沉降觀測(cè)技術(shù)在高層建筑施工中的應(yīng)用分析

魏春隆 朱琳

【摘 要】本文結(jié)合建筑施工過程中沉降觀測(cè)的實(shí)踐，闡述了沉降觀測(cè)的方法和意義。

【關(guān)鍵詞】沉降觀測(cè)；實(shí)施；精度要求；體會(huì)

Application of settlement observation technique in high-rise building construction

Wei Chun-long，Zhu Lin

（Jiangxi Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development 901 Geological Brigade Jiangxi 337000）

【Abstract】Combining practical course of construction settlement observation， elaborated methods and significance settlement observation.

【Key words】Settlement observation；Implementation；Accuracy；Experience

隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展，各種復(fù)雜而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，并且對(duì)于建筑物的地基施加了一定的壓力，這就必然會(huì)引起地基及周圍地層的變形。為了保證建（構(gòu)）筑物的正常使用壽命和建（構(gòu)）筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建（構(gòu)）筑物沉降觀測(cè)的必要性和重要性愈加明顯。現(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測(cè)等均要進(jìn)行沉降觀測(cè)。特別在高層建筑物施工過程中，應(yīng)用沉降觀測(cè)加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合建筑施工過程中沉降觀測(cè)的實(shí)踐，闡述了沉降觀測(cè)的方法和意義。

1. 沉降觀測(cè)的實(shí)施

1.1 工作基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志的布設(shè)。

工作基點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱基點(diǎn)）是沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程的沉降施測(cè)方案和布網(wǎng)原則的要求建立，而沉降施測(cè)方案應(yīng)根據(jù)工程的布局特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件制訂。依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，一般高層建筑物周圍要布設(shè)三個(gè)基點(diǎn)，且與建筑物相距50m至100m間的范圍為宜。基點(diǎn)可利用已有的、穩(wěn)定性好的埋石點(diǎn)和墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)，也可以在該區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)穩(wěn)定、修建時(shí)間長(zhǎng)的建筑物上設(shè)置墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)。若區(qū)域內(nèi)不具備上述條件，則可按相應(yīng)要求，選在隱蔽性好且通視良好、確保安全的地方埋設(shè)基點(diǎn)。所布設(shè)的基點(diǎn)，在未確定其穩(wěn)定性前，嚴(yán)禁使用。因此，每次都要測(cè)定基點(diǎn)間的高差，以判定它們之間是否相對(duì)穩(wěn)定，并且基點(diǎn)要定期與遠(yuǎn)離建筑物的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以檢核其本身的穩(wěn)定性。

沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)依據(jù)建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、樁形等因素綜合考慮，布設(shè)在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點(diǎn)。一般布設(shè)在建筑物四角、差異沉降量大的位置、地質(zhì)條件有明顯不同的區(qū)段以及沉降裂縫的兩側(cè)。埋設(shè)時(shí)注意觀測(cè)點(diǎn)與建筑物的聯(lián)結(jié)要牢靠，使得觀測(cè)點(diǎn)的變化能真正反映建筑物的變化情況。并根據(jù)建筑物的平面設(shè)計(jì)圖紙繪制沉降觀測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)圖，以確定沉降觀測(cè)點(diǎn)的位置。在工作點(diǎn)與沉降觀測(cè)點(diǎn)之間要建立固定的觀測(cè)路線，并在架設(shè)儀器站點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)處做好標(biāo)記樁，保證各次觀測(cè)均沿統(tǒng)一路線。

1.2 沉降觀測(cè)的周期及施測(cè)過程。

（1）沉降觀測(cè)的周期應(yīng)能反映出建筑物的沉降變形規(guī)律，建（構(gòu)）筑物的沉降觀測(cè)對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測(cè)必須按時(shí)進(jìn)行，否則沉降觀測(cè)得不到原始數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)觀測(cè)得不到完整的觀測(cè)結(jié)果。其他各階段的復(fù)測(cè)，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時(shí)進(jìn)行，不得漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)，只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的沉降情況或規(guī)律。一般認(rèn)為建筑在砂類土層上的建筑物，其沉降在施工期間已大部分完成，而建筑在粘土類土層上的建筑物，其沉降在施工期間只是整個(gè)沉降量的一部分，因而，沉降周期是變化的。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，在施工階段，觀測(cè)的頻率要大些，一般按3天、7天、15天確定觀測(cè)周期，或按層數(shù)、荷載的增加確定觀測(cè)周期，觀測(cè)周期具體應(yīng)視施工過程中地基與加荷而定。如暫時(shí)停工時(shí)，在停工時(shí)和重新開工時(shí)均應(yīng)各觀測(cè)一次，以便檢驗(yàn)停工期間建筑物沉降變化情況，為重新開工后沉降觀測(cè)的方式、次數(shù)是否應(yīng)調(diào)整作判斷依據(jù)。在竣工后，觀測(cè)的頻率可以少些，視地基土類型和沉降速度的大小而定，一般有一個(gè)月、兩個(gè)月、三個(gè)月、半年與一年等不同周期。沉降是否進(jìn)入穩(wěn)定階段，應(yīng)由沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線判定。對(duì)重點(diǎn)觀測(cè)和科研項(xiàng)目工程，若最后三個(gè)周期觀測(cè)中每周期的沉降量不大于2倍的測(cè)量中誤差，可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段。一般工程的沉降觀測(cè)，若沉降速度小于0.01～0.04mm/d，可認(rèn)為進(jìn)入穩(wěn)定階段，具體取值應(yīng)根據(jù)各地區(qū)地基土的壓縮性確定。

