高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析新方法

摘 要：為了保障建筑的安全性，需要對高層建筑的變形進行觀測。在高層建筑建設全生命周期內(nèi)，主要包括施工準備期、施工期以及運營期，沉降觀測對于高層建筑的安全性以及穩(wěn)定性都有著重要的作用。沉降觀測作為高層建筑精度以及質(zhì)量的保障，已經(jīng)成為施工過程中必要的進行的項目。本文首先介紹了高層建筑水準測量的具體原理，然后提出了沉降觀測的數(shù)據(jù)處理和分析的新方法。

關鍵詞：高層建筑；沉降觀測；水準測量；數(shù)據(jù)處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.082

0 引言

隨著土地資源與人口矛盾逐漸加深，高層建筑規(guī)模越來越大。為了保障高層建筑的安全性，對其進行變形觀測是非常必要的。建筑變形觀測主要包括傾斜觀測、水平位移觀測以及水平位移觀測等。

在沉降觀測過程中，觀測數(shù)據(jù)的誤差處理方式，一般都是通過觀測前采取一定的對策來避免系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生，然后通過工作人員的經(jīng)驗去對粗差進行剔除，再進行平差計算。從實際案例中不合理的現(xiàn)象開始，使用誤差的可區(qū)分性理論來考慮系統(tǒng)誤差、偶然誤差以及粗差模型，對于觀測數(shù)據(jù)的處理思想見下圖1，通過過渡處理能夠體現(xiàn)出更好的沉降規(guī)律，對最終的沉降量進行正確的預測，能夠?qū)ㄖO計以及施工進行科學合理的指導，這種方法較為直觀以及形象。

1 沉降觀測原理與方法

（1） 建筑物沉降的原因。1）施工誤差。在高層建筑施工中，由于施工誤差的存在，會使得荷載以及預應力分布不均，這種現(xiàn)象較為常見。

2）高層建筑的合理變形。高層建筑的施工以及運營過程中，都存在由于其自身結(jié)構(gòu)造成的荷載分布不均的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的存在會使得高層建筑發(fā)生變形。

3）外部因素。在高層建筑建設的過程中，因為荷載不斷的增加使得地基土被不斷的壓實，體積逐漸減小就造成了沉降變形。

（2） 沉降觀測原理。在變形觀測中使用最多的就是沉降觀測，沉降觀測具體來講就是針對觀測點實行持續(xù)的垂直位移的觀測，按照項目具體的特征階段性的得出觀測的結(jié)果，作為項目實施的可靠程度的判斷依據(jù)。

在變形觀測中沉降變形尤為重要，其實際在操作較為簡便，但是對于精度的要求相對較高，不僅僅能夠反映沉降量，還能夠經(jīng)過推斷得出高層建筑的傾斜撓度以及水平構(gòu)件的撓度。在高層建筑從施工開始的生命周期內(nèi)，沉降一直存在，沉降作為一種變形在一定限值內(nèi)屬于正?，F(xiàn)象，但是如果超過整個限值，就會對高層建筑的安全造成影響。

（3） 沉降觀測方法.沉降觀測的方法有很多，在具體觀測過程中需要根據(jù)工程的具體特點來選擇合適的方法，常用的主要包括：水準測量方法、地面沉降監(jiān)測站、GPS技術、數(shù)字攝影測量方法以及三角高層測量方法。

2 高層建筑沉降觀測實例

（1）工程概況。某工程占地面積：67854平方米；層數(shù)：25；設計用途：??；結(jié)構(gòu)：框架剪力墻；地基類型：樁基礎。

（2）觀測點的布設和觀測。1）觀測點的布設。沉降觀測點的設置在該工程的四角以及大轉(zhuǎn)角，除此之外還有該工程外墻的十到二十米處，還有高低建筑、沉降縫的兩側(cè)、縱橫墻的交界處以及基柱上。而地質(zhì)較為復雜的工程，需要在承重內(nèi)墻內(nèi)設置觀測點。

按照該工程的結(jié)構(gòu)以及基礎的實際特點，需要在該工程設置十二個沉降觀測點，具體見圖2 。

2）沉降觀測。對該工程進行沉降觀測所使用的儀器是DINI03 電子水準儀及相應的銦瓦水準尺和尺墊，觀測的精度選擇二級，觀測的路線從基準點開始的閉合環(huán)。

3）沉降觀測的周期。在該高層建筑施工階段，對3#樓觀測頻率為每三層一次，封頂之后觀測頻率為沒兩到三個月觀測一次，在該高層建筑的主題竣工驗收之后沉降達到標準之后可以停止觀測。

3 沉降觀測數(shù)據(jù)綜合分析

（1）各種不合理現(xiàn)象的原因分析與解決方法。1）觀測點在觀測周期內(nèi)沉降速度變化見圖3，折線在第一次觀測之后就出現(xiàn)了回升的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種回升現(xiàn)象的原因主要包括兩個方面：第一，第一次觀測精度不高；第二，可能由于施工區(qū)內(nèi)降水發(fā)生改變造成的。如果是由于第一次觀測精度不高造成的，那么折線回升小于5毫米時，需要對第一觀測的標高進行調(diào)整，回升大于5毫米，此次觀測作廢，然后將第二次觀測作為首次來分析。如果是由于降水變化屬于正常現(xiàn)象。

