現(xiàn)代高層建筑物沉降觀測方法

余新梅

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西太原 030013)

建筑物沉降觀測是建筑物變形監(jiān)測中一項重要的監(jiān)測內(nèi)容。在許多規(guī)范中又被稱為“垂直位移監(jiān)測”，沉降觀測主要突出了垂直方向上的變形特征和過程。建筑物沉降原因有多種，主要原因有:地基土力學(xué)性質(zhì)、地基處理方式、基礎(chǔ)設(shè)計以及上部結(jié)構(gòu)形式[1]。由于現(xiàn)代建筑物形式多樣化，樓層高度不斷攀升，結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜;因此現(xiàn)代建筑物的沉降觀測越來越重要。沉降觀測是建筑物變形監(jiān)測的主要方式之一，它是通過對沉降監(jiān)測點定期監(jiān)測高程，由被監(jiān)測點的高程變化計算累計沉降量、沉降差、沉降速率，據(jù)此推斷沉降變形對建筑物的破壞影響程度，為建筑物整體穩(wěn)定性狀況進(jìn)行分析和預(yù)報。沉降觀測方法有多種，目前以精密水準(zhǔn)測量為主。沉降觀測時，將沉降監(jiān)測點設(shè)置在能反映建筑物沉降變化的位置，沉降觀測所用的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點一般選址在沉降影響范圍之外，由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點定期對沉降監(jiān)測點進(jìn)行觀測，通過觀測點高程變化分析建筑物的沉降情況。

1 現(xiàn)代建筑物沉降觀測的程序和步驟

1.1 基準(zhǔn)點埋石與監(jiān)測點標(biāo)志

采用精密水準(zhǔn)測量進(jìn)行沉降觀測，沉降監(jiān)測的測量點分為水準(zhǔn)基點和監(jiān)測點兩種。按照建筑變形測量規(guī)范要求，對沉降觀測的基準(zhǔn)點和觀測點進(jìn)行埋設(shè)。對于施工現(xiàn)場來說，可以就地取材，按照規(guī)范要求進(jìn)行基準(zhǔn)點埋石。其中深埋鋼管水準(zhǔn)基點埋石如圖1所示。沉降監(jiān)測點應(yīng)埋設(shè)在建筑物重要結(jié)構(gòu)位置，如承重柱或承重墻基礎(chǔ)位置。所埋設(shè)監(jiān)測點標(biāo)志規(guī)格如圖2所示。基準(zhǔn)點要設(shè)在沉降影響之外，一般會避開地基開挖處、地面沉降區(qū)和震動區(qū)，基準(zhǔn)點埋深至少要符合二等水準(zhǔn)測量要求[2]。

1.2 建立固定的觀測路線

現(xiàn)代建筑物施工過程較為復(fù)雜，堆料及施工人員容易干擾建筑物的沉降觀測，因此固定優(yōu)化的觀測路線尤其重要。根據(jù)施工現(xiàn)場條件以及基準(zhǔn)點、監(jiān)測點布設(shè)位置制定出水準(zhǔn)觀測路線。規(guī)范要求在高層建筑物周圍至少應(yīng)布設(shè)三個基準(zhǔn)點，間距不應(yīng)大于100 m;在觀測過程中，區(qū)域內(nèi)架設(shè)儀器應(yīng)能后視到兩個或兩個以上水準(zhǔn)點，場區(qū)內(nèi)閉合水準(zhǔn)路線優(yōu)于其他形式，多選擇閉合水準(zhǔn)路線以便檢校。為保證各次觀測質(zhì)量均沿統(tǒng)一路線，因此在基準(zhǔn)點和沉降觀測點之間建立固定的觀測路線，并標(biāo)記好儀器站點和轉(zhuǎn)折點。

圖1 沉降觀測基準(zhǔn)點埋石示意圖（單位：mm）

圖2 沉降觀測點標(biāo)志圖（單位：mm）

1.3 沉降觀測的外業(yè)實施

沉降觀測一般是周期性的觀測，整個周期大約維持3年～4年;根據(jù)監(jiān)測的建筑物施工階段，觀測周期也不同。在建筑物基礎(chǔ)開始時應(yīng)進(jìn)行首次觀測，對基礎(chǔ)的縱橫軸線上埋設(shè)好的沉降觀測點進(jìn)行監(jiān)測。首次監(jiān)測的結(jié)果是整個沉降觀測的關(guān)鍵，后期的所有觀測數(shù)據(jù)都要與首期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，直至整個過程結(jié)束。因此，首期觀測精度要求較高，一般采用精密電子水準(zhǔn)儀，每個觀測點首次高程一般同期觀測2次～3次后確定。在建筑物施工過程中結(jié)構(gòu)每升高一層，沉降觀測盡量緊跟觀測一次。若建筑物施工均勻增高，應(yīng)至少在增加荷載的25%，50%，75%和100%時各測一次，施工過程中若暫時停工，在停工時及重新開工時應(yīng)各觀測一次。停工期間可每隔2個月～3個月觀測一次。

1.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計

沉降觀測過程中記錄各次觀測值，整理檢查無誤后進(jìn)行平差計算，以每個觀測點的高程值作為最終結(jié)果。若使用電子精密水準(zhǔn)儀，可以利用電子儀器自動記錄的功能進(jìn)行保存原始數(shù)據(jù)，每測一次導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。電子精密水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)可以通過平差軟件進(jìn)行結(jié)果輸出，使效率大大提高，避免人為計算誤差。通過平差后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)報，規(guī)范要求最終應(yīng)提交時間—荷載—沉降量曲線圖和等沉降曲線圖，這兩幅圖應(yīng)根據(jù)各觀測點的沉降情況繪出;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是匯總各點周期平差計算的沉降量，然后根據(jù)沉降量統(tǒng)計表和沉降曲線圖，對建筑物的沉降趨勢進(jìn)行分析，將建筑物的沉降預(yù)計情況及時反饋給相關(guān)負(fù)責(zé)部門。

