高層建筑物沉降觀測方案設(shè)計(jì)與實(shí)證分析

謝加蒙 李海峰

【摘要】在建筑物施工和投入使用過程中，高層建筑比多層建筑更容易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，因此，必須針對不同工程項(xiàng)目制定科學(xué)合理的監(jiān)測方案，根據(jù)監(jiān)測方案，對建筑物進(jìn)行周期性觀測，以確保施工階段和運(yùn)營階段的安全。文章結(jié)合四川省德陽市某工程案例，從監(jiān)測方案設(shè)計(jì)依據(jù)、沉降觀測技術(shù)要求、基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)選取等方面綜合論述沉降觀測的原理、方法、步驟，并針對具體工程案例沉降觀測的結(jié)果進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;沉降觀測;方案設(shè)計(jì);實(shí)證分析

1引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的逐步推進(jìn)，城市人口急劇增加，而城市的土地資源是相對有限的，高層建筑、超高層建筑也如雨后春筍。這種復(fù)雜的建筑物可能會改變地面原有的狀態(tài)，對建筑物的地基增加壓力，因此，必然會讓地基及其周邊的土層產(chǎn)生變形。每一棟建筑物建成后都有較長的使用年限，為了讓使用人能夠在安全的條件從事生產(chǎn)、生活，有必要對其沉降情況定期進(jìn)行監(jiān)測。

2沉降觀測的技術(shù)要求[1～3]

2.1測量技術(shù)人員與儀器設(shè)備的要求

沉降觀測是客觀反映建筑物在逐步增加荷載的過程中產(chǎn)生的不均勻沉降，它對高程數(shù)據(jù)采集的精度要求非常高。因此，在沉降觀測過程中所需的儀器必須是精密光學(xué)或電子水準(zhǔn)儀，配套使用的水準(zhǔn)尺是高精度銦鋼合金水準(zhǔn)尺。這樣觀測數(shù)據(jù)才能達(dá)到精度要求。

從事現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的技術(shù)人員必須經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練，不但能熟練操作儀器，還要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)對工作過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題。做到快速、準(zhǔn)確地完成任務(wù)。

2.2觀測周期

建筑物的沉降觀測必須在規(guī)定時間內(nèi)展開，首次觀測尤為重要，其他階段的復(fù)測也要在規(guī)定的周期內(nèi)完成，整個處理過程中不能補(bǔ)測、漏測、編造數(shù)據(jù)。

2.3監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)

按照規(guī)范要求，沉降觀測點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在擬監(jiān)測建筑物的特征點(diǎn)上，以客觀反映整個建筑物的沉降變形情況，監(jiān)測點(diǎn)必須避開障礙物，而且要便于觀測和長期保護(hù)，監(jiān)測點(diǎn)要埋設(shè)穩(wěn)固的測量標(biāo)志，不能影響建筑物的使用和美觀，同時還要考慮建筑物基礎(chǔ)的地質(zhì)、建筑結(jié)構(gòu)等情況，對于重要和薄弱的部位要適當(dāng)?shù)脑黾颖O(jiān)測點(diǎn)數(shù)量。

2.4沉降觀測的原則

沉降觀測需要遵循的原則主要包含五個方面，俗稱“五定”原則，即：（1）監(jiān)測點(diǎn)必須固定不能發(fā)生變化。（2）同一個工程項(xiàng)目的沉降觀測，所使用的儀器設(shè)備要固定。（3）同一個工程項(xiàng)目沉降觀測的技術(shù)人員要固定。（4）外業(yè)采集數(shù)據(jù)的觀測路線、方法、程序要固定。（5）外業(yè)觀測的條件要大概相同。遵循以上原則可以在一定程度上減小測量誤差對觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。

2.5施測要求

在進(jìn)行沉降觀測時所使用的儀器設(shè)備必須進(jìn)行檢測校正。一般而言若儀器連續(xù)使用超過3個月，也有必要對儀器設(shè)備重新進(jìn)行檢測校正[4]。實(shí)施過程中的觀測程序應(yīng)符合規(guī)范的要求，做到邊觀測、邊記錄，邊計(jì)算，邊校核，最大限度地減小測量誤差的影響和超限數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，確保沉降觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3工程實(shí)例

3.1工程概況

研究選擇四川省德陽市遠(yuǎn)東·名都華府工程為例，該項(xiàng)目位于德陽市旌陽區(qū)孝感鎮(zhèn)，共五棟高層建筑，均為住宅，其中1號、2號和4號樓都是25層，3號樓是17層，5號樓是26層。為保證建筑物施工過程和后期運(yùn)營階段的安全性，按照規(guī)范要求必要對其進(jìn)行變形監(jiān)測。

3.2監(jiān)測方案設(shè)計(jì)依據(jù)

本項(xiàng)目主要參考的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)如下：

●《建筑變形測量規(guī)范》JGJ 8—2016。

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

●《工程測量規(guī)范》GB 50026—2007。

3.3沉降觀測的技術(shù)要求

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇

本次觀測高程系統(tǒng)采用獨(dú)立高程系統(tǒng)，起算點(diǎn)BM1給定一個相對高程值。

（2）建筑物沉降觀測等級的確定

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》要求，本次建筑物沉降觀測等級為二等。

（3）監(jiān)測網(wǎng)測量技術(shù)要求

相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差≤±0.5mm，往返較差和環(huán)線閉合差≤√n。