2）經(jīng)過觀察看出曲線在后期的狀態(tài)為波浪起伏狀，這種狀態(tài)是觀測過程中經(jīng)常遇到的，一般是由于測量存在誤差而引起的。由于高層建筑測量誤差小于下沉量造成曲線前期起伏不明顯，而后期高層建筑的下沉已經(jīng)逐漸趨于穩(wěn)定，所以曲線形態(tài)表現(xiàn)為測量誤差較大的現(xiàn)象。對于這種現(xiàn)象，需要按照整個情況來分析，選擇合適的點，這點其之后的曲線視作水平線。

3）曲線在某一個點之后出現(xiàn)回升的現(xiàn)象，主要原因是水準點下沉，水準點表現(xiàn)為逐漸下沉，但是沉降量相對較小，而高層建筑初期的沉降量相對較大，所以當水準點小于高層建筑沉降量時，曲線沒有回升的現(xiàn)象，隨著高層建筑逐漸下沉穩(wěn)定，曲線就會出現(xiàn)回升的現(xiàn)象。所以在高層建筑上埋設水準點時，應該保障其實際的穩(wěn)定性。

4）曲線在中間某一點突然回升的現(xiàn)象，主要原因可能是水準點或者觀測點被突然觸碰，在水準點被觸碰之后低于沒有被觸碰之間的標高，而觀測點被觸碰之后高于被觸碰之間的標高，這種情況下就會造成突然回升的現(xiàn)象。一旦水準點或者觀測點被觸碰，就會對其外形造成損傷，這種損傷是極易被發(fā)現(xiàn)的，需要對其進行科學合理的處理，主要的處理方法為：取地質(zhì)、荷載以及結(jié)構(gòu)都相近的臨近觀測點的數(shù)據(jù)信息，作為被觸碰的觀測點的沉降數(shù)據(jù)。這種處理方法雖然不是該點的真正沉降數(shù)據(jù)，但是如果選擇的觀測點比較合理，沉降數(shù)據(jù)與實際情況就非常接近。

（2）過渡曲線的修勻。三點法具體見圖4。

修勻的具體步驟：

（1）三點進行兩兩連接，求取AC和B垂直線的交點K。endprint

（2）在BK上求點I使得，B的修正位置就是I，

其中是每次觀測權(quán)，。

（3）根據(jù)1、2、3點對點2進行修正，再通過2、3、4對點3進行修正，依次進行，進而得到最終的沉降實程曲線。

而經(jīng)過修勻的沉降曲線是不是滿足精度的要求，還需要經(jīng)過進一步的驗證才能夠確定，具體驗證步驟為：

（1）設的誤差是，而其中k的取值為0和1之間的實數(shù)。

（2）將每一個點的參數(shù)和坐標都代入上式得到下式：

（3）根據(jù)上式對求方差之后得到因為k的取值范圍是0到1之間的實數(shù)，所以。

因為對“三點法”修勻之后的沉降曲線進行了驗證，通過修勻之后的沉降曲線對于偶然誤差實現(xiàn)了有效的控制，滿足精度的要求。所以通過上述驗證，這種方法是能夠達到較好的效果。

4 提出擬合函數(shù)模型

上述通過處理得到的沉降曲線就是一條相對科學的沉降曲線。因此，可以通過各種函數(shù)模型來將其進行擬合處理，得到一個與建筑沉降相適應的模型，對于科學研究以及沉降預測有一定的促進作用。

（1）對數(shù)模型：

其中：a、b以及都是需要擬合的參數(shù)。

對數(shù)模型是在太沙基一維滲透固結(jié)理論為前提而起初的。

（2）邏輯函數(shù)模型：

其中：a、b以及都是需要擬合的參數(shù)

邏輯函數(shù)模型作為統(tǒng)計學對于回歸分析常用的模型，是在上述對數(shù)模型的基礎上提出的。

（3）雙曲線模型：

其中：a和b都是需要擬合的參數(shù)。

上述雙曲線模型是根據(jù)實際的沉降曲線提出的經(jīng)驗模型。

上述三種擬合模型都是按照實際情況而提出的經(jīng)驗模型，具有一定的科學合理性。但是因為觀測環(huán)境的復雜性以及過變形，在不同的環(huán)境背景下，隨著地基條件的不同，使用的模型也可能是不一樣的，這就需要通過更多的經(jīng)驗以及資料來進行更深層次的研究。

5 結(jié)束語

在高層建筑施工以及運營階段，沉降觀測都非常重要，通過對施工過程的監(jiān)控，能夠科學合理的對施工工序進行指導，避免不均勻沉降的現(xiàn)象出現(xiàn)，可以向相關的部分提供第一手的資料，防止由于沉降造成巨大的經(jīng)濟損失。

參考文獻：

[1]陳小榮，雷勁松，盧學松等.高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析新方法[J].四川建筑科學研究，2009，35（03）：119-124.

作者簡介：李思武（1990-），男，江西南昌人，本科，助工，研究方向：工程測量。endprint