高大建筑物的沉降觀測

摘要：隨著建筑物的增高和荷載的增加，在地基基礎和上部結構的共同作用下，建筑物將發生勻沉降。本論文采用精密水準測量的方法測定布設于高大建筑物上觀測點的高程變化來監測建筑物的沉降情況在周期性的監測過程中觀測點下沉量較大或者不均勻沉降。

關鍵詞：高大建筑 沉降觀測 水準測量

1、引言

在當今社會的不斷發展中，土地資源與人口增長之間的矛盾日漸顯現，為合理利用有限的地面資源，樓房建設正向空間發展，高層及超高層建筑物越來越多，高層建筑物像雨后春筍般地涌現，建筑物的沉降觀測越來越受到人們的重視和關注。沉降觀測已經關系到人們的生活和安全，同時也是建筑物施工必不可少的環節。

2、高大建筑物沉降的因素

高大建筑物沉降的因素很多，建設場地的地形、地貌、地基巖性特征都可能影響建筑物的沉降，總的來說可以分為內部因素和外部因素。

（1）內部因素引起的變形：

①合理變形：建筑物自身的構筑形態造成荷載分布不均衡使建筑物發生變形，這種變形一般小于允許變形值，隨著時間的推移而趨于穩定，這種變形對建筑物是不會造成較大危害的。

②施工誤差變形：由于施工誤差而造在荷載分布和預計分布不符，從而造成建筑物變形，這種變形對局部來講一般很小。但考慮從下部到上部的整體累積變形間的相互影響時，它是建筑物達到危險變形的一個重要因素。

（2）外部因素引起的變形：

①基礎變形：由于建筑物的重量，使基礎上的土壤被壓實，引起建筑物沉降。

②其它因素引起的變形：由于基礎的地質構造不均勻，季節性和周期性的溫度和地下水的變化引起以及受風力引起的擺動等。

3、沉降觀測的精度要求及分析

水準點是作為比較觀測點沉降量的依據，因此要求必須以永久性水準點為根據來精確測定。測定應往返進行觀測，并檢查有無變動。對重要廠房、高層建筑物重要設備基礎的觀測，要能反映出1—2mm 的沉降量。因此，必須以S1以上的精密水準儀與精密水準尺進行觀測，其閉合差不得超過±mm（n為測站數），觀測應在目標清晰、穩定的時間段進行。

沉降水準網的觀測可以分段進行，每段往返高差不符值不得超過M限=±4M（M為所采用水準測量等級每千米的高差中數的偶然中誤差，L 是測段長度，以公里計）。采用附合或者閉合線路水準測量，其閉合差不得超過M限=±2MW（MW為所采用的水準測量每公里高差中數的權中誤差，L是附合或閉合線路的長度，以公里計）。

沉降觀測的精度，要根據具體建筑物預計的允許變形值的大小與進行觀測的目的來定。國際測量工作者聯合會規定：如果觀測的目的是為了確保建筑物的安全，其觀測中誤差應小于允許變形值的1/10—1/20；如果觀測的目的是為了精度高，那就要盡量的提高觀測精度。下面是估算一座建筑物的沉降監測精度的例子：

西安某酒店是28層樓，兩沉降點的距離 L=8m，其差異沉降最大容許值A=（1/2000）L，其沉降中誤差為：

A=×8×105=16mm

取1/10為沉降觀測的容許誤差：f=A/10=1.6mm

由于差異沉降可以直接由亮點高差求得，所以取兩倍中誤差為容許誤差，則沉降觀測中誤差:

M沉=f=±0.8mm

4、沉降觀測

（1）建立水準控制網

沉降觀測點應布設在能全面反映建筑物地基變形特征的點位，一般布設在建筑物的四角、在轉角及沿外墻每10—15米處；高低層建筑物、新舊建筑物、不同地質條件、不同荷載分布、不同基礎類型、不同基礎埋深、不同上部結構、沉降縫和建筑物裂縫處的兩側；建筑物寬度大于或等于15米，或寬度小于15米但地質條件復雜的建筑物的內縱墻處，以及框架、框剪、框筒、筒中筒結構體系的樓、電梯井和中心筒處；筏基、箱基的四角和中部位置處；多層砌體房屋，縱墻間距6—10米橫墻對應墻端處；框架結構可能產生較大不均勻沉降的相鄰柱基處；高層建筑橫向和縱向兩個方向對應盡端處。各種建筑物沿四周或基礎軸線的對稱位置上布點，數量不少于4個測點。觀測點的布設是沉降觀測工作中一個很重要的環節，它直接影響觀測數據能否真實地反映出建筑物的整體沉降趨勢及沉降特點。

