沉降觀測技術(shù)在裝配式高層建筑施工中的應(yīng)用研究

摘要：為實現(xiàn)對建筑施工中沉降的高精度觀測，引進沉降觀測技術(shù)，以某裝配式建筑為例，對高層建筑在施工中的沉降觀測方法展開設(shè)計。建立裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)；結(jié)合施工現(xiàn)場具體需求，應(yīng)至少設(shè)置4個水準基點，水準基點的布置采用閉合環(huán)狀方式設(shè)計；觀測點點位需要擬建在建筑物上，例如建筑物的四角；設(shè)計建筑施工中觀測精度與周期，按照規(guī)范進行觀測成果數(shù)據(jù)的處理，并通過對建筑沉降量的計算，完成觀測方法的研究。設(shè)計實例應(yīng)用實驗，實驗結(jié)果證明：本文設(shè)計的方法不僅可以實現(xiàn)對建筑沉降的觀測，還可以將觀測結(jié)果偏差控制在一個相對較小的范圍內(nèi)，從而提高觀測結(jié)果的可靠性與真實性。

關(guān)鍵詞：沉降觀測技術(shù)；GPS控制網(wǎng)；應(yīng)用；施工；高層建筑；裝配式

中圖分類號：TU196.2""" 文獻標識碼：A"" 文章編號：

Research on the Application of Settlement Observation Technology in Prefabricated High-Rise Building Construction

Abstract：In order to realize the high precision observation of settlement in during construction， the settlement observation technology is introduced，taking a prefabricated building as an example， the settlement observation method of high-rise building in construction is designed.Establish GPS control network in the construction observation of prefabricated high-rise buildings，and according to the specific requirements of the construction site，at least four level points should be set， and the layout of the base points should be designed in a closed ring way，and the observation points need to be built on the building，such as the four corners of the building，and design the observation accuracy and period in the building construction，process the observation result data，and the observation method shall be completed through the calculation of the building settlement.Design examples and application experiment， the experimental results prove that the design method can not only realize the observation of building settlement，but also control the deviation of the observation results in a relatively small range，so as to improve the reliability and authenticity of the observation results.

Keywords：settlement observation technology;GPS control network;application;construction;high-rise building; prefabricated

0 引言

目前，為滿足受眾的需求，裝配式建筑的層數(shù)越來越高，此類建筑在施工過程中，會受到主觀、客觀等因素的影響，出現(xiàn)不同程度的建筑結(jié)構(gòu)沉降，當建筑沉降超出了預(yù)設(shè)范圍后，建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性將受到一定程度的影響[1]。為保證裝配式高層建筑在施工中的穩(wěn)定性，全面提升工程質(zhì)量，需要根據(jù)工程施工的實際需求，對其進行沉降觀測，即在施工中運用變形觀測技術(shù)，強化對施工過程的監(jiān)測，可以有效地避免由于不均勻沉降而引起的建筑物主要結(jié)構(gòu)的損壞，從而減少施工中事故的發(fā)生[2]。沉降觀測具有重要的應(yīng)用價值，即對各類建筑、地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定檢測，并能及時發(fā)現(xiàn)建筑中的異常沉降與變形，從而根據(jù)工程需求，提出對應(yīng)的解決對策以實現(xiàn)對建筑沉降、變形的控制[3]。為落實此項工作，施工單位加大了對此類建筑施工觀測的投入，并提出可能造成建筑沉降的原因。第一，工程地質(zhì)條件的變化，包括工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、土體物理特性的變化等[4]；第二，建筑物本身的荷載能力、結(jié)構(gòu)形式、高度、因振動而產(chǎn)生變形等；第三，由于工程勘察不足、設(shè)計不合理、施工方法不合理、施工機械操作不規(guī)范等造成的工程變形。針對以上問題，本文旨在通過此次設(shè)計，實現(xiàn)對施工中沉降風(fēng)險的控制，并根據(jù)相關(guān)的工程理論，為預(yù)測變形提供準確的技術(shù)支持。

1 工程概況

為確保相關(guān)工作達到預(yù)期效果，在設(shè)計沉降觀測方法前，對本文此次研究的試點工程基本情況展開分析[5]，詳見表1。

為確保監(jiān)測的結(jié)果具有真實性與可靠性，在進行觀測前，需要對該建筑工程項目所在地的地質(zhì)環(huán)境與水文地質(zhì)條件進行分析。經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員的勘察與取樣調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該建筑所在地的沿線地表水水位及流量與大氣降水強度密切相關(guān)。項目所在區(qū)域的巖石以花崗巖為主，質(zhì)量較差，針片狀情況嚴重，無法滿足作為裝配式高層建筑施工的質(zhì)量要求。

