高層建筑物沉降監(jiān)測及結(jié)果分析

劉舜

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院測繪工程系，陜西渭南714000)

建筑物基礎(chǔ)發(fā)生較大的沉降或發(fā)生明顯的不均勻沉降將對工程帶來巨大的安全隱患和質(zhì)量問題。因此，施工期間及竣工后，能夠有效地進(jìn)行監(jiān)測并通過已有觀測數(shù)據(jù)來預(yù)測建筑物地基的變形情況已成為確保建筑物安全的重要工作。以某高層住宅樓工程為例，簡單介紹地基沉降監(jiān)測，并且對沉降監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行分析與預(yù)測。

1 工程概況

該工程為高層住宅樓，該高層住宅樓的主體工程為地下1層，地上31層，建筑長60.8 m、寬28.9 m、高104.4 m。樓層為全剪力墻結(jié)構(gòu)。筆者所在學(xué)院受業(yè)主委托對該樓進(jìn)行了沉降監(jiān)測。

2 基準(zhǔn)點及沉降點的布設(shè)

為了觀測該高層住宅樓的主體沉降，在其影響范圍之外的穩(wěn)定地區(qū)埋設(shè)了4個基準(zhǔn)點(BM1～BM3，BM2b)，及一個工作點(BM2a)。5個點構(gòu)成基準(zhǔn)網(wǎng)并定期進(jìn)行聯(lián)測，以檢查基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性。每次觀測都連測基準(zhǔn)點與工作點間的高程差，確定工作點新的高程，再從工作點出發(fā)觀測變形點。每次觀測都盡量沿固定的觀測路線觀測變形點，以降低測量誤差，提高觀測精度。

圖1 沉降點位分布示意

根據(jù)樓房設(shè)計方案，在該住宅樓上共布設(shè)有15個沉降觀測點(1#～15#)，點位分布情況如圖1所示。

3 沉降點的監(jiān)測

該住宅樓屬于大型高層建筑物，由于它還處在施工建設(shè)之中，對其觀測的主要內(nèi)容就是均勻沉降和不均勻沉降，方法采用的是精密水準(zhǔn)測量。該測量方法的特點為觀測精度高，工作量大，難以多次重復(fù)，一般只進(jìn)行往返測，也就是往返測(符合要求的)高差平均作為高差的最或是值。當(dāng)評定這種最或是值的精度時，也只有往返測高差之差可資利用，它反映了水準(zhǔn)測量各種誤差共同作用的結(jié)果，具有真誤差的性質(zhì)，它們含有偶然誤差的影響也含有系統(tǒng)誤差的影響。

3.1 監(jiān)測任務(wù)及監(jiān)測周期

監(jiān)測從主體修筑至±0.00開始觀測，每增高一層觀測1次。共33次，主體封頂后，每兩個月觀測1次，共6次，竣工后第一年每季度觀測1次，第二年每半年觀測1次，共6次。通過觀測，建筑物已達(dá)到穩(wěn)定即告完成。觀測結(jié)果應(yīng)符合國家《建筑變形測量規(guī)程》(JGJ/78—97)及《工程測量規(guī)范》要求。

3.2 施測方法與技術(shù)要求

根據(jù)高程精度的要求，觀測采用ZEISS廠Ni007水準(zhǔn)儀，配合線條式銦瓦合金水準(zhǔn)尺，基準(zhǔn)點、工作點和沉降觀測點組成環(huán)線進(jìn)行觀測，測站限差見表1，環(huán)線閉合差≤±0.6(mm)，n為測站數(shù)。

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3.3 施測要求

對于儀器、設(shè)備的操作方法與觀測程序要熟悉、正確。在首次觀測前要對所用儀器的各項指標(biāo)進(jìn)行檢測校正，必要時經(jīng)計量單位予以鑒定。連續(xù)使用3～6個月應(yīng)重新對所用儀器、設(shè)備進(jìn)行檢校。在觀測過程中，操作人員要相互配合，工作協(xié)調(diào)一致，認(rèn)真仔細(xì)，做到步步有校核。

此外沉降觀測自始至終要遵循“五定”原則。所謂“五定”，即通常所說的沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點、工作基點和被觀測物上的沉降觀測點，點位要穩(wěn)定;所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定;觀測人員要穩(wěn)定;觀測時的環(huán)境條件基本上要一致;觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。這些措施在客觀上可以盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實。

4 觀測精度的確定及最弱點的精度估算

沉降監(jiān)測的精度主要取決于觀測的目的、建筑物的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的類型。根據(jù)國際測量工作者聯(lián)合會(FIC)提出的變形監(jiān)測精度要求，如果觀測是為了監(jiān)測建筑物的安全，其觀測中誤差應(yīng)小于容許變形值的1/10～1/20;如果觀測是為了研究變形的過程，則其中誤差比上述數(shù)值小得多。根據(jù)這一原則，通常采用“以當(dāng)時可能達(dá)到的最高精度”確定變形觀測精度。按照上述要求，結(jié)合該樓的實際情況，可根據(jù)如下公式確定高程觀測精度

