高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)連續(xù)性

■牛秀紅 ■山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西 太原 030021

高層建筑施工一般都要經(jīng)過基礎(chǔ)工程、主體工程、主體驗(yàn)收、墻體砌筑、裝飾裝修、竣工驗(yàn)收、交工七個(gè)步驟，新建建筑物布設(shè)沉降點(diǎn)時(shí)，尚不能顧及沉降點(diǎn)周圍可能砌筑隔斷墻或鋪設(shè)管道設(shè)備等，前期施工現(xiàn)場堆放物較多，施工現(xiàn)場凌亂，基礎(chǔ)沉降點(diǎn)容易被壓蓋或碰撞。由于現(xiàn)場施工人員龐雜，各工序人員不同，交接協(xié)調(diào)工作如不及時(shí)，沉降點(diǎn)就有被人為覆蓋或損毀的可能。

高層建筑沉降觀測具有以下特點(diǎn):(1)監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜性，障礙物多，通視條件差;(2)沉降點(diǎn)點(diǎn)位易受破壞，影響沉降觀測的連續(xù)性;(3)監(jiān)測工期較長，人力物力消耗大;(4)原始數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理繁瑣;(5)監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和不可逆性。

《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2007)規(guī)定:建筑施工階段“大型、高層建筑可在基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)底部完成后開始觀測”，建筑使用階段“除有特殊要求外，可在第一年觀測3～4 次，第二年觀測2～3 次，第三年后每年觀測1 次，直至穩(wěn)定”。

一般情況下，高程建筑從基礎(chǔ)工程開始到交工至少需要1 年，交工后使用階段再觀測2 年，一棟高層建筑物的沉降觀測周期大約需要3年。如何在五年之間保障沉降觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，準(zhǔn)確獲取建筑物的沉降量。第一必須有穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)網(wǎng);第二沉降觀測點(diǎn)的埋設(shè)與觀測必須根據(jù)現(xiàn)場施工情況及時(shí)進(jìn)行;第三首次沉降觀測數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確;第四數(shù)據(jù)處理嚴(yán)密合理。

1 基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《工程測量規(guī)范》GB50026-2007 及《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007 執(zhí)行的有關(guān)沉降基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)規(guī)定，沉降觀測基準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)原則:(1)沉降監(jiān)測網(wǎng)按兩個(gè)層次布網(wǎng):基準(zhǔn)點(diǎn)組成控制網(wǎng)(基準(zhǔn)網(wǎng))，由基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)及觀測點(diǎn)組成擴(kuò)展網(wǎng)，作為測區(qū)沉降監(jiān)測控制網(wǎng)。考慮到整體沉降監(jiān)測的需要，采用布設(shè)統(tǒng)一的沉降監(jiān)測網(wǎng)和局部一體化沉降監(jiān)測方法。(2)需要足夠的精度:控制網(wǎng)應(yīng)布設(shè)為閉合環(huán)、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)或附和高程路線，擴(kuò)展網(wǎng)應(yīng)布設(shè)閉合環(huán)或附和高程線路。(3)需要足夠的數(shù)量:每一測區(qū)的水準(zhǔn)點(diǎn)不應(yīng)少于3 個(gè)，對(duì)于小測區(qū)，當(dāng)確認(rèn)點(diǎn)位穩(wěn)定可靠時(shí)可少于3 個(gè)，但連同工作基準(zhǔn)點(diǎn)不得少于3 個(gè)。(4)需有統(tǒng)一規(guī)格:水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石、可根據(jù)點(diǎn)位所處的地質(zhì)條件選埋不同的標(biāo)石、有巖層水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)石、深埋雙金屬管水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)石、深埋鋼管水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)石和混凝土基本水準(zhǔn)標(biāo)石等。

2 沉降點(diǎn)的埋設(shè)

