高層建筑沉降監(jiān)測與預(yù)測分析

張守魁

摘 要： 沉降監(jiān)測就是利用先進的、高精度的測繪儀器，按照一定的時間間隔測量其沉降值，并對測量數(shù)據(jù)整理、分析變形規(guī)律的過程。高層建筑竣工以后，還要進行2～3年的沉降預(yù)測，其目的是為了預(yù)測建筑物的沉降趨勢，以便對工程狀態(tài)和質(zhì)量做出正確評價。本文結(jié)合某高層建筑的沉降監(jiān)測實例，具體闡述了沉降監(jiān)測和預(yù)測分析的過程，提出了使用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型進行沉降預(yù)測的方法，同時對沉降預(yù)測的精度也進行了分析。

關(guān)鍵詞： 基準(zhǔn)點； 監(jiān)測網(wǎng)； 灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型

1. 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，土地資源日漸減少，高層建筑物越來越多。高層建筑在施工時由于地基負(fù)荷不斷增加，引起周邊地層和基礎(chǔ)形變，使建筑物主體不規(guī)則下沉從而發(fā)生沉降變形，勢必會對人們的財產(chǎn)和生命安全構(gòu)成威脅。因此，對高層建筑進行沉降監(jiān)測和變形趨勢預(yù)測勢在必行。沉降監(jiān)測就是利用先進的、高精度的測繪儀器，按照一定的時間間隔測量其沉降值，并對測量數(shù)據(jù)整理、分析變形規(guī)律的過程。高層建筑竣工以后，還要進行2～3年的沉降預(yù)測，其目的是為了預(yù)測建筑物的沉降趨勢，以便對工程狀態(tài)和質(zhì)量做出正確評價。本文結(jié)合某高層建筑的沉降監(jiān)測實例，具體闡述了沉降監(jiān)測和預(yù)測分析的過程，提出了使用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型進行沉降預(yù)測的方法，同時對沉降預(yù)測的精度也進行了分析。

2. 高層建筑沉降監(jiān)測

2.1 概述

某高層建筑為鋼筋混凝土框支剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層，地上31層，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)。為了合理指導(dǎo)施工工序，預(yù)防建筑物出現(xiàn)不均勻沉降，造成巨大的經(jīng)濟損失，受業(yè)主委托，對本建筑物進行沉降監(jiān)測。

2.2 技術(shù)依據(jù)與采用儀器

（1）《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2007）。

（2）《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB/T 12897-2006）。

（3）《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007）。

本次監(jiān)測采用天寶DINI 03電子水準(zhǔn)儀，儀器均按要求定期鑒定，每次使用前均檢驗i角，使其值小于15，配套使用的銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺使用前經(jīng)尺長檢驗為合格。

2.3 沉降監(jiān)測過程

2.3.1監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

監(jiān)測網(wǎng)由基準(zhǔn)點和沉降監(jiān)測點組成，根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場情況，共布設(shè)4個基準(zhǔn)點，均埋設(shè)在工程影響變形區(qū)以外穩(wěn)固的地方。本工程采用1985國家高程基準(zhǔn)，采用四等水準(zhǔn)與城市高程點聯(lián)測。該建筑物共布設(shè)了6個沉降監(jiān)測點，主要布設(shè)在承重柱及拐角處，監(jiān)測點的布置見圖1。

2.3.2沉降監(jiān)測的實施

本項目按照《建筑變形測量規(guī)范》二級精度進行觀測，要求觀測點測站高差中誤差不大于±0.5mm，絕對沉降的觀測中誤差為±1.0mm，實際作業(yè)時，主要限差控制到≤1/2限差范圍，困難條件下保證滿足2/3限差。