（2）根據(jù)編制的沉降施測(cè)方案及確定的觀測(cè)周期，首次觀測(cè)應(yīng)在觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固后及時(shí)進(jìn)行。一般高層建筑物有一層或數(shù)層地下結(jié)構(gòu)，首次觀測(cè)應(yīng)自基礎(chǔ)開始，在基礎(chǔ)的縱橫軸線上（基礎(chǔ)局邊）按設(shè)計(jì)好的位置埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)（臨時(shí)的），待臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固好，方可進(jìn)行首次觀測(cè)。首次觀測(cè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)高程值是以后各次觀測(cè)用以比較的基礎(chǔ)，其精度要求非常高，施測(cè)時(shí)一般用N2級(jí)精密水準(zhǔn)儀，并且要求每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)首次高程應(yīng)在同期觀測(cè)兩次，比較觀測(cè)結(jié)果，若同一觀測(cè)點(diǎn)間的高差不超過±0.5mm時(shí)，我們即可認(rèn)為首次觀測(cè)的數(shù)據(jù)是可靠的。隨著結(jié)構(gòu)每升高一層，臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)移上一層并進(jìn)行觀測(cè)，直到+0.00再按規(guī)定埋設(shè)永久觀測(cè)點(diǎn)（為便于觀測(cè)可將永久觀測(cè)點(diǎn)設(shè)于+500mm），然后每施工一層就復(fù)測(cè)一次，直至竣工。

（3）在施工打樁、基坑開挖以及基礎(chǔ)完工后，上部不斷加層的階段進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，必須記載每次觀測(cè)的施工進(jìn)度、增加荷載量、倉(cāng)庫(kù)進(jìn)（出）貨噸位、建筑物傾斜裂縫等各種影響沉降變化和異常的情況。每周觀測(cè)

后，應(yīng)及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整理，計(jì)算出觀測(cè)點(diǎn)的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量和沉降速度。若出現(xiàn)變化量異常時(shí)，應(yīng)立即通知委托方，為其采取防患措施提供依據(jù)，同時(shí)適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)。

1.3 另者，不同周期的觀測(cè)應(yīng)遵循“五定”原則。所謂“五定”，即通常所說的沉降觀測(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、基點(diǎn)和被觀測(cè)物上沉降觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測(cè)人員要穩(wěn)定；觀測(cè)時(shí)的環(huán)境條件基本上要一致；觀測(cè)路線、鏡位、程序和方法要固定。以上措施在客觀上能保證盡量減少觀測(cè)誤差的主觀不確定性，使所測(cè)的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性；能保證各次復(fù)測(cè)結(jié)果與首次觀測(cè)結(jié)果的可比性一致，使所觀測(cè)的沉降量更真實(shí)。

2. 沉降觀測(cè)的精度要求

根據(jù)建筑物的特性和建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求選擇沉降觀測(cè)精度的等級(jí)。在沒有特別要求的情況下，左一般性的高層建構(gòu)筑物施工過程中，采用二等水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法就能滿足沉降觀測(cè)的要求。各項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)要求如下：

（1）第一，往返較差、附和或環(huán)線閉合差：△h=∑a-∑b≤1.0，n表示測(cè)站數(shù)；

（2）第二，前后視距≤30m；

（3）第三，前后視距差≤1.0m；

（4）第四，前后視距累積差≤3.0m；

（5）第五，沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于后視點(diǎn)的高差容差：≤1.0mm。

3. 工程實(shí)例

下面結(jié)合工程實(shí)例介紹建筑物沉降觀測(cè)的實(shí)施：

3.1 某兩幢長(zhǎng)分別為24米、寬12米直線連接的連體框架結(jié)構(gòu)的9層建筑物（沒有地下層），該建筑物的南面是街道，樁柱離路沿9米，其余三側(cè)均是舊建筑物，且與該建筑物相距10米左右，該建筑物的地基為砂土和中低壓縮性粘土。為保證該建筑物在施工、使用和運(yùn)行中的安全，以及為建筑物的設(shè)計(jì)、施工、管理提供可靠的資料，對(duì)該建筑物的穩(wěn)定性進(jìn)行沉降觀測(cè)。

