高層建筑沉降監測與預測分析

張守魁

摘 要： 沉降監測就是利用先進的、高精度的測繪儀器，按照一定的時間間隔測量其沉降值，并對測量數據整理、分析變形規律的過程。高層建筑竣工以后，還要進行2～3年的沉降預測，其目的是為了預測建筑物的沉降趨勢，以便對工程狀態和質量做出正確評價。本文結合某高層建筑的沉降監測實例，具體闡述了沉降監測和預測分析的過程，提出了使用灰色系統GM（1，1）模型進行沉降預測的方法，同時對沉降預測的精度也進行了分析。

關鍵詞： 基準點； 監測網； 灰色系統GM（1，1）模型

1. 引言

隨著社會經濟的發展，土地資源日漸減少，高層建筑物越來越多。高層建筑在施工時由于地基負荷不斷增加，引起周邊地層和基礎形變，使建筑物主體不規則下沉從而發生沉降變形，勢必會對人們的財產和生命安全構成威脅。因此，對高層建筑進行沉降監測和變形趨勢預測勢在必行。沉降監測就是利用先進的、高精度的測繪儀器，按照一定的時間間隔測量其沉降值，并對測量數據整理、分析變形規律的過程。高層建筑竣工以后，還要進行2～3年的沉降預測，其目的是為了預測建筑物的沉降趨勢，以便對工程狀態和質量做出正確評價。本文結合某高層建筑的沉降監測實例，具體闡述了沉降監測和預測分析的過程，提出了使用灰色系統GM（1，1）模型進行沉降預測的方法，同時對沉降預測的精度也進行了分析。

2. 高層建筑沉降監測

2.1 概述

某高層建筑為鋼筋混凝土框支剪力墻結構，地下2層，地上31層，基礎為筏板基礎。為了合理指導施工工序，預防建筑物出現不均勻沉降，造成巨大的經濟損失，受業主委托，對本建筑物進行沉降監測。

2.2 技術依據與采用儀器

（1）《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2007）。

（2）《國家一、二等水準測量規范》（GB/T 12897-2006）。

（3）《工程測量規范》（GB 50026-2007）。

本次監測采用天寶DINI 03電子水準儀，儀器均按要求定期鑒定，每次使用前均檢驗i角，使其值小于15，配套使用的銦瓦水準標尺使用前經尺長檢驗為合格。

2.3 沉降監測過程

2.3.1監測網的布設

監測網由基準點和沉降監測點組成，根據地質條件和現場情況，共布設4個基準點，均埋設在工程影響變形區以外穩固的地方。本工程采用1985國家高程基準，采用四等水準與城市高程點聯測。該建筑物共布設了6個沉降監測點，主要布設在承重柱及拐角處，監測點的布置見圖1。

2.3.2沉降監測的實施

本項目按照《建筑變形測量規范》二級精度進行觀測，要求觀測點測站高差中誤差不大于±0.5mm，絕對沉降的觀測中誤差為±1.0mm，實際作業時，主要限差控制到≤1/2限差范圍，困難條件下保證滿足2/3限差。

2.4 成果分析

至竣工共進行了6次觀測，沉降監測數據見下表1，從表1數據可以看出：本建筑物的最大沉降點是5#點，其沉降量為5.1mm，最小沉降點是2#點，其沉降量為3.9mm，最大沉降量與最小沉降量差值為1.2mm，以上數值均在限差允許范圍內，滿足規范要求，從而得知該建筑物的沉降較為正常，符合沉降規律。在觀測期間內，該建筑物的沉降速率最大值達到0.016/d。在第3次觀測時，各觀測點沉降速率在0.011mm/d，小于0.02mm/d，從沉降速率分析，沉降趨于穩定。

3. 預測方法與分析

常用沉降趨勢的預測模型有：多元線性回歸模型、時間序列分析模型、灰色系統預測模型等，本次沉降預測采用灰色系統GM（1，1）模型，GM（1，1）模型計算步驟如下：

①計算原始數據的還原值與其實際之間的參差：e（k）=x（0） （k）- x∧（0） （k）

②計算原始數列標準差：

參差標準差：

③計算均方差比值：C= S2 /S1

④小誤差概率： P=P（úe（k）-`eú<0.5934S1）

3.1 GM（1，1）建模計算

參照以上建筑物1#點沉降數據（表1），利用隨機性的可弱化原始數據灰色系統預測方法建立GM（1，1）模型，以此得到該點沉降預測方程，對該點未來5次沉降量變化趨勢進行計算預測。計算過程如下：

（1）1級比平滑檢驗：P（k）=（1.000003，1.000003，1.000003，0.999997）∈（1.1+0.018）

∈（0.1353，7.389）本數列是平滑的，可作灰色預測。

（2）2級比界區檢驗：N=5，以界區（e（x），e（y））=（0.696542，1.416321），因（1，1+0.018）∈（0.790698，1.317753），所以可以獲得精度較高的GM（1，1）模型。

（3）GM（1，1）建模：將數據帶入公式，得α=0.00000201045，μ=152.341，預測模型 ：

x∧（0） （k=1）=（ x（0） （1）-）e-ak+=152.341e1.101×10k-5.136×10-9。

（4）檢驗殘差：把所有沉降監測數據帶入公式②，計算出平均相對誤差0.00021013，檢驗標準不大于0.01，可以看出，該模型通過檢驗標準，并且達到1級精度的要求。

（5）檢驗后驗差：把數據代入③、④式，計算出S1=0.002121793， S2=0.00598881， C=S2 /S1=0.054623301，小誤差概率：P<0.5632×S1。

3.2 預測結果分析

利用建立的預測模型，對1#點沉降值進行預測，得出5個月后該點累計沉降值。

由圖2可以看出，1#點實際觀測值逐漸遞增，而預測值也逐漸遞增，并且預測值和實際值的曲線圖大體上是接近的，說明預測的沉降趨勢與實際監測值是一致的。此外，觀察每次的預測值，誤差率都不高，其中的部分差值主要是因為灰色系統預測對于誤差的因素考慮的比較少，是由數據本身的誤差在建模時產生的。整體來看，運用灰色GM（1，1）模型對該建筑1#點沉降量的變化過程進行模擬和預測是可行的，預測精度達到1級精度標準。

4. 結束語

隨著社會的不斷進步，建筑設計，施工技術水平的日益成熟完善，對高層建筑的沉降監測和預測分析越來越受到人們的重視，及時對高層建筑進行沉降觀測和預測分析，掌握高層建筑的沉降規律，以便及時分析研究和采取相應措施是非常必要的和具有重要意義的。

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