2.4 成果分析

至竣工共進行了6次觀測，沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)見下表1，從表1數(shù)據(jù)可以看出：本建筑物的最大沉降點是5#點，其沉降量為5.1mm，最小沉降點是2#點，其沉降量為3.9mm，最大沉降量與最小沉降量差值為1.2mm，以上數(shù)值均在限差允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求，從而得知該建筑物的沉降較為正常，符合沉降規(guī)律。在觀測期間內(nèi)，該建筑物的沉降速率最大值達(dá)到0.016/d。在第3次觀測時，各觀測點沉降速率在0.011mm/d，小于0.02mm/d，從沉降速率分析，沉降趨于穩(wěn)定。

3. 預(yù)測方法與分析

常用沉降趨勢的預(yù)測模型有：多元線性回歸模型、時間序列分析模型、灰色系統(tǒng)預(yù)測模型等，本次沉降預(yù)測采用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型，GM（1，1）模型計算步驟如下：

①計算原始數(shù)據(jù)的還原值與其實際之間的參差：e（k）=x（0） （k）- x∧（0） （k）

②計算原始數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)差：

參差標(biāo)準(zhǔn)差：

③計算均方差比值：C= S2 /S1

④小誤差概率： P=P（úe（k）-`eú<0.5934S1）

3.1 GM（1，1）建模計算

參照以上建筑物1#點沉降數(shù)據(jù)（表1），利用隨機性的可弱化原始數(shù)據(jù)灰色系統(tǒng)預(yù)測方法建立GM（1，1）模型，以此得到該點沉降預(yù)測方程，對該點未來5次沉降量變化趨勢進行計算預(yù)測。計算過程如下：

（1）1級比平滑檢驗：P（k）=（1.000003，1.000003，1.000003，0.999997）∈（1.1+0.018）

∈（0.1353，7.389）本數(shù)列是平滑的，可作灰色預(yù)測。

（2）2級比界區(qū)檢驗：N=5，以界區(qū)（e（x），e（y））=（0.696542，1.416321），因（1，1+0.018）∈（0.790698，1.317753），所以可以獲得精度較高的GM（1，1）模型。

（3）GM（1，1）建模：將數(shù)據(jù)帶入公式，得α=0.00000201045，μ=152.341，預(yù)測模型 ：

x∧（0） （k=1）=（ x（0） （1）-）e-ak+=152.341e1.101×10k-5.136×10-9。

（4）檢驗殘差：把所有沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)帶入公式②，計算出平均相對誤差0.00021013，檢驗標(biāo)準(zhǔn)不大于0.01，可以看出，該模型通過檢驗標(biāo)準(zhǔn)，并且達(dá)到1級精度的要求。

（5）檢驗后驗差：把數(shù)據(jù)代入③、④式，計算出S1=0.002121793， S2=0.00598881， C=S2 /S1=0.054623301，小誤差概率：P<0.5632×S1。

3.2 預(yù)測結(jié)果分析

利用建立的預(yù)測模型，對1#點沉降值進行預(yù)測，得出5個月后該點累計沉降值。

由圖2可以看出，1#點實際觀測值逐漸遞增，而預(yù)測值也逐漸遞增，并且預(yù)測值和實際值的曲線圖大體上是接近的，說明預(yù)測的沉降趨勢與實際監(jiān)測值是一致的。此外，觀察每次的預(yù)測值，誤差率都不高，其中的部分差值主要是因為灰色系統(tǒng)預(yù)測對于誤差的因素考慮的比較少，是由數(shù)據(jù)本身的誤差在建模時產(chǎn)生的。整體來看，運用灰色GM（1，1）模型對該建筑1#點沉降量的變化過程進行模擬和預(yù)測是可行的，預(yù)測精度達(dá)到1級精度標(biāo)準(zhǔn)。

4. 結(jié)束語

隨著社會的不斷進步，建筑設(shè)計，施工技術(shù)水平的日益成熟完善，對高層建筑的沉降監(jiān)測和預(yù)測分析越來越受到人們的重視，及時對高層建筑進行沉降觀測和預(yù)測分析，掌握高層建筑的沉降規(guī)律，以便及時分析研究和采取相應(yīng)措施是非常必要的和具有重要意義的。

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