高層建筑施工中沉降觀測技術分析

郭健

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030000)

對于高層建筑來說，施工過程一定要特別重視沉降觀測工作，認真觀測并分析周圍環境中的一系列沉降參數，分析出導致基礎沉降的主要原因，并且同時預測沉降的具體發展趨勢，繼而有針對性地采取有效的措施，合理防控基礎沉降，避免影響到高層建筑質量安全。

1 高層建筑施工中應用地基檢測以及沉降觀測技術的重要意義

1.1 高層建筑施工中應用地基檢測的重要意義

完成高層建筑施工之后開始投入運營，此環節需要經歷一個漫長的過程，有些工程甚至需要幾十年時間才能保證其運行進入正軌，故而工程長時間使用過程的安全性問題就需要特別重視。我們可以通過地基檢測清楚地掌握地基狀態，以能夠積極應對不同狀況發生的變化，從而保證高層建筑的使用安全性及可靠性。

1.2 高層建筑施工中應用沉降觀測技術的重要意義

沉降問題在建筑工程中同屬于一個核心問題。由于高層建筑會一定程度上受到自然環境影響，因此隨之時間的逐步推移，會導致高層建筑由一個地方慢慢出現沉降，威脅到建筑物的牢固性，這時建筑物也會喪失穩定，影響到工程質量。具體來說，地基沉降問題多表現于高層建筑施工過程中，且其恰恰是受上層結構壓力所致。表面看起來建筑物本身具備的噪聲或地基問題會出現一種類似下沉的假象。

2 高層建筑物的沉降原因分析

2.1 對具體地基的處理不當

首先，未對存在較大軟硬差異的地基做地基差別化處理，大都是以天然地基標準進行衡量的，這是導致地基因自身差異而出現不均勻沉降的一個主要原因；其次，不能保證所有建筑地基于地基上均處于單一化的勻質地基，設計者實際設計時未慮及這一因素只是簡單進行簡化假定，此從壓縮模量及密實度上面表現得太過理想化，由此會產生極大的計算和實際之間的誤差

2.2 施工過程出現問題

因施工過程潛在的問題引起的基礎沉降事故也不少，由于施工過程潛在的問題多且復雜性高的緣故，可將其問題分為不同的情況，包括像施工方案不合理、施工記錄造假、鄰邊基坑影響、地基保護不力、施工質量不達標、配套設施影響、樁頭處理不妥當或沒有及時采取有效的補救措施等等。

2.3 建筑場地選址失誤

選取建筑場地時一定要選在安全環境處，且必須要將疏松土坡邊緣及開斷裂帶避開，同時也應該避開一些老舊的河道或者可能會滑坡、塌方等危險性較高的地段。如果在選擇建筑場地時不夠謹慎，往往會潛伏難以預料的危險。

2.4 不恰當的建筑規劃

規劃部門批準許可軟土地區建筑時，建筑和其余建筑之間的距離太短，致使鄰邊地基因天然地基附加引力作用會進行疊加，在這種情況下就很容易因地心引力差異性而使地基出現松動或導致高層建筑傾斜，此側重于一些彼此臨近的幾個高層建筑樁基施工對地基造成的大幅度的擾動，會導致建筑物承載力嚴重不足[1]。

3 高層建筑施工沉降觀測要求

3.1 人員素質、儀器設備的要求

對檢測觀測人員的基本職業素養要求，相關專業性檢測人員一定要接受專業性學習和技能培訓，同時又要熟練掌握各項基本操作規程，對既定的測量理論要特別熟悉，且又可以結合差異化的工程特點有針對性地以具體情況具體觀測，并且采取合理的觀測方法及觀測程序，同時又能認真分析觀測過程中潛在問題的原因，采取誤差理論予以進行平差計算，保證能夠按時、精準、快速地完成各項觀測任務。

結合沉降觀測對于精度要求較高的特點，為了能保證準確反映出不同加荷作用下建筑物的實時沉降情況，通常來說，都要將測量誤差控制在盡可能小于變形值1/10～1/20之間，此過程必須要用到精密水準儀，且選用水準尺時也要選用受到外界環境及溫差變化影響比較小的高密度銦合金水準尺。若實際不具備銦合金尺的觀測條件，這時可以用塔尺的第一段標尺代替即可[2]。