基準點的布設，建筑工程沉降觀測的期限一般較長，例如對于軟土地基上的建筑工程，其沉降觀測的期限約為10年，因此基準點的長久穩固不動是十分重要的。為了保證沉降觀測工作的長期連續性，設置在工地附近的基準點只能作為工作基點，且必須與市內較近的水準點進行聯測，從而得到沉降觀測點在國家統一高程系統中的高程值。這樣，即使工作基點和與之聯測的基準點都遭破壞，也仍可用市內國家統一高程系統中的其他基準點恢復。測的基準點都遭破壞，也仍可用市內國家統一高程。

觀測點體系，根據整個工程地理面貌和布局、現場的環境條件，制訂測量網路原則建立水準控制網。水準控制網中的觀測點的數目和位置，應能全面正確反映建筑物沉降的情況。一般來說，在民用建筑中，是沿房屋的周圍每隔6—12m設立一點。另外，在房屋轉角及沉降縫兩側也應布設觀測點。當房屋寬度大于15m時，還應在房屋內部縱軸線上和樓梯間布置觀測點。在工業廠房中，除承重墻及廠房轉角處設立觀測點外，在最容易沉降變形的地方，如設備基礎、柱子基礎、伸縮縫兩旁、基礎形式改變處、地質條件改變處等也應設立觀測點。高大圓形煙囪、水塔等，可在其周圍或軸線上布置觀測點。固定的觀測點應是完整固定的觀測路線，并在架設儀器站點與轉點處作好標記樁，保證主次觀測均沿統一路線。

（2）觀測時間、周期

沉降觀測時間和周期是正確反映建筑物的沉降變形規律。建筑物的沉降觀測對時間有嚴格的限制條件，特別是首次觀測得出的原始數據將貫穿整個工程。因此，必須按時、按周期進行，否則沉降觀測得不到原始數據，從而使整個觀測得不到完整的觀測結果。其他各階段的復測，根據工程進展情況必須定時進行，不得漏測或補測，只有這樣，才能得到準確的沉降情況或規律。

表1 沉降量、沉降點密度與復測周期關系表

（3）沉降觀測

沉降觀測實質是根據水準點用精密水準儀定期進行水準測量[1-6]，測出建筑物上觀測點的高程，從而計算其下沉量。高大建筑物的沉降觀測應用二等水準測量就能滿足測量的精度。觀測應在成像清晰、穩定的時間內進行，同時應盡量在不轉站的情況下測出各觀測點的高程，以便保證精度。前后視觀測最好用同一根水準尺，水準尺離儀器的距離不應超過50m，并用皮尺丈量，使之大致相等。測完觀測點后，必須再次后視水準尺，先后兩次后視讀數之差不應超過±1mm。對一般廠房的基礎或構筑物，同一后視點先后兩次后視讀數之差不應超過±2mm。根據編制的工程施測方案及確定的觀測周期，首次觀測應在觀測點安穩固后及時進行。一般高層建筑物有一或數層地下結構，首次觀測應自基礎開始，在基礎的縱橫軸線上(基礎局邊)按設計好的位置埋設沉降觀測點(臨時的)，等臨時觀測點穩固好，進行首次觀測。在首次觀測前要對所用儀器的各項指標進行檢測校正，必要時經計量單位予以鑒定。連續使用3—6個月重新對所用儀器、設備進行檢校。

5、結論

高大建筑物的沉降觀測是一項技術要求高，耗時長且易受外界條件影響的工作，因此應嚴格按照測量規范的要求作業，盡量減小人為和其他外界因素的影響造成的誤差，通過合理地布設基準點和沉降點，采用恰當的觀測方法和數據處理方法，得到可靠的觀測數據，最終就能夠合理、科學、準確地反映、分析、預測出建筑物的整體沉降狀況。

沉降觀測是建筑物竣工驗收中的一項重要工作，也是營運管理中的一項重要工作，它除了應滿足測量專業規定的精度要求外，還應接受建筑力學、土力學等相關學科的驗證。因此，沉降觀測的作業人員，不但要具有一定的測量理論基礎，而且還應具備工程地質、水文地質、建筑結構方面的知識，可見建筑物沉降觀測不僅僅是測量學科范圍內的，也是一門交叉學科。

參考文獻：

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