3.2 根據(jù)建筑物沉降觀測(cè)的技術(shù)要求，并結(jié)合場(chǎng)地的特點(diǎn)，在該建筑的公路對(duì)面，距離該建筑物80米左右的三座修建5年以上的建筑物墻腳上，布設(shè)了3個(gè)通視良好的墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)，作為該建筑物沉降觀測(cè)的基點(diǎn)，并依據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的規(guī)范要求與遠(yuǎn)離該項(xiàng)建筑物的二等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，以確保工作基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性和精度要求。在該建筑物的四角、沉降裂縫的兩側(cè)以及每隔三個(gè)樁柱處共埋設(shè)12個(gè)固定觀測(cè)點(diǎn)。

3.3 本沉降觀測(cè)遵循“五定”原則，采用Ni007自動(dòng)水平儀配合2米因瓦尺進(jìn)行二級(jí)觀測(cè)。

3.4 對(duì)于二級(jí)而言，絕對(duì)沉降的觀測(cè)中誤差，可按低、中、高壓縮性地基土的類別，分別選±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm。差異沉降觀測(cè)中誤差，應(yīng)小于允許變形值的1/10～1/20，即差異沉降觀測(cè)精度應(yīng)根據(jù)建筑物的允許沉降值來(lái)決定。

即該建筑物兩沉降點(diǎn)距離L=12m，按變形允許值S=0.002×12/20=1.2mm，沉降量觀測(cè)允許中誤差M中=1.2×1/2=0.6mm。

將觀測(cè)結(jié)果整理如表2：

3.5 在整個(gè)觀測(cè)過程中，建筑物沉降量、差異沉降量較小，最后一次沉降速率為0.02mm/d°，沉降速率值小于規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定階段標(biāo)準(zhǔn)，因此，認(rèn)為該建筑物的沉降進(jìn)入穩(wěn)定階段。

3.6 為確保沉降觀測(cè)的精度，對(duì)二級(jí)沉降觀測(cè)的一些限差要求應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶岣撸唧w如下：

第一，基、輔分劃讀數(shù)差為±0.3mm；

第二，基、輔分劃所測(cè)高差之差為±0.4mm；

第三，附合或環(huán)閉合差為±0.5mm，n為測(cè)站數(shù)。

經(jīng)多年的實(shí)踐，上述指標(biāo)是可以滿足的。

4. 幾點(diǎn)體會(huì)

（1）第一，在施工期間沉降觀測(cè)次數(shù)安排不合理，會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)成果不能準(zhǔn)確反映沉降曲線的細(xì)部變化，因此，施工期間較大荷重增加前后，如基礎(chǔ)澆筑、回填土、安裝柱子、結(jié)構(gòu)每完成i層、設(shè)備安裝、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、工業(yè)爐砌筑期間、煙囪每增加15m左右等，均應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)；當(dāng)基礎(chǔ)附近地面荷重突然增加，周圍大量積水及暴雨后，周圍大量挖土方等，均應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)。

（2）第二，由于現(xiàn)行規(guī)范對(duì)施工單位施工過程的沉降觀測(cè)要求不明朗，這對(duì)施工單位在建筑物沉降觀測(cè)精度選擇隨意性較大，但是精度的高低直接關(guān)系到沉降觀測(cè)成敗。對(duì)沉降觀測(cè)精度選擇要以既能適合工程特性的需要，又不造成無(wú)謂的浪費(fèi)為原則。本人認(rèn)為一般高層及重要的建（構(gòu)）筑物在首次觀測(cè)過程中，適用精密儀器的設(shè)備（高級(jí)水準(zhǔn)儀、銦合金尺等），在±0.00以上部分按二等以上水準(zhǔn)測(cè)量方法，采用放大率倍數(shù)較大的S2或S3水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，也可以測(cè)出較理想的結(jié)果。

（3）第三，在沉降觀測(cè)過程中，當(dāng)沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線不是單邊下行光滑曲線，而是起伏狀現(xiàn)象時(shí)，這就要分析原因，進(jìn)行修正。如果第二次觀測(cè)出現(xiàn)回升，而以后各次觀測(cè)又逐漸下降，可能是首次觀測(cè)精度過低，若回升超過5mm時(shí)，第一次觀測(cè)作廢，若回升在5mm內(nèi)，應(yīng)將第二次與第一次的標(biāo)高調(diào)整一致；如果曲線在某點(diǎn)突然回升，可能是觀測(cè)點(diǎn)被碰動(dòng)所致，因此，取相鄰另一觀測(cè)點(diǎn)的相同期間沉降量作為被碰觀測(cè)點(diǎn)之沉降量；如果曲線自某點(diǎn)起漸漸回升，一般是基點(diǎn)下沉所致，因此，必須通過與高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)符合測(cè)量，確定基點(diǎn)的下沉量