建筑物沉降觀測的幾個問題

景建彬

隨著社會發(fā)展、科技進步,各種大型、復(fù)雜的建筑物日益增多。由于它們大型、稀有、耗資巨大、效益高,因而,必須保證它們在安全、可靠的狀態(tài)下,無故障、高效能的運行。但是,工程建筑的興修,不僅改變了地面原有的狀況,在土層內(nèi)部由于開挖,施加了一定的外力,從而破壞了原有的應(yīng)力平衡,在達到新的應(yīng)力平衡過程中,地基、周圍土層及建筑物本身產(chǎn)生下沉、位移、傾斜等變形是不可避免的。此外,“三下開采”,地震,爆炸,季節(jié)性、周圍性溫度和地下水位變化等,也會導(dǎo)致地表面移動、建筑物變形。變形在一定限度內(nèi)是正常的,但超過了某限度就會影響建筑物的正常使用,嚴重時會危及建筑本身和人民生命財產(chǎn)安全。因而,通過對建筑物進行變形觀測,及時了解和監(jiān)視建筑變形狀況,為其安全、正常運行提供信息。沉降觀測是變形觀測方法之一,是發(fā)現(xiàn)建筑物異常變形的重要手段。

1 沉降觀測精度指標(biāo)的確定

建筑物產(chǎn)生變形有其本身結(jié)構(gòu)、應(yīng)力作用方面的原因,也有工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及使用過程不當(dāng)?shù)脑?。因而確定沉降觀測精度指標(biāo),是一個不易準確回答的問題。國內(nèi)外學(xué)者對這也作過多次討論,在1997年FIG第十三屆會議上,工程測量專家指出:“如果觀測目的是為了使變形值不超過某一允許而確定建筑物的安全,則其觀測中誤差應(yīng)小于允許變形的1/20～1/10,如果觀測目的是為了研究其變形過程,則其中誤差應(yīng)比這個數(shù)值小得多?！?/p>

1)沉降觀測精度指標(biāo)的確定與觀測目的有關(guān)。從目前變形觀測的目的來看有三個:安全監(jiān)測、積累資料和科學(xué)實驗。目前比較一致的看法:為積累資料而進行的變形觀測,其精度指標(biāo)可低一些,而另兩種目的精度指標(biāo)要高一些。2)沉降觀測精度指標(biāo)的確定與建筑物的允許變形值有關(guān)。建筑物的允許變形值與建筑的性質(zhì)、重要性、安全可靠有關(guān)。如江河大壩的允許值、粒子加速器的允許變形值、一般民用建筑物的允許值等是各不相同的,考慮到建筑物的安全性,設(shè)計人員總希望它變形允許值定小些,觀測精度定高些,但作為測量人員,則希望它精度定低些。一般而言,建筑物允許變形值應(yīng)是重要建筑物很小,一般建筑其次,次要建筑物可大些。其精度指標(biāo)從低到高排也應(yīng)是次要建筑物,一般建筑物,重要建筑物。3)沉降觀測精度指標(biāo)的確定要考慮需要與可能。需要也就是它需要怎樣的精度指標(biāo),這應(yīng)由設(shè)計、施工、測量等幾方面的人員共同商定;也就是在目前的技術(shù)、儀器設(shè)備條件下,可能達到的觀測精度。觀測精度指標(biāo)的確定就應(yīng)是需要與可能之間妥協(xié)的結(jié)果。

某建筑高30 m,基礎(chǔ)寬12 m,設(shè)計時允許傾斜度a=4‰,試確定建筑物安全時,其沉降觀測精度要求為:

頂部允許偏移量:Δ=a,H=4‰×30=0.12 m=120 mm。

若取觀測誤差與允許變形值的1/20,則 m=1/20Δ=±6 mm。

由于傾斜是沉降和水平位移共同影響的結(jié)果,而沉降觀測相對水平位移觀測來說,可達到較高精度。取m沉=±2 mm,如果通過基礎(chǔ)的沉陷來監(jiān)測建筑物的傾斜,引下沉的觀測中誤差為:

2 監(jiān)測點位的布設(shè)

監(jiān)測點位是工作的對象,也是確定建筑物變形狀況的依據(jù)。其點位的選擇原則:1)應(yīng)根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部應(yīng)力分布情況來確定點位,如框架結(jié)構(gòu)的柱基,新舊建筑物的連接處對稱建筑物的軸線上等。2)監(jiān)測點位布設(shè)應(yīng)具有代表性,能全面反映沉降狀況。如建筑物的轉(zhuǎn)角處,縱橫墻交接處沿墻間隔一定距離等。3)監(jiān)測點位應(yīng)便于作業(yè),安全和保護。

除了上述監(jiān)測點位外,包括有基準點和工作點位布置(見圖1),其中基準點應(yīng)為3個以上,互相連接,并且布設(shè)在變形區(qū)外,工作點應(yīng)靠近建筑物,同時要方便作業(yè),保護和安全。

3 沉降觀測方法

3.1 施測要求

1)采用國產(chǎn)S1和N1007儀器及配套附件,儀器I角不大于10″。2)各項指標(biāo)及作業(yè)要求按國家二等水準測量規(guī)定進行。

3.2 施測方法

1)水準基點應(yīng)和國家水準點聯(lián)測。2)監(jiān)測點觀測中,每期觀測站及后視點應(yīng)相對固定,在前后視距不等的情況下要進行i角改正(H=-ΔS?I,其中,I為儀器檢定時i角;ΔS為前后視距差)。3)每周期觀測前應(yīng)檢測儀器。

3.3 水準網(wǎng)平差計算

若水準點在變形區(qū)外,用經(jīng)典平方差方法,否則采用秩虧自由平差,上機計算。

4 沉降觀測資料的分析和整理

1)在原始記錄和各種計算準確無誤的前提下,列出高程表。2)在觀測值達到設(shè)計精度的前提下,進行觀測值的相互對照和比較,分析觀測成果的規(guī)律性,查找有無不合規(guī)律的異常值,并對異常進行分析,判斷其異常程度,原因及影響。

5 實例

某酒店(24層,高62 m)占地 0.85 hm2,在施工初期對地基埋設(shè)有40個沉降觀測點,施工中(1993年3月～1995年12月)分別進行了10次沉降觀測。

1)其測點站中誤差為±0.67 mm。2)沉降統(tǒng)計曲線見圖 2。

6 結(jié)語

1)沉降觀測的目的是通過沉降測點速度和沉降量來分析建筑物的變形狀況,因而,測站、儀器、工作人員應(yīng)固定好。

2)首次觀測是后續(xù)觀測的比較依據(jù),應(yīng)特別重視。

3)對同一建筑,若沉降量較大,其觀測精度可適當(dāng)放寬,觀測周期可短些;若沉降量小,其觀測精度可重些,觀測周期可長些。

4)在有爆炸、附近開挖、大的降雨、地震等特殊情況時要加密觀測次數(shù)。

[1] 中南工業(yè)大學(xué)測量教研室.地表和工程建筑物的變形觀測[Z].1984.

[2] 《城市測量手冊》編寫組.城市測量手冊[M].北京:建筑工業(yè)出版社,1995.

[3] 馬加坤.高層建筑物變形監(jiān)測及危險問題討論[J].四川測繪,1992(5):103-104.

[4] 傅玉虎,許國鋒,陳立松.淺談紹興某高層商住樓建筑沉降觀測及分析[J].山西建筑,2008,34(11):117-119.