(zhǔn)基點(diǎn)選擇在穩(wěn)定性好、堅(jiān)固、無變形的位置，儀器采用蘇州一光DSZ2+FS1自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和銦鋼標(biāo)尺（精度±0.5mm），監(jiān)測(cè)期間采用二等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行施測(cè)。

根據(jù)施工期間沉降監(jiān)測(cè)方案，在每棟建筑物的4個(gè)角點(diǎn)及長(zhǎng)邊中點(diǎn)處各布設(shè)6個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)高度選在距離室內(nèi)地面標(biāo)高上20cm位置，監(jiān)測(cè)時(shí)間從2017年5月6日-2018年9月12日，歷時(shí)約16個(gè)月。本文以該住宅區(qū)4#樓為例，對(duì)施工期的沉降監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析，4號(hào)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置見圖2所示。

圖2 4號(hào)樓沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置平面圖

4 沉降監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定性復(fù)核

水準(zhǔn)基點(diǎn)是整個(gè)項(xiàng)目沉降觀測(cè)工作的基準(zhǔn)，需具備較高可靠性及穩(wěn)定性的要求，本工程在項(xiàng)目北側(cè)共布設(shè)了3個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，構(gòu)成水準(zhǔn)附合路線，2017年5月6日對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行初測(cè)，2018年2月底對(duì)水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行了校驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性分析如表1所示。

水準(zhǔn)基點(diǎn)穩(wěn)定性分析結(jié)果 表1

根據(jù)水準(zhǔn)基點(diǎn)穩(wěn)定性校驗(yàn)結(jié)果，本項(xiàng)目水準(zhǔn)基點(diǎn)的兩期高差插值滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）的限差要求，穩(wěn)定性滿足本工程測(cè)量要求。實(shí)際施工監(jiān)測(cè)過程中，若發(fā)現(xiàn)水準(zhǔn)基點(diǎn)穩(wěn)定性及可靠性出現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)對(duì)其高程值進(jìn)行修正，保證項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 沉降變形分析

對(duì)4號(hào)樓施工期間的部分沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，分別繪制了1#～6#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量及沉降速率曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 1#～6#沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量圖

圖4 1#～6#沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率圖

根據(jù)4號(hào)樓的監(jiān)測(cè)成果可知，1#～6#監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大沉降量為23.69mm（6#監(jiān)測(cè)點(diǎn)），最小沉降量為22.61mm（2#監(jiān)測(cè)點(diǎn)），平均累計(jì)沉降量為22.89mm，以均勻沉降為主。施工期間，由于本工程采用了筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高位于粉砂土上，當(dāng)基礎(chǔ)施工完成后，隨著上部荷載的增加，基礎(chǔ)下主要受力土層被壓縮，土顆粒間間隙減小，再加上基坑施工過程中的降水影響，土層在自重應(yīng)力作用下亦有所變形，因此各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量逐漸增大。在監(jiān)測(cè)初期在自重應(yīng)力及附加應(yīng)力雙重作用下沉降速率較大，而隨著施工的進(jìn)行，土層由于降水產(chǎn)生的自重應(yīng)力引起的地基沉降逐漸穩(wěn)定，此時(shí)由上部荷載引起的附加應(yīng)對(duì)建筑物沉降起到主導(dǎo)作用，該階段沉降繼續(xù)發(fā)生，且各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率接近穩(wěn)定。從累計(jì)沉降量的發(fā)展趨勢(shì)看，隨著施工的進(jìn)行，累計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)間360d左右，1#～6#監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量開始趨于穩(wěn)定，變化較小，且從沉降速率曲線看，360d后的沉降速率迅速減小且趨于平穩(wěn)，說明該建筑物在大樓封頂（2018年4月3日）后約1個(gè)月內(nèi)仍有沉降發(fā)生，無外部荷載增加，建筑物的沉降速率明顯減小，逐步進(jìn)入穩(wěn)步沉降階段，建筑物沉降大部分發(fā)生在施工階段，而裝修階段的沉降量較小，但仍不可忽視，本項(xiàng)目封頂后1個(gè)月內(nèi)的沉降速率為（0.0395mm/d～0.051mm/d），未 達(dá) 到《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）中規(guī) 定 的“ 沉降 速率 小 于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，仍需進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

當(dāng)建筑物封頂后進(jìn)行內(nèi)部水電安裝及裝修階段時(shí)，地基沉降量也趨于平穩(wěn)，監(jiān)測(cè)日400d～480d期間累計(jì)沉降量為0.57 mm ～1.27mm，相比于施工期間沉降量而言較小，且該監(jiān)測(cè)周期內(nèi)建筑物的 沉 降 速 率 為 0.00175mm/d～0.02875mm/d，小于《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ8-2016）中規(guī)定的“沉降速率小于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，可判定該建筑物處于沉降穩(wěn)定階段。

5 結(jié)語

為確保建筑物、人身及財(cái)產(chǎn)安全，高層建筑進(jìn)行施工及運(yùn)行階段的沉降監(jiān)測(cè)工作是必不可少的環(huán)節(jié)，本文主要分析了南通某住宅小區(qū)采用筏板基礎(chǔ)的高層建筑物施工及裝修期間的沉降監(jiān)測(cè)工作。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，水準(zhǔn)基點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期間始終保持較好的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，建筑物各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降差較小，未出現(xiàn)不均勻沉降，平均累計(jì)沉降量為22.89mm。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降速率呈現(xiàn)初期增大，中期平穩(wěn)，后期減小的趨勢(shì)，反映出建筑物隨著荷載的增加直至封頂裝修期間整體沉降趨于平穩(wěn)。且在封頂后約30d內(nèi)的沉降量與施工期間相當(dāng)，隨后建筑物沉降才進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展階段，直至滿足規(guī)范的要求。通過了解該項(xiàng)目在施工及運(yùn)行階段的沉降數(shù)據(jù)，掌握地基土隨施工荷載的變形規(guī)律，可指導(dǎo)建筑施工及建筑后期的維護(hù)工作。