項目選址于貴州省貴陽市西側(cè)，出露地層為中生界侏羅紀、百平紀及新生界第四紀。西部為新中國古代紀龍泉山褶斷斷裂帶，北部為合興環(huán)形構(gòu)造帶，其褶皺結(jié)構(gòu)較為致密，斷裂以順向逆沖為主；中部為綿陽環(huán)形構(gòu)造帶，由一系列緩慢的、近東西向的褶皺帶構(gòu)成，整體是一條由1°～3°構(gòu)成的緩性單斜坡。

綜合上述分析可知，該建筑項目所在地的地質(zhì)環(huán)境相對較差，在施工中易出現(xiàn)建筑沉降現(xiàn)象，因此，有必要根據(jù)工程的實際需求，設(shè)計針對此建筑的沉降觀測。

2 裝配式高層建筑施工中的沉降觀測

2.1 建立裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)

掌握該工程項目的基本情況后，建立裝配式高層建筑施工中的GPS控制網(wǎng)，設(shè)計建筑施工現(xiàn)場觀測。為確保相關(guān)工作的實施達到預(yù)期，按照表2進行現(xiàn)場觀測儀器設(shè)備的選型[6]。

完成儀器設(shè)備的選型后，為實現(xiàn)對高層建筑施工中的沉降的持續(xù)跟蹤觀測，GPS控制網(wǎng)的上空盡量保持空曠，衛(wèi)星高度控制在10°～15°，在測站的上方排除任何障礙物對其的干擾[7]。為便于觀察工作，在選取測站時，應(yīng)盡量選取一些交通方便、上點容易的區(qū)域。為使GPS控制網(wǎng)中鄰近幾個點具有較高的相對精度，通常會在同一網(wǎng)絡(luò)中同時進行多個點的同時觀測，通過此種方式，直接得到點位之間的觀測基線，使GPS控制網(wǎng)絡(luò)中的鄰近點具有更高的相對精度。

在此基礎(chǔ)上，有選擇地布置一些框架網(wǎng)，將框架網(wǎng)當作整個GPS控制網(wǎng)絡(luò)的骨架[8]。注意控制網(wǎng)中最小異步環(huán)的邊數(shù)目不能超過6條，通過此種方式，實現(xiàn)裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)的構(gòu)建。

2.2 布置沉降觀測水準基點與觀測點

設(shè)計沉降觀測的水準基點與觀測點時，應(yīng)明確水準基點是工程開始觀測的控制點，此點可以為以后的測量工作提供起算資料[9]。應(yīng)至少設(shè)置4個水準基點。水準基點應(yīng)埋設(shè)在不受建筑物沉降影響的區(qū)域內(nèi)，以便于對點位的保存。如果在現(xiàn)場設(shè)置的水準基點與建筑物較遠，可根據(jù)實際情況，設(shè)置現(xiàn)場工作基點，并采用淺埋式布置方式[10]。水準基點屬于首級高程控制網(wǎng)，整體采用閉合環(huán)狀方式設(shè)計，為了確保初始資料的準確性，需要對其高度值進行周期性檢查。所有水準基點之間的距離，可以參照建筑物沉降觀測路線長度設(shè)定。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)二級觀測標準，設(shè)定觀測點允許中誤差，對其允許中誤差進行計算，計算公式如下：

式（1）中：為觀測點允許中誤差，mm；為觀測點權(quán)值；為路線長度，m。在此基礎(chǔ)上，進行施工觀測點的設(shè)置，根據(jù)觀測需求，點位需要擬建在建筑物上，包括建筑物的四角、拐角等[11]，詳見圖1。

2.3 設(shè)計建筑施工中觀測精度與周期

設(shè)計建筑施工中觀測精度時，先設(shè)定裝配式建筑的整體傾斜度為，其計算公式如下[12]：

式（2）中：為裝配式建筑的整體傾斜度，為點1的傾斜度，為點2的傾斜度，（°）；為點1與點2的水平距離，m。參照建筑質(zhì)量控制標準，明確的允許值在0.002°～0.003°之間，將其作為依據(jù)，對建筑施工中點1與點2沉降允許差值進行計算，其計算公式如下：

