高層建筑沉降觀測方法分析探討

關(guān)鍵詞：高層建筑；沉降觀測；觀測點；精度控制；分析 

　　為了保證建構(gòu)物的正常使用壽命和建筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計、施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建筑物沉降觀測的的必要性和重要性愈加明顯。結(jié)合本人在變形監(jiān)測實施過程常見問題的分析處理，談?wù)劀\見,供大家參考。  

　　2沉降觀測的國家規(guī)范要求  

　　根據(jù)國家規(guī)范，對于工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)筑物、建筑場地、地基基礎(chǔ)、水壩等必須進(jìn)行相關(guān)的變形測量，并且必須在工程設(shè)計時對變形測量就要統(tǒng)籌安排，施工開始即進(jìn)行變形測量。 

　　變形測量有兩層概念：包括垂直位移測量、水平位移測量。垂直位移測量即是通常所說的建筑物沉降觀測�，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測等均要進(jìn)行沉降觀測。特別在高層建筑建筑施工過程中運用沉降觀測加強過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時反饋信息為勘察設(shè)計、施工部門提供詳盡的一手資料，避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 

　　根據(jù)建筑物的特性和建設(shè)、設(shè)計單位的要求選擇合理的沉降觀測精度的等級尤為重要。一般沒有特殊要求的情況下，一般性的高層建構(gòu)物施工過程中，采用二等水準(zhǔn)測量的觀測方法就能滿足沉降觀測要求。 

　　國家規(guī)范對變形測量的等級劃分及精度有如下要求：應(yīng)該符合表1規(guī)定： 

　　其中沉降觀測是垂直的位移測量，對于目前的超高層建筑越來越多的情況下，如何進(jìn)行沉降位移測量顯得尤為重要，規(guī)范對垂直方向的位移監(jiān)測網(wǎng)也做了技術(shù)方面的要求，如表2：  

　　3.1首先必須建立沉降觀測監(jiān)測網(wǎng)，布設(shè)閉合環(huán)、結(jié)點或附合水準(zhǔn)路線等形式。 

　　3.2沉降觀測采用環(huán)形閉合法或往返閉合法進(jìn)行控制。 

　　3.3根據(jù)工程的特點布局、現(xiàn)場的環(huán)境條件制訂測量施測方案，由城市精密導(dǎo)線點提供的水準(zhǔn)控制點引入，根據(jù)工程的測量施測方案和布網(wǎng)原則的要求建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)。 　 

