城市高層建筑物變形監測方案設計

□趙 棟

（山西省測繪職業資格管理中心，山西太原030002）

城市高層建筑物變形監測方案設計

□趙 棟

（山西省測繪職業資格管理中心，山西太原030002）

高層建筑物的大量出現，對其安全施工及安全運營有了更高的要求。本文從變形監測技術角度出發，針對高層建筑物在施工與運營階段的變形監測方案進行了設計，并給出了數據處理方式及沉降預測模型，后期對高層建筑物的順利建設及運營提供技術參考。

高層建筑物；變形監測；監測方案；方案設計

高層建筑物已成為城市的主要組成部分，也是目前房地產行業的首選開發方式，且結構越來越復雜，如何讓變形監測技術為保障其順利施工到后期運營，是我們測量工作者一直在努力的精密工程測量方向之一。目前，已有大量的科研與技術工作者對建筑物變形監測技術從研究與實踐的角度分別作了大量的分析與探討[1][2][3][4][5]，本文針對城市高層建筑物，給出了對其進行變形監測的技術背景，進而設計了相應的方案，并給出了數據處理方式，對高層建筑物的變形監測提供了有益的探討。

1.方案設計背景

1.1 監測依據及技術標準

（1）《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-99）

（2）《建筑變形測量規范》（JGJ8-2007）

（3）《建筑基坑工程監測技術規范》（GB50497-2009）

（4）《工程測量規范》（GB50026-2007）

（5）《城市測量規范》（CJJ8-99）

（6）《國家一、二等水準測量規范》（GB12897-91）

（7）《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）

1.2 監測目的及內容

1、監測目的

高大建筑物的建設一般從設計、基坑開挖、具體施工，最后進入運營階段。而為了保障其順利的施工和安全的運營，在基坑開挖、施工及運營階段應對其進行變形監測。

（1）在工程建設前期，首先應對建筑基坑進行變形監測。主要包括：為了優化和確定后續工作的施工參數，將基坑連續監測后所得的數據與原有的預計值進行對比，看是否達到預期的施工工藝與參數要求，進行有效的控制施工對建筑物的影響。

（2）建筑物開建及投入運營后，對建筑物主體進行沉降觀測，通過所獲取的沉降觀測數據，分析其變形速率、變形方向、預測其變形的趨勢，進而通知甲方采取一定的措施，避免發生危險造成不必要的損失甚至是人員傷害。

2、監測內容

（1）依據有關規范的規定，基坑監測包括以下內容：基坑邊坡頂部沉降監測、基坑壁側向位移監測、基坑深2倍范圍內周邊重要建筑（構）物或道路的沉降監測。

（2）對建筑物主體的監測則包括：掌握施工場地的具體地形地貌，以規范要求為準則，以現場實地地形為約束，合理布設兼顧二者的監測點；按照設計的觀測周期及觀測方案對監測點進行周期性野外觀測及內業數據處理，計算沉降量，繪制變形曲線，整理觀測資料；根據監測結果驗證建筑物主體穩定性評價的預測結果，如相符，則預計后續變形態勢，對其安全運營提供數據支持和保障。如不相符，則需調整預測模型，繼續監測驗證。

2.監測方案設計

2.1 基準點的布設

1、基坑監測基準點布點原則

（1）監測基準點的選擇首先要考慮能長期保存，其次是點位應該堅固穩定，并且點位要不受因開挖引起的變形影響，但又能方便的傳遞到基坑周圍，視野應該開闊；

（2）工作點應能方便的聯測到基準點與監測點，可使用相對穩定的現埋點等。

2、建筑物監測基準點布點原則

（1）高層建筑物的變形監測基準點應該分布在建筑物周圍，點之間距離應小于100米，并且最少應該布設3個以上基準點；

（2）水準點的布設網形應以閉合圖形為主，每一個設站點最少能與場地內的2個水準點通視；

（3）水準點的埋深要符合二等水準測量的要求(大于1.5米)，各點位的布設位置同基坑監測基準點的要求一樣，應不受其他影響而穩定的存在，且能長期保存，并便于到達。

3、基準點的埋設

根據國家標準《建筑變形測量規范》，并結合周邊建筑物分布情況，在工程壓力傳播范圍以外穩定的住宅樓基礎上設置四個永久性沉降監測基準點，組成該工程豎向位移觀測的基準點。每個月對以上各點進行一次聯測檢核。水平位移基準點和工作點根據現場實際情況，埋設在基坑外圍通視條件好、穩定的地基上。

2.2 監測儀器及精度要求

采用2″全站儀采用邊角交會法、極坐標法對基坑壁側向位移進行監測；采用S05型水準儀按二等水準測量要求，對沉降監測網進行定期測量。

2.3 監測報警指標

變形監測的主要目的是提供預警，也就是預測預報變形體的變形趨勢及危險發生時間點或時間段。因而，如何根據監測數據，通過數據處理，分析其變形趨勢及提出預測預警關系到建筑物安全和施工進度等諸多方面。在進行預測時，必須根據建筑物的實際情況，綜合考慮影響其變形的各種因素，在實測數據的基礎上對預測結果進行修正，驗證預測模型，完善預測結果，及時作出判斷并提供甲方參考。

目前，建筑物變形報警標準主要有兩種指標，一種是最大允許值，另外一種是變化速率。對這兩種指標的運用不是要求其同時滿足，而是只要有一種達到警戒值都需要及時作出反應，而累計變化量的報警指標一般不宜超過設計限值。

監測報警的措施主要有：

（1）當實際監測值超過報警值時，立即口頭通知委托單位（或監理單位），24小時內向委托單位（或監理單位）提交一份書面監測成果，2天內提交監測簡報，并與委托單位（或監理單位）確定加密監測事宜。