2 現(xiàn)代建筑物沉降觀測的保障條件

1)精密的測量儀器。沉降觀測屬于高精度觀測，為能精確地反映出建構(gòu)筑物在加載作用下的沉降情況，一般規(guī)定測量的誤差應(yīng)小于變形值的0.05～0.1，故規(guī)范要求沉降觀測應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀。現(xiàn)代電子水準(zhǔn)儀可以滿足以上需要，例如天寶的DINI03，徠卡的DNA都是高精度電子水準(zhǔn)儀，每千米往返中誤差可達(dá)±0.3 mm，水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)配套的高精度銦合金條碼水準(zhǔn)尺。在首次觀測前要對儀器各項指標(biāo)進(jìn)行檢測校正，包括軸系、成像各方面要求。測繪管理條例要求高精度儀器每年應(yīng)經(jīng)計量單位鑒定。日常使用儀器應(yīng)由專人保管并負(fù)責(zé)定期檢校。

2)專業(yè)的測量人員。測量人員必須接受專業(yè)學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)，主要測量人員應(yīng)取得測量員資格證書。測量人員能熟練掌握儀器，熟悉測量理論;有一定的現(xiàn)場觀測經(jīng)驗，明白各施工階段的內(nèi)容，能針對不同施工階段的需求，合理安排觀測時間及觀測程序。

3)合理的觀測時間。高層建筑物在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測，首次觀測是整個觀測過程的重點，首次觀測結(jié)果將會影響整個沉降過程甚至導(dǎo)致整個觀測無效。建筑物的各階段的復(fù)測也根據(jù)施工情況定時進(jìn)行，合理安排觀測時間才能準(zhǔn)確的反映沉降情況。另外，觀測周期嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，一般高層建筑物的沉降觀測周期約為每月1次;或按建筑物的加載情況，每升高一層(或數(shù)層)為一觀測周期。

4)嚴(yán)格的等級要求。根據(jù)工程需要，沉降觀測精度共分為四個等級。一等適用于變形特別敏感的高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑、精密工程設(shè)施;二等適用于變形比較敏感的高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、古建筑、重要工程設(shè)施;三等適用于一般性高層建筑、工業(yè)建筑、高聳構(gòu)筑物、滑坡監(jiān)測;四等適用于觀測精度要求不高的建筑物、滑坡監(jiān)測。

3 現(xiàn)代建筑物沉降觀測注意事項

現(xiàn)代建筑物施工過程周期長，而且工程繁瑣;因此對沉降觀測提出較高的要求:1)合理規(guī)劃沉降觀測工作，制定明確的觀測方案和計劃;2)根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行合理布設(shè)基準(zhǔn)點和監(jiān)測點;3)各次觀測必須按照固定的觀測路線進(jìn)行;4)觀測過程中固定測量人員和儀器設(shè)備，設(shè)備做定期檢查和檢校;5)電子儀器設(shè)備應(yīng)由相對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)存檔，數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)不可更改;6)相關(guān)分析軟件應(yīng)有專業(yè)數(shù)據(jù)分析廠商提供，分析結(jié)果應(yīng)及時匯報相關(guān)部門。

4 總結(jié)及展望

1)建筑物沉降觀測是一項特殊測量工作，工作特點是過程繁瑣、要求精密、連續(xù)性較強(qiáng)、要求認(rèn)真對待，另外，沉降觀測要求高精度測量儀器、熟練負(fù)責(zé)任的工作人員、嚴(yán)格要求的施測程序。

沉降觀測數(shù)據(jù)是施工及后期階段實際沉降量的匯總，能夠反映建筑物各階段沉降變化情況并預(yù)計沉降趨勢。雖然沉降觀測設(shè)計與實施階段都做了相應(yīng)要求，但是實際觀測量與提供的理論預(yù)留沉降量有偏差，其主要原因是理論計算假設(shè)條件較為理想，很多時候與施工條件相差較大，施測階段各種不可預(yù)計的因素導(dǎo)致偏差較大。2)隨著科技的發(fā)展，許多新的儀器設(shè)備在沉降觀測中得到推廣應(yīng)用。目前，在許多重要建筑物中已應(yīng)用了靜力水準(zhǔn)儀、垂直位移監(jiān)測傳感器等，另外，還有全站儀、GPS等設(shè)備在這方面的應(yīng)用研究。這些設(shè)備的應(yīng)用雖然可以減少勞動強(qiáng)度，也為現(xiàn)代建筑物沉降觀測提供了新的思路，但考慮到設(shè)備投入維護(hù)費(fèi)用，以及精度穩(wěn)定性等方面的影響，以上方法仍在研究發(fā)展階段。

[1] 岳建平，田林亞.變形監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社，2007.

[2] JGJ 8-2007，建筑變形測量規(guī)范[S].

[3] 葛傳增，郭長潤.淺析高層建筑施工沉降觀測的技術(shù)方法[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012(9):46-47.

[4] 沈洪果，杜春福，蘭元賢.淺談對高層建筑沉降觀測技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(34):356-357.

[5] 李澤強(qiáng).談高層建筑沉降觀測技術(shù)的應(yīng)用[J].科技向?qū)В?013(6):319.