式（3）中：為點1與點2沉降允許差值，mm。完成允許差值的計算后，根據(jù)觀測時的中誤差原則，設(shè)定的允許范圍在1/20 ～1/10 。通過此種方式，確定建筑施工高程沉降中誤差，從而確定建筑工程項目在施工中的沉降觀測精度[13]。

應(yīng)明確在觀測過程中，當基準點與觀測點等參照性點位的布置完成后，需要在現(xiàn)場進行建筑沉降的首次觀測，通常情況下，記錄首次觀測的沉降值為0 mm[14]。在后續(xù)的觀測中，根據(jù)工程的施工進度，設(shè)定1層～5層進行一次觀測；6層～10層進行一次觀測，以此類推。當建筑施工中遇到冬季階段，出現(xiàn)中途施工中斷的現(xiàn)象時，需要在建筑停工期間，每間隔2個月～3個月進行一次現(xiàn)場沉降觀測。當工程繼續(xù)施工后，需要在施工當日在現(xiàn)場進行一次觀測。

當建筑物完成封頂施工后，需要每間隔3個月觀測一次。第二年，需要每間隔6個月觀測一次。第三年后，只需要間隔一年觀測一次即可，按照此頻率進行持續(xù)觀測，當觀測點的沉降速率達到一定標準后，完成觀測。

2.4 觀測數(shù)據(jù)處理與沉降量計算

觀測中，儀器設(shè)備必須固定，從而降低外業(yè)采集數(shù)據(jù)的偏差[15]。每個測站的觀測步驟都要嚴格遵守標準的規(guī)定，在觀測過程中，應(yīng)盡量避免強烈的光線照射，待成像清晰穩(wěn)定后再進行讀取。在調(diào)研人員收集到的資料中，有關(guān)的計算和檢驗均應(yīng)在現(xiàn)場進行，同時，要做到邊記錄、邊計算、邊檢查。通過上述方式，進行觀測數(shù)據(jù)的成果整理，在此基礎(chǔ)上，計算觀測過程中的基本參數(shù)，計算公式如下：

式（4）～式（5）中：為當次（本次）觀測建筑的沉降量，為本次觀測的建筑高程值，為上次觀測的建筑高程值，為建筑總沉降量，為首次觀測建筑的高程值，mm。安排技術(shù)人員，負責(zé)每次計算與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的記錄，以實現(xiàn)對觀測中成果數(shù)據(jù)的處理與沉降量的計算，完成沉降觀測技術(shù)在設(shè)計中的應(yīng)用。

3 工程實例分析

為實現(xiàn)對本文方法在實際應(yīng)用中效果的檢驗，以該裝配式高層建筑為例，設(shè)計實例應(yīng)用實驗，對該方法展開測試。

實驗過程中，按照本文設(shè)計的方法，建立裝配式高層建筑施工中的GPS控制網(wǎng)，布置沉降觀測水準基點與觀測點，設(shè)計建筑施工中觀測精度與周期，并進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與整理。在此過程中，記錄建筑沉降觀測過程中的相關(guān)數(shù)值，根據(jù)觀測需求，統(tǒng)計建筑沉降觀測手簿、單次沉降量、累計沉降量等參數(shù)。

本次觀測共選擇了4個觀測點，按照規(guī)范在建筑施工過程進行沉降觀測。將4個觀測點表示為C-01～C-04。參照《建筑變形測量規(guī)范》可知，在進行建筑沉降觀測時，當觀測的最后100 d，建筑總沉降速度可以滿足lt;0.04 mm/d的需求，說明建筑主體沉降已經(jīng)進入穩(wěn)定階段。根據(jù)此標準記錄使用本文設(shè)計方法沉降觀測的結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果見表3。

從表3可以看出，C-01的沉降量最小，C-03的沉降量最大。綜合分析可知，使用本文設(shè)計的方法可以實現(xiàn)對高層建筑施工進行沉降觀測，觀測數(shù)據(jù)的變化符合一般沉降規(guī)律。

為進一步檢驗本文方法的可行性，在觀測過程中，使用2.1中的全站儀、經(jīng)緯儀、鉛垂儀等，在對應(yīng)的觀測時間內(nèi)進行建筑施工沉降的人工測量，以人工測量結(jié)果為參照，將其與本文方法的觀測結(jié)果進行比對，將比對后兩者的誤差作為檢驗本文設(shè)計方法實際應(yīng)用效果的關(guān)鍵指標，統(tǒng)計實驗結(jié)果，如圖2所示。

