沉降觀測技術在高層建筑施工監控中的應用

羅光明

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

建筑物在荷載作用下產生的豎向變形就是沉降，主要是由于地基土的承載力不夠，在上部荷載作用下其體積壓縮變形繼而引起建筑物的基礎下沉。當基礎下沉過大或相鄰基礎間存在不均勻沉降，則會導致上部結構構件出現明顯的變形或開裂現象，嚴重的會危及主體結構的安全。

當今城市建設飛速發展，眾多高層、超高層建筑拔地而起，在這些高層建筑物的整個施工過程中運用沉降觀測加強過程監控，及時為施工單位提供詳盡的沉降資料，指導合理地施工工序，預防在施工過程中出現不均勻沉降，避免因基礎不均勻沉降造成主體結構的破壞，并為以后該地區的勘察設計施工提供可靠的資料及相應的沉降參數。這些因素使高層建筑沉降觀測的必要性顯得愈加重要。下面詳細介紹如何做好沉降觀測。

1 儀器設備名稱及操作程序

1.1 自動安平水準儀、銦鋼尺、尺墊

1.2 主要技術性能

⑴主要測量參數：垂直方向的變形或相對高程。

⑵測量精度：0.7mm/km。

1.3 觀測點布設原則

⑴布設沉降觀測點時，應結合建筑結構、形狀和場地工程地質條件，并應顧及施工及建成后的使用方便，用沖擊鉆鉆￠16mm 的孔，將沉降觀測點按要求埋入孔中，并固定好，按圖紙或觀測路線做好編號。

⑵測點位應易于保存，標志應穩固美觀。地面沉降觀測點布設完成后，測點周邊要用水泥砂砌好，圍住測點；建筑物沉降觀測點周邊要加鐵皮盒子，并固定好包著觀測點。

圖1 沉降觀測點大樣

1.4 使用前的檢查要點

⑴檢查儀器是否有檢定合格（準用）標志，是否在檢定周期的有效范圍之內。

⑵觀測前要對所用儀器的各項指標進行自檢。

1.5 操作程序

⑴安置儀器：按照預定的測量路線，在預定測站上利用三角架的伸縮螺旋，調節腳架腿的伸縮長度，在測站上穩固的張開三腳架，使架頭高度適中、大致水平，用中心連接螺旋將儀器固定在架頭上，檢查、調節腳螺旋的高度，高度適中，不要過高或過低，移動或踩實架腿，使圓水準器氣泡不緊靠圓水準器的內壁。

⑵整平儀器：轉動腳螺旋使圓水準氣泡居中，調平儀器。

⑶調焦與照準：將望遠鏡轉向明亮的背景，旋轉目鏡調焦螺旋，把十字絲像調到最清晰的位置，通過望遠鏡筒上方的照門、準星瞄準目標，旋轉物鏡調焦螺旋，把目標像也調到最清晰；旋轉微動螺旋，將十字絲中心對準目標（前視），讀取并記錄十字絲的中絲對準的測尺基本分劃數值，旋轉微動螺旋，讀取并記錄十字絲的中絲對準的測尺輔助分劃數值，計算基本分劃、輔助分劃與K 常數讀數較差，如果超限，按照以上方法重新讀數。

⑷后視另一個目標，按照⑶的步驟讀取并另一個目標的測尺數值。

⑸將儀器移至下一個測站，按照1.5.1～1.5.3 的步驟進行測量，直至測完預定的測量路線。

1.6 數據處理

⑴每個觀測點埋入后，應測出穩定的初始值，一般測2～3 次，取得穩定的初始值。以后每次測試值與初始值之差即為該點的沉降值△h。

根據△h=h測－h初。△h 值與時間t 值，可繪出沉降量隨時間的變化曲線。

⑵在室內計算各測點對基準點的相對高程，進行測站精密平差及各種誤差分析。

每次測量計算基本分劃、輔助分劃與K 常數讀數較差，如果超限，按照以上方法重新讀數，計算各測點對基準點的相對高程，進行測站精密平差及各種誤差分析。每次觀測后，在進行平差計算之前，對觀測結果進行必要的驗算，主要是驗證測站高差中數中誤差是否符合規定的限差（≤±0.5mm）要求。測站高差全中誤差和高差偶然中誤差計算采用以下方式：