　　4對沉降觀測測量儀器的精度要求 　 

　　4.1所使用的儀器必須有產(chǎn)品合格證、定期的年檢報告和檢定證書。 

　　4.2智能全站儀精度要求： 

　　4.2.1智能全站儀測角精度X：X≤2″。 

　　4.2.2測距精度X：有棱鏡X≤2mm+ 

　　2ppmD。 

　　4.2.3測距精度X：無棱鏡X≤3mm+ 

　　2ppmD。 

　　4.3精密數(shù)字水準(zhǔn)儀精度要求： 

　　4.3.1精密數(shù)字水準(zhǔn)儀精度X：-0.3mm/km 

　　≤X≤+0.3mm/km（銦鋼尺）用于控制點的高程引測、復(fù)驗控制標(biāo)高、沉降觀測基準(zhǔn)引測、沉降觀降。 

　　4.3.2精密數(shù)字水準(zhǔn)儀精度X：-0.9mm/km 

　　≤X≤+0.9mm/km（銦鋼尺）用于重要部位的校核糾錯、變形監(jiān)測、校核。 

　　4.4 GPS接收機精度要求： 

　　4.4.1 GPS接收機精度X：靜態(tài)平面X≤5mm+0.5ppmD，用于上部高層部位軸線投測的校核。 

　　4.4.2 GPS接收機精度X：動態(tài)平面X≤5mm+0.5ppmD，用于實時監(jiān)測，高層重要部位的校核糾錯、變形監(jiān)測、校核。 

　　4.5普通水準(zhǔn)儀精度要求X：-1.5mm/km 

　　≤X≤+1.5mm/km 

　　4.6電子經(jīng)緯儀測角精度要求：X：X≤2"。 

　　4.7激光鉛直儀精度要求： 

　　4.7.1激光鉛直儀精度X：X≤1/200000（用于重要軸線的豎向投測）。 

　　4.7.2激光鉛直儀精度X：X≤1/400000（用于一般軸線的豎向投測）。 

　　4.8所使用的相關(guān)材料及預(yù)埋件必須符合相關(guān)的規(guī)范及政府規(guī)定要求。 　 

　　5沉降觀測點的布設(shè)要求 　 

　　5.1 基準(zhǔn)點的布設(shè) 

　　5.1.1每個工程至少有3個穩(wěn)固可靠的點作為基準(zhǔn)點，目前比較重要的建筑物的沉降觀測基準(zhǔn)點一般需要點位必須立于穩(wěn)固的持力層上，即中、微風(fēng)化巖上，故此，通常會用鉆機鉆孔，達(dá)到持力層后，孔內(nèi)埋于φ50的鍍鋅鋼管，并且灌高強度砂漿，露出地面的部分根據(jù)各個城市的規(guī)定，使用統(tǒng)一編號的鐵件并且進(jìn)行標(biāo)識。由于設(shè)計往往只對建筑物本身的觀測點布置有所要求，而對基準(zhǔn)點的位置沒有要求，故此，基準(zhǔn)點的埋設(shè)點必須在測量方案內(nèi)體現(xiàn)，并且通過相關(guān)部門批準(zhǔn)，并且注明與建筑物的距離。 

　　5.1.2保證由建筑物周圍城市高程控制網(wǎng)引測，然后建立建筑物的二級高程控制網(wǎng)。 

　　5.1.3埋設(shè)點離建筑物距離以5～30m為宜。 

　　5.1.4各基準(zhǔn)點要設(shè)在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外。 

　　5.1.5基準(zhǔn)點的保護(hù)措施要做好，不被碰撞。 

　　5.1.6埋好點的附圖報請相關(guān)單位驗收后方可使用。 

　　5.2變形觀測點的布設(shè)。 

　　5.2.1布設(shè)點能夠反映建筑物、構(gòu)筑物變形特征和變形明顯的部位。 

　　5.2.2標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固、明顯、結(jié)構(gòu)合理，不影響建筑物、構(gòu)筑物的美觀和使用。 

　　5.2.3點位應(yīng)避開障礙物，便于觀測和長期保存。 

　　5.2.4與設(shè)計要求相一致。 

　　5.2.5建筑物四角或沿外墻每10～15m處或每隔2～3根柱基上。 

　　5.2.6裂縫或沉降或伸縮縫的兩側(cè)。 

　　5.2.7新舊建筑物或高低建筑物以及縱橫墻的交接處。  

　　6沉降觀測的施測方法 　 

　　6.1 建立水準(zhǔn)控制網(wǎng) 

　　根據(jù)城市精密導(dǎo)線點、工程的測量施測方案和布網(wǎng)原則的要求建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)。必須保證在場區(qū)內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個觀測點，并且場區(qū)內(nèi)各觀測點構(gòu)成閉合圖形，以便閉合檢校；根據(jù)工程特點，建立合理的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，與基準(zhǔn)點聯(lián)測，平差計算出各水準(zhǔn)點的高程。 

　　6.2 建立固定的觀測路線 

　　由場區(qū)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，依據(jù)沉降觀測點的埋設(shè)要求或圖紙設(shè)計的沉降觀測點布點圖，確定沉降觀測點的位置。在控制點與沉降觀測點之間建立固定的觀測路線，并在架設(shè)儀器站點與轉(zhuǎn)點處作好標(biāo)記樁，保證各次觀測均沿統(tǒng)一路線。 

