高層建筑物地基沉降監測與分析

覃德春

(湖北煤炭地質物探測量隊，湖北 武漢 430200)

近年來，城市建設日新月異，高層建筑物越來越多。由于地下土體性質和施工環境的復雜性，在高層建筑的施工和使用期間，荷載條件的不斷變化勢必引起建筑物地基的不規則下沉，局部不均勻沉降將導致建筑物產生裂縫或者傾斜，嚴重的會引起主體結構的破壞，造成財產和人員的損失。因此，為保證建筑物的正常施工以及安全使用，對高層建筑定期開展沉降監測并對監測成果進行預測分析已成為工程項目的一項重要環節。

1 工程概況及其地質條件

1.1 工程概況

某建筑位于武漢市武昌區，總建筑面積58 532.5 m2，其中地下面積16 547.2 m2，地上41 985.3 m2；建筑物主要屋面高度101.3 m。本工程為現澆鋼筋混凝土框筒結構，地上34層(另有出屋面的電梯間和水箱間共2層)，地下5層；基礎形式為天然地基上的平板式筏基，基底標高為-20.15 m。本工程地下室東北側為三級航道標準堤，東、南、西三面與后期施工的2層地下商業及車庫相連，東面為規劃網球中心室外訓練場，西面為規劃體育場室外訓練場地。

1.2 地質條件

為保證擬建建筑以及周圍建筑的穩定和安全，并全面反映出建筑物地基的變形特征和規律，首先需對場地的地質條件進行分析，為布設監測點提供依據，本工程的地質勘察報告見表1。

2 沉降監測方案

2.1 布設基準點和監測點

根據本項目的布局特點和周邊環境，共布置基準點4個，各點均埋設在施工影響范圍之外，且間距不大于100 m，場區內各基準點和控制點構成閉合圖形，方便閉合檢校。監測點布置在建筑物的四角處以及沉降縫的兩側，沿建筑外墻每隔20 m間距也相應布置，一共布設20個監測點，基準點和監測點平面布置見圖1。

表1 各土層物理力學指標

圖1 基準點和監測點平面布置圖

2.3 觀測方法和精度要求

采用電子水準儀組成閉合水準路線往返觀測，首次觀測應在觀測點穩固后及時進行，觀測應自地上一層開始，澆筑一層砼前，根據圖紙設計的觀測點位置、標高進行預埋，砼澆筑后，采用DSZ2精密水準儀進行觀測，要求每次監測必須采用相同的儀器和觀測方法，并且固定觀測和立尺人員。

2.4 觀測周期

施工期間：主體結構每升高一層進行一次觀測，直到竣工為止；工程竣工后：每間隔三個月觀測一次，一直到主體結構沉降穩定為止。對于突然發生嚴重裂縫或大量沉降的特殊情況，應增加觀測次數。在沉降觀測期間，應定期對基準網進行復測。

3 監測成果分析

我隊從2017年9月1日進行首次監測，2018年7月1日完成最后一次監測，對基準點一共監測5次，主樓沉降監測計42次，裙樓沉降觀測19次。根據連續監測的情況，選擇主樓東側LZ40、LZ41、LZ42、LZ42-1、LZ42-2 和西側LZ43、LZ44、LZ45、LZ46共9個點進行分析，繪制監測結果過程曲線圖(見圖2)。

圖2 監測結果過程曲線圖

3.1 監測分析

從監測結果過程曲線圖分析得出，監測數據隨時間的變化趨勢比較明顯，隨著建筑物主體的逐漸升高，荷載不斷增加，沉降量隨之增大，在主體結構施工完成后，沉降曲線趨于穩定，沉降進入穩定期。

利用建筑物傾斜值計算公式：

q=(Ha-Hb)/Lab(1)

式(1)中Ha、Hb為a、b兩點的累計沉降值，Lab為ab點之間的距離。根據沉降數據計算出主樓東西兩側傾斜值的結果為1.5×10-4，滿足GB50007—2011《建筑地基基礎設計規范》第5.3.4條的規定，高層建筑在高度大于100 m時因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜值應小于2.0×10-3。

3.2 預測最終沉降量

應用指數曲線模型法來預測該建筑物的最終沉降量，指數曲線模型是一種經驗推導法，該方法假設地基沉降增長的速率為負指數曲線形式，公式為：

S=S∞-(S∞-Sa)e(ta-t)/ η(2)

式(2)中：S∞為最終沉降量；ta、Sa為任意時刻擬合曲線上的觀測時間與沉降量；η為參照實測值求得的參數。將已知數據代入到公式(2)中，計算求得任意時刻的沉降值，為了驗證預測沉降值的準確性，選用最近監測的沉降數據進行預測，將預測的沉降值與最后一次實測沉降量進行比較，差值在很小的范圍內，說明預測值基本準確，建筑物沉降趨于穩定。

4 結語

高層建筑物的沉降監測難以借鑒以往的經驗，也很難從理論上找到定量分析和預測的方法，因此，現場監測顯得尤為重要。本文通過實例介紹了沉降監測的整個過程，并對監測數據進行了詳細的分析，總結了沉降變化的規律，最終得出以下兩點結論：

(1)高層建筑的沉降具有明顯的階段性，與施工荷載和時間呈正相關。應用指數曲線模型可以預測最終沉降量，通過與最后一次觀測的沉降值相比較，該模型預測的最終沉降量比較準確。

(2)通過對高層建筑物沉降變化規律的分析，對選擇最佳基礎方案具有指導意義。