（4）沉降觀測點(diǎn)測量技術(shù)要求

沉降監(jiān)測點(diǎn)測站高差中誤差≤±0.5mm。

（5）儀器、標(biāo)尺

觀測使用SOKKIA精密水準(zhǔn)儀和銦瓦水準(zhǔn)尺。儀器經(jīng)過質(zhì)檢中心的檢定，并均為有效時間內(nèi)使用。每次測量前進(jìn)行i角檢校，視準(zhǔn)線誤差（i角）≤15″[5]。

（6）作業(yè)時間

作業(yè)時間：2019年5月31日至2021年4月15日階段性觀測。

3.4沉降觀測

3.4.1沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)

（1）基準(zhǔn)點(diǎn)是整個變形監(jiān)測最基本的控制點(diǎn)，根據(jù)工程需要共設(shè)置3個點(diǎn)。為避免沉降觀測的影響，同時便于長期保存，3個點(diǎn)均埋設(shè)在沉降影響范圍以外。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成本次監(jiān)測工作的首級高程控制網(wǎng)，嚴(yán)格按照二等水準(zhǔn)規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行觀測。通過基點(diǎn)定期檢測其高程，截止到目前為止已檢測5次。

（3）根據(jù)控制點(diǎn)分布情況，高程控制網(wǎng)布設(shè)成閉合形式。

3.4.2沉降觀測點(diǎn)

根據(jù)建筑物的形狀及特點(diǎn)和《建筑變形測量規(guī)范》中的建筑物沉降觀測布點(diǎn)要求，通過實(shí)地勘察，各棟樓層沉降觀測點(diǎn)布置如下：

觀測標(biāo)志均按照相關(guān)規(guī)范要求布于承重立柱上，并做好保護(hù)，防止施工碰撞。觀測點(diǎn)采用精密水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)精度要求進(jìn)行觀測。各樓觀測點(diǎn)布設(shè)數(shù)量：根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》要求，遠(yuǎn)東·名都華府1號～5號樓共布置沉降觀測點(diǎn)56個，其中1號樓布置觀測點(diǎn)12個，分別為：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11和1-12;2號樓布置觀測點(diǎn)12個，分別為：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11和2-12;3號樓布置觀測點(diǎn)8個，分別為：3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7和3-8;4號樓布置觀測點(diǎn)12個，分別為：4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11和4-12;5號樓布置觀測點(diǎn)12個，分別為：5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8、5-9、5-10、5-11和5-12。

3.4.3沉降觀測要求

（1）嚴(yán)格按測量規(guī)范的要求施測。

（2）前后視觀測可以用同一型號水準(zhǔn)尺。

（3）采集數(shù)據(jù)時要避免陽光直射，外業(yè)觀測環(huán)境大致相同。讀數(shù)時成像清晰、穩(wěn)定。

（4）每次觀測的路線必須固定，觀測、記錄、計(jì)算、檢核都必須在現(xiàn)場完成。

（5）基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期檢測，沉降出現(xiàn)異常時應(yīng)檢測基準(zhǔn)網(wǎng)。

（6）沉降觀測出現(xiàn)異常情況及時反饋現(xiàn)場項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人，以便采取應(yīng)急措施。

4結(jié)果與分析

根據(jù)施工進(jìn)度要求，確定本項(xiàng)目監(jiān)測頻率。第一次觀測時間是2019年5月31日，截止到2021年4月15日，沉降觀測點(diǎn)觀測67個周期，基準(zhǔn)點(diǎn)觀測5個周期，共觀測72個周期。

以5號樓為例，該棟樓共26層，選擇12個觀測點(diǎn)。累計(jì)沉降量最大值是觀測點(diǎn)5-6，累計(jì)沉降量為-22.9mm，累計(jì)沉降量最小值是觀測點(diǎn)5-1，累計(jì)沉降量為-17.0mm。平均沉降量為-19.6mm。最大沉降差為5.9mm。部分沉降觀測數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

從荷載-時間-沉降量曲線圖（部分曲線圖如圖1、圖2所示）及沉降觀測表中分析發(fā)現(xiàn)：5號樓26F最近一次觀測的沉降速率最大值為0.008mm/d，參與速率計(jì)算時間間隔分別為：0天，15天，24天，22天，23天，28天，21天，30天，20天，96天，93天，95天，83天，124天。根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》JGJ 8—2016中7.1.5.4條要求：“當(dāng)最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d時可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段”。

參考文獻(xiàn)：

[1]李秀峰.高層建筑物沉降觀測技術(shù)及工程應(yīng)用結(jié)果分析[J].城市勘測，2019（02）：168-169+172.

[2]王婷婷，徐泮林，郭慶坤.建設(shè)中高層建筑物的沉降觀測[J].北京測繪，2016（04）：74-77.

[3]王炎，丁衛(wèi)平.高層建筑物沉降觀測方案設(shè)計(jì)探討[J].北京測繪，2013（04）：83-85+62.

[4]包雍卿，崔馬軍，黃岳林，等.高層建筑物沉降觀測及形變分析[J].測繪與空間地理信息，2012，35（11）：220-222.

[5]王楠，張郁.超高層建筑物的沉降觀測方法[J].測繪地理信息，2017，42（03）：110-112.

[6]肖英，田鴻，侯平，等.沉降觀測在高層建筑物變形監(jiān)測中的應(yīng)用[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2019，46（01）：40-42.

作者簡介：謝加蒙（1980—），男（漢族），四川德陽人，工程師，主要研究方向?yàn)楣こ虦y量。

基金項(xiàng)目：德陽市2017年第二批應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)項(xiàng)目（2017ZZ064）。