（2）當實際監測值超過預警值時，應立即通知委托單位（或監理單位），由委托單位（或監理單位）報告給設計、安檢站等相關部門并協助分析原因；同時，根據合同約定進行加密監測。

2.4 監測頻率

1、基坑監測頻率

基坑支護結構位移觀測點的測量，基坑開挖前，進行兩次水準測量，建立各測點的基礎高程數據；在基坑開挖期間，h＜5米時，每2天進行一次水平位移和沉降測量，h≥5米時，每天進行1次水平位移和沉降測量，如遇位移量超過報警值等特殊情況，則進行加密測量。基坑開挖結束后，應根據其穩定情況判斷是否可以適當減少觀測次數，但是，仍要觀測至基坑回填后才能結束所有觀測。周邊環境觀測點，在基坑施工前，進行兩次水準測量，建立各測點的基礎數據；在基坑降水、開挖期間，每星期觀測一次，一旦發現監測點變形過大，則表明基坑出現了潛在的不穩定狀況。此時首先應增加單位時間內的觀測次數，并及時與建設單位溝通，匯報相應情況，確定后續監測工作及應對措施。開挖結束后，基坑逐漸趨于穩定，此時，可以根據實際情況適當減少觀測次數至基坑回填后結束。

2、建筑物監測頻率

對建筑物的變形監測以出地面為準開始進行，當建筑物主體澆筑至±0.000米面后，開始布設沉降觀測標，并完成建筑物主體的初次觀測。之后每增加一層荷載，進行一次沉降觀測，直至建筑主體封頂為止。工程進入裝修階段后，每3個月觀測一次。工程暫停及復工時各測一次；假如建筑物突然產生大量沉降、不均勻沉降或嚴重裂縫時，迅速展開每天或幾天一次的連續觀測。主體竣工后，第一年觀測4次；第二年觀測3次；第三年后每年觀測一次，直至穩定為止。

式中：i--觀測點點號；k--觀測期數。對沉降監測點各期沉降量和累計沉降量計算如下：

（1）對各個沉降監測點每一期的沉降量進行計算：沉降監測點各期沉降量=該期觀測所得的監測點高程-上期監測所得的監測點高程

（2）對各個沉降監測點每一期相對于第一期的累計沉降量進行：

各期監測點累計沉降量=該期沉降量+上期累計沉降量

將計算出的沉降觀測點本次沉降量、累積沉降量和觀測日期、荷載情況等填入“沉降觀測表”中[2]。

3.2 變形預測模型

以上只是給出了沉降量的計算值，而要實現沉降預測，應選擇相應的預測模型。近些年，在變形領域用的比較多的是灰色系統理論模型、小波分析模型、人工神經網絡模型、多元回歸分析模型和時間序列分析模型等，實際應用中既可以采用上述模型單獨進行沉降預測，也可以組合預測[6][7][8]。其中，灰色系統理論GM（1,1）模型如下。

3.數據處理

3.1 沉降量計算

定期地測量觀測點對于穩定的水準點的高差以計算觀測點的高程，并將不同時間所得同一觀測點的高程加以比較，從而得出觀測點在該時間段內的沉降量[1]：｝做一次累加生成得到新的數列。其中

（2）模型建立

用累加后灰色模塊構成微分方程

變形后得，

因為x（1）（k+1）=x（1）（k+1）-x（1）（k［

］

），寫成矩陣型式有

則有Yn=BA，可用最小二乘法則得到最小二乘近似解為

則有GM（1,1）預測模型方程為

4.結束語

沉降觀測工作是一項非常繁雜的工作，技術要求高，需要付出艱辛的勞動[3]。由于觀測期間，建筑工地正在進行施工建設，導致某些觀測點無法觀測且達不到固定如初，這是影響觀測精度的主要原因[4]。采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下，通過三角高程的方法來代替幾何水準進行沉降觀測，可以減少勞動強度，但能否滿足精度要求，是值得在今后沉降觀測中加以研究的[3]。變形監測技術通過高等級測量方式，以周期觀測取得高層建筑物的沉降量，進而以數據處理尋找其內在規律，發現異常，分析原因，為施工方提供預判支持。當遭遇險情時，也能通過預測預警提前開展補救措施，降低損失。隨著社會生產和科學技術的進一步發展，先進儀器的廣泛應用，測量精度越來越高，沉降觀測的技術必定會越來越成熟，為設計、施工提供更加可靠的資料及相應的沉降參數[5]。

【1】張營.深基坑監測方法與精度要求研究及其工程應用[D].山東大學,2012.

【2】李賀慧,都杰,薛海梁.中州國際高層住宅樓沉降觀測方案[J].科技風,2010（17）:115.

【3】段璐璐,李成山.洙水河航道改造工程嘉祥船閘主體建筑物沉降觀測[J].房地產導刊, 2013（10）:99.

【4】王保國.一寫字樓建設工程沉降觀測的實踐與分析[J].江西測繪,2009（1）.49-51.

【5】劉慎棟.高層建筑的沉降初探[J].企業導報,2011（11）.285.

【6】黃聲享，尹暉，蔣征.變形監測數據處理[M].武漢：武漢大學出版社.2003.

【7】Clemen RT,Winkler RL.Combining economic forecasts[J].Journal of Business and E-conomic Statistics,1986,4.

【8】Donaldson RG,Kamstra M.Forecast combining with neural networks[J].Journal of Forecasting,1996,15.

TU196

B

2095-7319（2014）05-0039-05

趙棟（1983—），男，山西晉中人，工程師，2006年畢業于太原理工大學測繪工程專業，現在山西省測繪職業資格管理中心從事職業技能鑒定、培訓及再教育等工作。