3.2 觀測點的要求

通常情況下都要求必須保證建筑物設置的沉降點縱橫對稱，盡量將鄰點間的間距控制在15～30m之間，并使其均勻分布于建筑物四周。一般來說，在設計圖紙上面布設有專門的沉降觀測點布置圖。此外，實際埋設的沉降觀測點必須要滿足不同施工段的觀測要求，尤其在慮及裝修或裝飾段由于受到墻或是柱飾面施工影響時出現損壞問題或是將觀測點掩蓋。

3.3 觀測時間的要求

在觀測建筑物沉降時對時間有嚴格限制，尤其初次觀測一定要按時進行，反之則沒有辦法獲得原始的觀測數據，這樣整個觀測流程也就不具備任何現實性意義價值了。剩余不同階段的復測，需要按照施工進程選定時間來測試，切忌出現側漏或補測的問題。如此方能收獲最終比較準確的沉降規律和觀測結果。一般稱鄰測兩次時間間隔為一個觀測周期，且通常高層建筑物沉降觀測必須要根據特定時間段作為一個觀測周期，又或是根據建筑物加荷實況隨著每升高一層將其當作一個觀測周期，不管采取什么樣的手段都要準時按照觀測方案中規定的觀測周期準時進行觀測。

3.4 施測要求

實操技術人員一定要特別熟悉儀器設備的操作方法或是具體的觀測程序，且必須保證操作過程的準確性。第一次觀測之前一定要先校正使用儀器的各個指標，有必要的話還要鑒定計量單位。經3～6個月的連續性使用之后對使用的儀器設備進行重新檢校。

實操技術人員必須在觀測過程中密切配合，保證工作協調保持一致，且工作過程一定要認真仔細，對每一個步驟都必須仔細校核。

3.5 沉降觀測精度的要求

結合建筑物特性及具體的建設或設計單位要求來明確沉降觀測精度等級。若無任何特殊要求時，在普通的高層建筑物施工中，需要采取二等水準測量觀測方法以達到沉降觀測的標準要求。例如，以某辦公大樓為例，對這棟大樓采取二等水測量觀測法。測得各項指標要求如下：1)往返較差、附和、環線閉合差：Δh=∑a-∑b≤l√n，代表測站數。(或Δh=∑a-∑b≤1.0√L，L代表觀測路線的距離)；2)前后視距：≯30m；3)前后視距差：≯1.0m；4)前后視距累積差：≯3.0m；5)沉降觀測點較后視點高差容差：≯1.0mm；6)水準儀精度≮N2級別。

3.6 沉降觀測成果整理及計算要求

一定要保證原始參數的真實性及可靠性，記錄或計算時必須要滿足施工測量規范標準，根據正確的標準對每一步認真校核，并且遵循有效性的原則來完成成果數據的整理計算。

4 具體施測程序及步驟

4.1 建立水準控制網

依據工程布局特點及施工現場環境及基本施工條件制定準確的施測方案，建設單位供應水準控制點(亦或城市精密導線點)按照工程施測方案及布網原則生成水準控制網。

要求：①通常要在高層建筑物周邊布設三個或以上水準點，且要將其間距控制在100m以內;②無論在場區何處架設儀器都應該起碼后視至兩個水準點，且要在場區逐個水準點行成閉合圖形。目的是為了方便閉合檢校;③要將各個水準點挖設于建筑物開挖、震動區或地面沉降范圍外，且必須保證水準點埋深達到二等水準的測量要求(≮1.5m);④按照工程實際特點生成科學的水準控制網，并與基準點聯合觀測，利用平差將不同水準點的高程計算出來。

4.2 建立固定的觀測路線

依據場區水準控制網及沉降觀測點的埋設要求及圖紙設計沉降觀測點布點圖，最終確定沉降觀測點位置。于控制點及沉降觀測點中間生成固定觀測路線，且于儀器架設站點與轉點處作出標記樁，必須要保證每一次的觀測都沿著統一的路線進行[3]。

4.3 沉降觀測

按照已經編制成的工程施測方案明確觀測周期，初次觀測需在確保觀測點安穩后再展開。通常對于高層建筑物來說均包含一層或多層地下結構，初次觀測需由基礎伊始，于基礎縱橫軸線上(基礎局邊)按照提前設計好的位置來埋深臨時沉降觀測點，待其觀測點穩固后，再例行第一次觀測。