　　6.3沉降觀測時間頻率要求 

　　根據(jù)編制的工程施測方案及確定的觀測周期，首次觀測應(yīng)在觀測點穩(wěn)固后及時進(jìn)行。一般高層建筑物有地下結(jié)構(gòu)，首次觀測應(yīng)自基礎(chǔ)開始，在基礎(chǔ)的縱橫軸線上或者基礎(chǔ)邊按設(shè)計好的位置埋設(shè)沉降臨時觀測點，等臨時觀測點穩(wěn)固好，進(jìn)行首次觀測；首次觀測的沉降觀測點高程值是以后各觀測用以比較的基礎(chǔ)，其精度要求非常高，施測時一般用N2或N3級精密水準(zhǔn)儀，并且要求每個觀測點首次高程應(yīng)在同期觀測兩次后決定；隨著結(jié)構(gòu)每升高一層，臨時觀測點移上一層并進(jìn)行觀測直到±0.00再按規(guī)定埋設(shè)永久觀測點，為便于觀測一般可將永久觀測點設(shè)于±0.50mm。然后每施工一層3d后進(jìn)行復(fù)測一次，直至竣工；對于超高層建筑塔樓每升高三層觀測一次；在裝飾階段每月觀測一次；整棟樓竣工后：竣工當(dāng)年每三個月觀測一次；竣工第二年半年觀測一次；竣工第三年一年觀測一次，直至沉降穩(wěn)定。 

　　6.4沉降觀測進(jìn)需要堅持的“五定”原則 

　　6.4.1沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點、工作基點和被觀測物上的沉降測點，點位要穩(wěn)定。 

　　6.4.2所有儀器、設(shè)備要固定 

　　6.4.3觀測人員要固定。 

　　6.4.4觀測時的環(huán)境條件基本一致。 

　　6.4.5觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。 

　　以上措施在客觀上能夠盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一趨向性，保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實。 

　　6.5觀測中的注意事項 

　　6.5.1嚴(yán)格按測量規(guī)范的要求施測。 

　　6.5.2前后視觀測最好用同一水平尺。 

　　6.5.3觀測時要避免陽光直射，且各觀測環(huán)境基本一致。 

　　6.5.4成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)。 

　　6.5.5隨時觀測，隨時檢核計算，觀測時一次完成。 

　　6.5.6在雨季前后要聯(lián)測，檢查水準(zhǔn)點的標(biāo)高是否有變動。 

　　6.5.7將各次所觀測沉降情況及時反饋有關(guān)部門，當(dāng)建筑物每天（24h）連續(xù)沉降量超過1mm時應(yīng)停止施工，會同有關(guān)部門采取應(yīng)急措施。 

　　6.6 各項觀測指標(biāo)要求如下 

　　6.6.1往返較差、附和或環(huán)線閉合差：△h=∑a-∑b≤1 ，n表示測站數(shù)（或△h=∑a-∑b≤1.0 ，L表示觀測路線距離）。 

　　6.6.2前后視距：≤30m。 

　　6.6.3前后視距差：≤1.0m。 

　　6.6.4前后視距累積差：≤3.0m。 

　　6.6.5沉降觀測點相對于后視點的高差容差：≤1.0mm。 

　　6.6.6水準(zhǔn)儀的精度不低于N2級別。 　 

　　7沉降觀測的成果匯總分析 

　　7.1高層建筑沉降觀測點相對于后視高差測定的允許偏差為±1mm，即儀器在每一測站觀測完前視各點，再回視后視點，兩次讀數(shù)之差不得超過1mm。 

　　7.2成果整理時，首先檢查手薄中的數(shù)據(jù)和計算是否正確，觀測限差是否符合要求，精度是否合格。 

　　7.3將各次觀測記錄整理檢查無誤后，進(jìn)行誤差分配，進(jìn)行平差計算，求出各次每個觀測點的高程值，然后將觀測值列入觀測成果表中，計算相鄰兩次觀測之間的沉降量，從而確定出沉觀量，并且注明觀測日期及荷重情況。 

　　7.4某個觀測點的每周期沉降量：△cN=HI-H（I-1）,其中N表示某個觀測點，I表示觀測周期數(shù)（I=1,2,3……）且HN=N點的累計沉降量：△C=∑△cN。 