從圖2可以看出，C-01～C-04的沉降觀測誤差隨著天數(shù)的增加而呈現(xiàn)增加趨勢，但在建筑沉降穩(wěn)定后，C-01～C-04的沉降觀測誤差lt;1 mm。因此，在完成上述實驗后，得到以下的結(jié)論：本文此次研究引進的沉降觀測技術(shù)在實際應(yīng)用中的效果良好，應(yīng)用此項技術(shù)進行裝配式高層建筑施工觀測，觀測結(jié)果與人工實測結(jié)果的偏差較小。說明本文設(shè)計的方法不僅可以實現(xiàn)對建筑沉降的觀測，還可以將觀測結(jié)果偏差控制在一個相對較小的范圍內(nèi)，以此種方式，可提高觀測結(jié)果的可靠性與真實性。

4 結(jié)語

開發(fā)裝配式建筑是我國建筑行業(yè)未來的主要發(fā)展方向，相比傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)建筑，裝配式具有輕量化、環(huán)?；葍?yōu)勢。為推進裝配式建筑的發(fā)展，本次開展沉降觀測技術(shù)在裝配式高層建筑施工中的應(yīng)用研究，通過建立觀測GPS控制網(wǎng)、布置沉降觀測水準基點與觀測點、設(shè)計觀測精度與周期等方式完成沉降觀測技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用，并應(yīng)用實例證明所提技術(shù)的先進性。實例分析結(jié)果表明，應(yīng)用該技術(shù)后，其沉降觀測誤差均＜1 mm，應(yīng)用效果較好，具有更大的應(yīng)用價值。通過此次設(shè)計，對提高裝配式結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻

[1]陳志敏，范長海，張常書.地鐵盾構(gòu)下穿建筑群施工地面建筑沉降控制方案及富水砂-黏地層沉降預(yù)測方法[J].城市軌道交通研究，2023，26（1）：39-43.

[2]李明照.基于輪廓線跟蹤的綠色建筑工程樁基施工沉降變形監(jiān)測方法[J].江蘇建筑，2022（S2）：84-87.

[3]王義緣，郭美奇，姜俊亮，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法在某建筑物沉降觀測中的應(yīng)用研究[J].經(jīng)緯天地，2022（6）：57-60，63.

[4]劉越春，張寵，曹斌虎.克泥效技術(shù)在控制盾構(gòu)隧道施工引起的既有建筑物沉降中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2022，59（S2）：234-238.

[5]李彥軍.沉降觀測在干掛空心陶瓷板高層建筑施工階段的技術(shù)運用[J].佛山陶瓷，2022，32（9）：32-34.

[6]吳悠.高等級水準測量技術(shù)在安徽宿州市地面沉降監(jiān)測中的應(yīng)用[J].資源信息與工程，2022，37（3）：88-90.

[7]陶明安，楊明雨，韓建文，等.高速鐵路路基工程觀測期不足沉降控制技術(shù)研究（Ⅱ）工程應(yīng)用和驗證[J].鐵道標準設(shè)計，2023，67（1）：123-127.

[8]趙昕.洪泛區(qū)路基沉降監(jiān)控測量數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用——以阿爾及利亞東西高速東標段84 km項目為例[J].工程技術(shù)研究，2022，7（7）：24-27.

[9]周韜，劉成，周剛.中間設(shè)站三角高程測量在隧道拱頂沉降監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2022，45（1）：182-185，188.

[10]李芒原，郎志軍，郜現(xiàn)磊，等.云南部分地區(qū)高填路堤施工中的變形、沉降觀測技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究，2022，7（2）：52-53.

[11]普布扎西，杜曉宇，趙志強.國道G109線下穿青藏鐵路既有鐵路橋梁方案選擇分析及沉降觀測研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（1）：125-128.

[12]周鵬，李凱.城市建成區(qū)建筑基坑開挖對周邊道路的影響及其時空特征研究[J].測繪通報，2021（S2）：136-139，144.

[13]李鑫生，鄭七振，吳露方，等.基于建筑信息模型和Unity WebGL的施工信息智能化監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].工業(yè)建筑，2022，52（2）：186-195.

[14]鄭翔，湯繼新，成怡沖，等.軟土地區(qū)地鐵車站深基坑施工全過程對鄰近建筑物影響實測分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（10）：128-134.

[15]熊維，戚長軍，吳學(xué)林，等.西安地區(qū)超高層建筑場地勘察、試樁及沉降觀測分析與經(jīng)驗總結(jié)[J].地基處理，2021，3（1）：21-28.