一般遵循以下基本布設(shè)原則:(1)砌墻承重的建筑:沉降觀測點(diǎn)一般應(yīng)沿墻的長度每隔10 米至20 米設(shè)置一個(gè)，并應(yīng)設(shè)置在建筑物的外墻轉(zhuǎn)角處、縱墻與橫墻的交接處及縱墻與橫墻的中央、建筑物的沉降縫兩側(cè)。(2)框架結(jié)構(gòu):沉降觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)在每個(gè)或部分柱基上部或沿縱、橫軸線上。(3)筏形或箱形基礎(chǔ)的建筑:觀測點(diǎn)應(yīng)沿縱、橫軸和基礎(chǔ)周邊位置布設(shè)。(4)新建筑物與原有建筑物連接處的兩邊均應(yīng)設(shè)置觀測點(diǎn)。(5)煙囪、水塔、油灌等其他類似的構(gòu)筑物，應(yīng)沿周邊在與基礎(chǔ)軸線相交的對(duì)稱位置上布置，點(diǎn)數(shù)不少于4 個(gè)。(6)埋入墻體的觀測點(diǎn)，材料宜采用直徑不小于12 毫米的圓鋼，一般埋入深度不小于15 厘米，鋼筋外端要有向上的90°彎鉤，并稍離墻體，以便于置尺測量。沉降觀測點(diǎn)可用圓鋼或鉚釘預(yù)埋在基礎(chǔ)上，也可用角鋼埋在墻體或柱子上。其固定方法可在墻上鑿取100～160mm 深的孔眼，插入圓釘后用植筋膠固定在建筑物上。

一般要求建筑物上設(shè)置的沉降觀測點(diǎn)縱橫向?qū)ΨQ，且相鄰點(diǎn)之間間距以10～20 米為宜，均勻地分布在建筑物的周圍，進(jìn)行變形觀測的建筑物、構(gòu)筑物上應(yīng)埋設(shè)觀測點(diǎn)，觀測點(diǎn)的數(shù)量和位置，應(yīng)能全面反映建筑物、構(gòu)筑物的沉降情況，一般觀測點(diǎn)為均勻設(shè)置，但在荷載有變化的部位、平面形狀改變處、沉降縫的兩側(cè)、具有代表性的柱子上、地質(zhì)條件變化處，應(yīng)設(shè)置足夠的觀測點(diǎn)。

沉降觀測點(diǎn)必須從底板澆筑完成后及時(shí)埋設(shè)，有條件的可以將沉降標(biāo)志澆筑在底板內(nèi)，當(dāng)建筑物施工至正負(fù)零時(shí)，為了觀測方便，需要將沉降標(biāo)志移至室內(nèi)地坪0.3 米，建筑物封頂后，外墻施工后，又必須把沉降標(biāo)志移至外墻上，所以一棟新建建筑物的點(diǎn)位布設(shè)至少需要在同一位置重復(fù)三次，且每次必須在豎向一致的地方埋設(shè)沉降標(biāo)志，并在前一次點(diǎn)破壞之前。

如果是個(gè)別沉降點(diǎn)由于施工原因遭到破壞，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)設(shè)，重新利用基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測量，開始下一階段的測量，最終的沉降量等于各個(gè)階段的沉降量的累計(jì)值。

3 首次數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確

建(構(gòu))筑物的沉降觀測對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測必須按時(shí)進(jìn)行，首次一般應(yīng)連續(xù)觀測兩次，保證首次觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。一般情況下，首次數(shù)據(jù)是指基礎(chǔ)施工時(shí)的第一次測量數(shù)據(jù)，但在具體實(shí)踐過程中，沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)次數(shù)不少于3 次，首次數(shù)據(jù)應(yīng)該是只沉降觀測點(diǎn)布設(shè)后的第一次觀測數(shù)據(jù)。由于在基礎(chǔ)荷載的作用下，地基土層的壓縮是逐漸實(shí)現(xiàn)的，基礎(chǔ)的沉降量亦是逐漸增加的，所以第一次的首次數(shù)據(jù)的采集時(shí)間是在基礎(chǔ)施工時(shí)進(jìn)行。以后每次重新布設(shè)沉降點(diǎn)后，都要進(jìn)行首次觀測。這就避免了因觀測點(diǎn)破壞，數(shù)據(jù)無法銜接，從而失去某一時(shí)間段的沉降量，影響最終對(duì)建筑物的穩(wěn)定性分析。

4 數(shù)據(jù)處理方法

沉降觀測與其他測量工作不同，是一種重復(fù)性的工作，由于現(xiàn)場觀測環(huán)境的復(fù)雜性及易受其他施工工序的影響，即使嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行測量，其觀測的原始數(shù)據(jù)也存在各種誤差，甚至粗差。并從沉降點(diǎn)變形曲線上體現(xiàn)出來，從而很好地反映建筑物的沉降規(guī)律，失去了沉降觀測的指導(dǎo)意義。因此，必須對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)的異常的原始數(shù)據(jù)正確分析其原因并給予處理，剔除粗差、修正系統(tǒng)誤差。