式中，

W——附合或環線閉合差（mm）；

L——計算各W 時，相應的路線長度（km）；

N——水準環數。

式中，

n——測段數；

△——測段往返高差不符值；

n——測段數。

1.7 使用中的注意事項

⑴首次測量應重復觀測2～3 次，用水準儀做二等水準測量時，前后視距的距離差≤1.0m，前后視距的距離較差累計≤3.0m，視線離地面高度≥0.5m，基、輔分劃或紅、黑面讀數較差≤0.5mm，基、輔分劃或紅、黑面所測高差較差兩次高差≤0.7mm，取中數作為測量的起始數據。

⑵消除視差，視差會導致觀測誤差；出現視差的現象：當眼睛在目鏡端上下稍許移動時，發現十字絲與物象之間有相對移動；消除視差的方法：按照1.5 中⑶的調焦方法，仔細操作，直到消除視差。

⑶在測量過程中應檢查補償器是否有效工作。檢查的方法：在圓水準器氣泡居中后，瞄準后視尺，一邊觀測水準尺讀數一邊旋轉某個腳螺旋，使圓水準器氣泡沿與視準軸平行的方向有少量移動，但不能超出圓水準器氣泡中央的黑圈圈，如果在氣泡移動前后十字絲中絲讀數不變，說明補償器工作正常。

⑷測量過程中應減少儀器誤差、觀測誤差、外界條件對測量數據的影響。

⑸應對基準點和測點進行定期檢查，通常每次測量前進行。可視一段時間檢查情況，再適度放寬檢查周期。

⑹采用相同的圖形、觀測路線、測站數；測站與各測點之間的距離應保持基本相同，既不要太近(＜5m)，也不要太遠(＞30m)，以盡可能減小讀數誤差。

⑺固定觀測人員。

⑻應在基本相同的環境條件下測量。

⑼現場記錄觀測時的氣象條件、施工進度和荷載變化。

⑽資料在現場應進行初步整理，發現異常，立即復測，并及時將資料總結上報。

⑾現場測量應本著認真負責的態度進行，測量數據應可靠有效。

⑿出現變形異常的情況（如：沉降量大、變形速率大或突然增大、不均勻下沉顯著、建筑物傾斜或開裂等）時，應增加監測次數，并提出施工整改意見或提出警報。

2 測量依據

《工程測量規范》（GB50026-2007）、《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2016）、《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）及委托方提供的圖紙等。

3 建筑物沉降穩定的判定

根據《建筑變形測量規范》（JGJ 8-2016）中7.1.5.4 規定：“建筑沉降達到穩定狀態可由沉降量與時間關系曲線判定。當最后100d 的最大沉降速率小于0.01～0.04mm/d 時，可認為已達到穩定狀態。”

4 沉降觀測報告包含的成果資料

⑴工程概況、水準測量、觀測情況、觀測數據分析、觀測結論。

根據觀測數據分析，建筑物各觀測點的沉降速率是否滿足《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）中最后100 天的沉降速率小于0.01～0.04mm/d 的規定， 且沉降量與時間關系曲線是否趨于平穩，主體沉降是否趨于穩定。

⑵建筑物主體沉降觀測結果表(如圖2)。

圖2 沉降觀測成果表

⑶時間-荷載-沉降量曲線(如圖3）。

圖3

⑷沉降觀測點布置示意圖。

5 結束語

運用沉降觀測對高層建筑施工進行監控，以預防出現不均勻沉降，有利于施工單位及時采取措施，避免建筑物主體結構遭受破壞。在沉降觀測的觀測周期里，施工單位應加強對布置在建筑物上的沉降觀測點的保護，以保證各觀測點數據的連續性及準確性。