高層建筑沉降監測與數據處理分析

林曉枝

(福建工程學院，福建福州 350108)

0 引言

隨著建筑業的飛速發展，高層及超高層建筑物越來越多，為了避免因建筑物沉降原因造成建筑物主體結構的破壞或產生影響結構使用功能的裂縫，造成巨大的經濟損失。為此，在高層建筑物施工過程中，應加強沉降觀測過程的監控，及時掌握建筑工程沉降程度及沉降趨勢，并科學分析、處理沉降觀測結果，為勘察、設計、施工等部門提供詳盡的一手資料，指導合理的施工工序，保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全性。本文就福州某建筑工程為例，對高層建筑沉降觀測方法與數據分析予以論述。

1 建筑物沉降監測方案［1，2］

高層建筑物施工應根據工程項目的性質、結構特點、規模大小、地質條件等實際情況，研究制定科學、合理的沉降監測方案，選擇測量儀器設備實施監測，準確掌握建筑物的沉降變化規律，為工程施工提供科學依據。

1.1 工程概述

該工程為一幢23層綜合樓(裙房5層)，位于福州三橋以南主干道東側、福州拓福(倉山店)南側，占地面積2 570.5 m2，建筑面積為39 873.1 m2(地下室面積6 373.0 m2)，建筑物高度為86.40 m，采用混凝土框剪結構，樁基礎，樁端持力層為第層圓礫層。設一層地下室，基坑開挖至底板墊層底的深度約為5.15 m。建筑物單柱最大軸力約為20 000 kN(估算)，相鄰柱基允許沉降差為0.002L(L為柱距)，整體傾斜允許值為0.002 5。

1.2 觀測基準點的布設

沉降觀測的基準點，應根據工程的沉降施測方案和布網原則的要求建立。依據GB 50026-2007工程測量規范規定一般高層建筑物周圍要布設三個基點，基點應選設在變形影響范圍以外且穩定、易于長期保存的地方，且與建筑物相距50 m～100 m間的范圍為宜［3］。可利用已有的、穩定性好的埋石點和墻腳水準點，也可以在該區域內基礎深且穩定的建筑上設置墻腳基準點。

該工程根據甲方提供的參考點在施工場區之外設立3個沉降觀測基準點，基準點用 φ22 mm的鋼筋混凝土制成，埋深1 200 mm～1 500 mm，以確保基準點不受冬季凍脹變形的影響。并對建筑物觀測方便的位置設立不少于2個工作基點，基準點與工作基點根據現場條件設立若干個連接點。

1.3 沉降觀測點的布設

沉降觀測點應依據建筑物的形狀、結構、地質條件、樁形等因素綜合考慮，布設在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點。為了能夠反映建筑物的準確沉降情況，一般布設在建筑物四角、差異沉降量大的位置、地質條件有明顯不同的區段以及沉降裂縫的兩側，且相鄰點間距以15 m～30 m為宜。

根據本工程的結構、地質等條件，并結合現場工程經驗，本次監測選取沉降觀測點12個(沉降觀測點F1～F12)，主要布置在建筑物的四周和重要的承重部位等特征位置處。具體的沉降觀測點布設見圖1。

1.4 沉降觀測的頻率要求

沉降觀測的時間和頻率應綜合考慮工程性質、地基情況、工程進度，以及設計單位和建設單位的要求等因素，并要符合相關規范的規定。根據JGJ/T 97建筑變形測量規程規定，沉降觀測頻率為:“民用建筑可每加高1層～5層觀測一次”，并特別強調了:“觀測次數與間隔時間應視地基與加荷情況而定”［4］。綜合考慮各項因素，本工程觀測周期為主體結構施工階段每施工完2層觀測一次，結構封頂后每3個月觀測一次，直至穩定。出現異常時加密監測。同時，根據 GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范5.3.4條規定，本工程在沉降監測過程中相鄰監測點的沉降差允許值為0.002L(L為相鄰監測點的中心距離)。

圖1 沉降觀測點布設示意圖

2 沉降監測結果的分析

2.1 繪制各點的沉降與時間關系曲線

本工程主體沉降監測時間為:2010年12月30日～2011年12月14日，歷時420 d，共監測15次。根據監測結果，繪制以每次測得的累計沉降量為縱坐標，每次觀測時間為橫坐標的各點累計沉降和時間關系曲線，各點的具體沉降情況見圖2，圖3。

圖2 F1～F6累計沉降與時間關系曲線

圖3 F7～F12累計沉降與時間關系曲線

2.2 沉降量等值曲線

利用各點的沉降量(即絕對沉降)繪制出建筑物的等值曲線圖，如圖4所示。

2.3 監測結果分析

圖2，圖3顯示，建筑從施工開始就出現了下沉現象，但下沉速度不是很快，下沉量比較小。而第6次監測(87 d)開始至第14次監測(320 d)這個階段，建筑沉降速度明顯加快，下沉量比較明顯，主要原因是建筑在主體施工初期，其基礎還處于一種不穩定狀態，隨著荷載的增加，其沉降速率較大。且可見各觀測點的沉降曲線大致相同，說明大樓整體屬于均勻沉降［6］。第14次監測時，主體建設全部完成，開始地面回填、內部道路施工等工作。從第14次監測(320 d)至第15次監測(420 d)建筑有小幅上升過程，其原因是這期間回填影響以及周圍的降水井封閉、內部道路施工等影響。圖4中等值線間隔為1 mm，圖中可以直觀地得到整個場地基礎沉降的特征:總體沉降比較均勻，建筑沉降最大的地方分布在F6點附近，最小沉降分布在F7點附近，平面上最大極差為8 mm，表明整棟大樓變形均勻，整體穩定性較好。

圖4 各監測點沉降量等值曲線圖

通過監測數據可知，本工程最大累計沉降為F6點，累計沉降為12.5 mm;最大相鄰柱基沉降差為7.9 mm，位于F6～F7點之間。根據GB 50026-2007工程測量規范，建筑物的整體傾斜率按差異沉降推算，推算出最大傾斜率為0.000 33。各沉降監測點累計沉降差及傾斜率均未超過允許值，滿足本工程沉降差允許值為0.002L(L為相鄰監測點的中心距離)和整體傾斜率允許值0.002 5的要求。從整體上看，時間—沉降關系曲線圖正確實時地反映了該建筑物的沉降過程。

3 結語

對高層建筑施工過程進行沉降監測具有極為重要的作用，其監測數據能夠為設計部門提供依據。同時，也是優化設計和可靠度評價的有力手段。并且，將監測結果及時反饋給施工和管理部門，指導項目部制定科學、合理的施工方案，避免和預防因不均勻沉降造成建筑物主體結構的破壞或產生影響結構使用功能的裂縫，造成巨大的經濟損失。本文結合工程實例對高層建筑物沉降監測的主要內容和方法進行了介紹，希望結果具有一定的借鑒意義。

［1］武興巖，全廣軍.高層建筑的沉降變形監測及數據處理分析［J］.科技信息，2011(1)：338-339.

［2］羅 亮，曾 濤.高層建筑物沉降變形監測及數據分析［J］.科技資訊，2009(27)：69-70.

［3］GB 50026-2007，工程測量規范［S］.

［4］JGJ/T 97，建筑變形測量規程［S］.

［5］GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［6］丁 寧，孫英君.高層建筑物變形監測數據處理與分析［J］.測繪科學，2011，36(5)：93-94.