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及穩(wěn)定性分析。基準(zhǔn)網(wǎng)首次數(shù)據(jù)采用嚴(yán)密平差法，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性的檢驗(yàn)方法主要有平均間隙法、擬穩(wěn)平差法和卡爾曼濾波法、以及t 檢驗(yàn)法等。在對(duì)原始觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，重要的是要考慮基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，在判定基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性時(shí)是基于一定分析的基礎(chǔ)上，當(dāng)沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線自某點(diǎn)起漸漸回升，一般是基準(zhǔn)點(diǎn)下沉所致，因此，將基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行符合測量計(jì)算出該點(diǎn)的實(shí)際沉降量，用以調(diào)整觀測點(diǎn)的沉降量。

(2)觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理及穩(wěn)定性分析。沉降觀測數(shù)據(jù)處理原則:剔除粗差，修正系統(tǒng)誤差，平差偶然誤差。觀測點(diǎn)不穩(wěn)定時(shí)將產(chǎn)生粗差，關(guān)于粗差的檢驗(yàn)可以采用數(shù)據(jù)探測法。

對(duì)于由于個(gè)別沉降觀測點(diǎn)由于施工破壞，損失某一時(shí)間段的沉降量或由于施工擾動(dòng)，使某次測量數(shù)據(jù)突然增大或變小。必須重新測量該沉降點(diǎn)的首次數(shù)據(jù)，并取結(jié)構(gòu)形式和所受荷載及地質(zhì)條件相似的相鄰點(diǎn)的該期觀測值來修正該點(diǎn)累積沉降量，后面各期累積沉降量不變。

5 應(yīng)用舉例

麗澤花苑住宅小區(qū)是中化二建集團(tuán)開發(fā)的項(xiàng)目，擬建場地位于山西省太原市汾河西岸，由1#—7#高層住宅樓組成，建筑面積為154674.69 平方米，其中1#～7#均地下2 層，地上部分1-3#樓為32層，4-7#樓為31 層，均為剪力墻結(jié)構(gòu)。

麗澤花苑住宅樓項(xiàng)目從2011年4月開始施工，2014 年1 月竣工驗(yàn)收，項(xiàng)目所在地地質(zhì)條件復(fù)雜，建設(shè)施工周期較長，經(jīng)歷了多個(gè)雨季。對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了長達(dá)3 年的沉降觀測，以7#樓為例，基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測了6 次，沉降觀測點(diǎn)共布設(shè)了3 次，第一次是在底板澆筑完成后布設(shè)在底板上，當(dāng)施工至正負(fù)零時(shí)，由于建筑物基坑沒有回填，同時(shí)為了便于觀測，將沉降點(diǎn)布設(shè)在一層室內(nèi)，當(dāng)建筑物封頂后外墻裝飾之后，又將沉降點(diǎn)布設(shè)在外墻相對(duì)應(yīng)的位置上。本次沉降觀測共三個(gè)階段，最終累計(jì)沉降量為三個(gè)階段的沉降量之和，三個(gè)階段的沉降觀測在時(shí)間上必須有重疊，這樣才能保證沉降量的連續(xù)。

7#樓沉降觀測數(shù)據(jù)匯總表

由此可見分段沉降觀測不僅可以提高數(shù)據(jù)的連續(xù)性，而且可以明顯的看出各個(gè)階段的沉降量。在觀測過程中，沉降觀測點(diǎn)多次受施工影響，有的還遭到破壞，由于及時(shí)補(bǔ)設(shè)，數(shù)據(jù)處理方法合理，沒有一個(gè)沉降點(diǎn)的沉降量受到損失，各個(gè)沉降點(diǎn)的累計(jì)沉降量最終準(zhǔn)確的反映了建筑的沉降情況。

7#樓沉降觀測沉降量—時(shí)間曲線圖

6 結(jié)語

沉降觀測是一項(xiàng)長期的、重復(fù)性和連續(xù)性的工作，為了準(zhǔn)確的獲取建筑物的沉降量，基準(zhǔn)點(diǎn)必須在項(xiàng)目開工之前一個(gè)月埋設(shè)，沉降點(diǎn)必須根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度及時(shí)埋設(shè)，二次布點(diǎn)應(yīng)安排在一次布點(diǎn)之前。如果在觀測過程中，基準(zhǔn)點(diǎn)破壞嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)重新建立基準(zhǔn)，沉降觀測點(diǎn)破壞，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)設(shè)，但沉降觀測時(shí)間必須連續(xù)。也就是說可以分階段進(jìn)行，但階段之間必須連續(xù)，這樣就可以得到準(zhǔn)確的沉降量。

［1］《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007.

［2］陳小榮，雷勁松.高層建筑沉降觀測數(shù)據(jù)處理與分析新方法，四川建筑科技研究，2009.6.