　　7.5為便于清楚表明沉降、時間、荷重之間的相互關(guān)系，要繪制每一觀測點的時間與沉降量的關(guān)系曲線及時間與荷重的關(guān)系曲線，如圖1所示：以沉降量為縱軸、時間為橫軸、根據(jù)每次觀測日期和每次下降量（隆起量）按比例畫出各點，然后將各點連接，并且在曲線一端注明觀測點號；以荷重為縱軸、時間為橫軸、根據(jù)每次觀測日期和每次下降量（隆起量）按比例畫出各點，然后將各點連接，并且在曲線一端注明觀測點號；以荷重為縱軸、時間為橫軸、根據(jù)每次觀測日期和每次下降量（隆起量）按比例畫出各點，然后將各點連接：兩種關(guān)系曲線可以畫在同一圖上，可以清楚的表明每個觀測點在一定時間內(nèi)，所受到的荷重及沉降量。 　 

　　8沉降觀測遇到的問題處理措施  

　　8.1曲線在首次觀測后發(fā)生回升現(xiàn)象：第二次觀測出現(xiàn)回升，至第三次以后，觀測曲線又逐漸下降，一般是由于初測精度不高，如果回升超過5mm，應(yīng)將第一次的成果作廢，若回升5mm內(nèi)，第二次與第一次調(diào)整標(biāo)高一致。 

　　8.2曲線在中間某點突然回升：一般是水準(zhǔn)點或者觀測點被移動所致，而且是被移高所致，才會出現(xiàn)回升。如果水準(zhǔn)點被移動，則不能再用，如果是觀測點，則需要另行設(shè)點。 

　　8.3曲線自某點起漸漸回升：一般是水準(zhǔn)點下沉所致，由于水準(zhǔn)點埋設(shè)不當(dāng)，產(chǎn)生自然下沉，當(dāng)建筑物初期時沉降量大于水準(zhǔn)點的下沉量，曲線不會回升，當(dāng)建筑物后期沉降趨于穩(wěn)定，而水準(zhǔn)點繼續(xù)下沉，則曲線會漸漸回升，此時應(yīng)該仔細(xì)追查原因，如果與水準(zhǔn)點下沉有關(guān)，則要與高級水準(zhǔn)點符合測量，確定下沉量。 

　　8.4曲線的波浪起伏現(xiàn)象：一般出現(xiàn)在觀測的后期，由于初期沉降量較大，下沉值大于測量誤差，但后期，下沉已經(jīng)很微，測量誤差在曲線上就會體現(xiàn)；應(yīng)該根據(jù)整個情況進(jìn)行分析，自某點起，將波浪線改為水平線。 

　　8.5曲線中斷現(xiàn)象：由于沉降觀測開始埋設(shè)在基礎(chǔ)面上，在澆灌混凝土后沒有埋設(shè)新點或者觀測點被損毀，后來的觀測點標(biāo)高不一致使得曲線中斷；為使曲線連接起來，可以按照估求出未做觀測期間的沉降量。 　 

　　9結(jié)語 　 

　　綜上所述，在高層建筑沉降觀測中由于建設(shè)單位在工程開工后沒有及時確定觀測單位等各方面的原因，在地下室施工階段沒有進(jìn)行沉降觀測，或者觀測中期由于觀測單位不及時、現(xiàn)場環(huán)境阻礙等沒有及時的進(jìn)行相關(guān)的觀測，使得觀測成果不能準(zhǔn)確的反映建筑的沉降狀況，所以作為工程建設(shè)的業(yè)主一定要加強沉降觀測的管理，不僅要及時的確定觀測單位，而且要監(jiān)督觀測單位的行為，不能夠流于形式。 

　　參考文獻(xiàn): 

　　[1] 建筑變形測量規(guī)程(JGJ/T8-97).北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997. 

　　[2]高層建筑巖土工程勘察規(guī)范(JGJ72-2004)[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004. 

　　[3]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.