可以將第一次觀測的沉降觀測點高程值作為之后每一次用于比較觀測的基礎，此對于精度要求比較高，且一般施測時多采用N2和N3級精密水準儀。同時要求在同期觀測兩次以上再決定各個觀測點的首次高程。

結構上升一層時，臨時觀測點也會向上移一層，然后再進行觀測，直至+000然后再根據規定來埋設永久觀測點(目的為方便觀測，可以設置永久觀測點在+500mm處)，后續只要施工一層就需要進行復測一次，直到竣工為止。

保證每一項觀測記錄數據均無誤再進行平差計算，將每一次觀測點的高程值求算出來，以便于確定最終的沉降量。

個別觀測點的周期沉降量：Δ c (n)=Hn，HI～Hn，I=1，2，3…… 。

n代表觀測點，I代表觀測周期數(I=1，2，3……)且H1=H0

累計沉降量：ΔC=∑Δc (n)，n代表觀測點號。

4.4 統計表匯總

1)統計逐項觀測周期平差計算沉降量，繪制成表。

2)完成各觀測點下沉曲線的繪制。第一步建立下沉曲線坐標，將時間坐標當作橫坐標，荷載值在縱坐標上半部分，各項沉降觀測周期沉降量在下半部分。在坐標中畫出統計表中各個觀測點的觀測周期測得的沉降量，同時在坐標中畫出對應的荷載值，進行連線，如此便能獲取到與荷載值對應的沉降曲線。

3)將觀測到的沉降信息及時給主管部門進行反饋，以便于用其正確指導施工。尤其對于坐落在沉降陷幅度較大的地基時，要特別重視建筑物的不均勻沉降問題[4]。

4.5 觀測中的注意事項

1)施測時必須要嚴格按照測量規范進行；2)前后施測盡量采用同一個水平尺；3)必須保證每次觀測都按照固定觀測路線開展；4)觀測過程中盡量不要被陽光直射，同時應盡量保持與觀測環境一致；5)形成的像清晰度一定要高，且在刻度穩定時再讀數；6)隨時性進行觀測或檢核計算，觀測時必須一次完成；7)注意雨季前后需要聯測，且要注意檢查水準點標高有沒有出現變動的情況；8)向有關部門反饋每一次觀測到的沉降情況結果，若建筑物在24h內出現連續性超1mm沉降量，則需立即停止施工，并協同主管部門采取對應的應急措施。

5 高層建筑沉降觀測實例分析

現有某辦公大樓地下一層，地上十六層，最高沿口高度72.8m，同時用樁基礎、樁架-抗震墻結構體系，結構橫向16跨，長度為112.52m，縱向3跨，長度30.4m，工程裙房地上有三層，屬于柱下獨立基礎，框架結構，采用沉降縫分隔大樓。該棟樓共設沉降觀測點18個。具體情況如下圖1所示。

圖1 沉降觀測點平面布置圖

工程于建筑周邊共布設水準點三個，見表1。

工程2016年9月份實施基礎施工，并于主體施工過程每次完成一次施工進行一次測讀；2017年8月份封頂，以后間隔兩個月一次；18年10月份竣工，之后每年逐季度一次，竣工結束已完成一次觀測。之后隔6個月觀測一次，直到沉降穩定(連續二次半年沉降量控制在2mm以內)截止。

如表一列出的是主樓北部兩端兩觀測點和南面主樓和裙房交接位置兩端的A、B、C、D四個點(一共有6個比較有代表性的觀測點)數據用于對比分析。

按照沉降觀測結果分析得出，主體樓施工沉降比較穩定，封頂后沉降量都比較小，但主樓和裙房交接處鄰點沉降處主樓東西及裙房東西差異沉降比較小。

經分析觀測結果數據得出，此工程中，施工段的下沉量密切關聯下沉量變化及施工順序、地基上加載大小、地下水位及施工進度等影響因素[5]。

依據沉降觀測數據對工程施工進度及流水作業進行合理調整，以此來保證樓層主體結構的均勻沉降，初始施工時樓層東側比西側沉降低一些，結合觀測數據適當對流水作業進行調整，按照后澆帶由西側組織提前一道工序開始施工，以此保證后續施工結構兩側不會出現太高的沉降差，科學控制工程質量。

表1 竣工觀測表

6 結語

如遇雨季施工則需強化沉降觀測，并且結合實時的數據組織施工，確保在發現沉降速率比規定值高時，便立刻暫停施工。實踐證明，這樣的控制措施是安全有效的。