式中:△為容許變形量值;K為安全系數(shù);t為置信區(qū)間內(nèi)最大誤差的比例值。本次監(jiān)測，K選用1/20=0.05，t選用2，△取40 mm則

即變形觀測的精度為≤±1 mm。

沉降點按Ⅱ等水準(zhǔn)測量的要求觀測，測站高差中誤差主要有置平誤差(m2)、瞄準(zhǔn)誤差(mm)、讀數(shù)誤差(md)，且三者是相互獨立的，即測站高差(m)按式(2)計算。

式中:τ為水準(zhǔn)管分劃值，Ni007儀器取τ=10″;s為視線長度，取其最大值為50 m;v為望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)，Ni007儀器為40。代入上式可得:

在閉合水準(zhǔn)路線中，高程最弱點位于水準(zhǔn)路線的中央，根據(jù)沉降監(jiān)測水準(zhǔn)路線、施測方法，最弱點為8號沉降監(jiān)測點，從基準(zhǔn)點BM4觀測到8號沉降點的各期觀測均小于14站，則平差后最弱點高程中誤差(mr)按式(3)計算。

因此，所設(shè)計的觀測方案完全符合沉降監(jiān)測的精度要求。

5 沉降觀測及成果

從2008年9月23日至2009年2月1日，對該樓實施了16次觀測。由于開始建樓時監(jiān)測點位沒有及時做好以及基坑回填等原因，所以在16期觀測時該樓房已經(jīng)建至18層。

在基坑回填間，1#，8#，10#沉降監(jiān)測點有多期不能觀測。從10期開始，15#沉降觀測點被標(biāo)志牌遮擋，不能觀測。每次觀測均計算環(huán)線的閉合差并與限差進(jìn)行比較，超限則重新觀測以確保觀測質(zhì)量。

6 沉降監(jiān)測結(jié)果的綜合分析

沉降規(guī)律分析研究是沉降工作必不可少的工作階段，它是(包括)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸納和研究，是監(jiān)測工作的重要組成部分。規(guī)律分析應(yīng)及時進(jìn)行，否則監(jiān)測就失去了意義。因為監(jiān)測工作的真正價值在于能起到工程安全監(jiān)測和工程狀態(tài)說明或預(yù)測的作用，及時采取應(yīng)對措施，保證工程順利進(jìn)行，因此，一定要強(qiáng)調(diào)觀測資料的及時整理和分析，并由此提出工程評價，指導(dǎo)工程施工。

根據(jù)該高層住宅樓沉降點各期觀測結(jié)果，通過平差計算，得到沉降點每期觀測的高程值及觀測精度(其觀測精度符合設(shè)計要求)，計算出了每期觀測平均沉降量和平均沉降速率，繪制出了1#～15#點(由于篇幅問題這里只選取1#點監(jiān)測數(shù)據(jù)做成果表與沉降曲線如表2及圖2)和該高層住宅樓沉降點的平均沉降和平均沉降速率曲線圖(如表3及圖3)，這些圖反映了該樓體沉降的過程和速率。

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圖2 1#點沉降曲線

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圖3 住宅樓沉降曲線

7 結(jié)論

綜合以上分析資料及圖表，得出以下結(jié)論。

(1)該高層住宅樓變形監(jiān)測點的沉降范圍為:－15.8～－27.6 mm(15#號沉降監(jiān)測點除外)，平均沉降變化量為－21.9 mm，由沉降曲線可看出該樓基本呈均勻下沉趨勢。

(2)該樓在第11期、12期有約4 mm的沉降值，第13期又有較大回彈(約3 mm)。筆者對此3期及前后幾期數(shù)據(jù)做了認(rèn)真的檢查，也復(fù)查了基準(zhǔn)網(wǎng)，均未發(fā)現(xiàn)觀測問題。第11期、12期觀測時，正值樓體基坑回填，西安又連降大雪，溫度極低。第12期至第13期時天氣回暖。此異常可能與天氣有關(guān)。氣溫變化對銦瓦合金尺和建筑物本身都有影響，這里采用的是國產(chǎn)銦瓦合金尺，受氣溫變化影響可能較大。后來的觀測數(shù)據(jù)基本呈平穩(wěn)下降趨勢。

(3)該樓在2008年11月3日到2009年2月1日之間沉降速度較快，2月1日后沉降速度放緩。

(4)從2009年6月28日封頂至今，樓房進(jìn)行內(nèi)外裝修，荷載繼續(xù)增加，樓房保持平穩(wěn)沉降趨勢。

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