建筑物沉降觀測(cè)的方法與實(shí)施

褚春英

[摘要]結(jié)合實(shí)踐，分析建筑物的沉降原因和現(xiàn)行變形監(jiān)測(cè)規(guī)范后，給出確定沉降觀測(cè)等級(jí)以及沉降觀測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)、觀測(cè)方法、周期和頻率等方案進(jìn)行探討，總結(jié)沉降觀測(cè)資料處理、安全性分析、變形預(yù)報(bào)的過程與方法。

[關(guān)鍵詞]高層建筑物 沉降觀測(cè) 基準(zhǔn)點(diǎn) 周期和頻率 安全性分析

中圖分類號(hào)：TU19文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310095－01

一、前言

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)飛速發(fā)展，建筑物特別是高層建筑物雨后春筍般叢立在城市之中，為確保建筑物結(jié)構(gòu)安全和安全運(yùn)營，對(duì)建筑物進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)尤為重要。根據(jù)本人多年來進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文著重對(duì)建筑物沉降監(jiān)測(cè)的有關(guān)問題進(jìn)行探討。

二、建筑物的沉降原因

土具有可松性，在自然狀態(tài)下的土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加。施工中經(jīng)回填壓實(shí)，仍不能恢復(fù)原來的密實(shí)度。隨著建筑物的施工進(jìn)展，其上荷載不斷增加，地基土慢慢被壓縮，就引起了建筑物的沉降。由于地下施工振動(dòng)、地下水反彈等原因，也能引起建筑物的沉降。

三、基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇和布設(shè)

建筑物的沉降量是相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)而言的，而沉降的速度是決定沉降觀測(cè)是否終止的關(guān)鍵因素，因此要求基準(zhǔn)點(diǎn)非常穩(wěn)固和便于保存，并且布設(shè)在沉降區(qū)域以外，每一個(gè)測(cè)區(qū)的基準(zhǔn)點(diǎn)至少3個(gè)，一般情況下，基準(zhǔn)點(diǎn)距監(jiān)測(cè)建筑物應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)最大寬度的2倍?；鶞?zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)盡量避開交通干道、水源地、松散填土、滑坡地段和重型機(jī)械振動(dòng)區(qū)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況采用深埋標(biāo)志或淺埋標(biāo)志。深埋包括雙金屬管水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)石和鋼管水準(zhǔn)基點(diǎn)標(biāo)石，一般應(yīng)用于精度要求高的項(xiàng)目中，但造價(jià)高；淺埋一般為混凝土標(biāo)石、巖層標(biāo)石、墻上標(biāo)石（最好是長(zhǎng)久建筑物），在實(shí)際工作中應(yīng)用廣泛?；鶞?zhǔn)點(diǎn)布設(shè)趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行基準(zhǔn)網(wǎng)聯(lián)測(cè)，基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測(cè)，周期應(yīng)為3個(gè)月-6個(gè)月。如果遇到天氣異常、數(shù)據(jù)異常等特殊情況要及時(shí)復(fù)測(cè)。

四、沉降點(diǎn)的選擇和布設(shè)

沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)是沉降觀測(cè)工作中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)的優(yōu)劣不僅直接影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)能否反映出建筑物的整體沉降趨勢(shì)和局部沉降特征，而且影響工作效率。沉降觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)目和位置與建筑物大小、荷載基礎(chǔ)類形和地質(zhì)條件有關(guān)。沉降觀測(cè)點(diǎn)本身應(yīng)牢固，要確保點(diǎn)位安全，能長(zhǎng)久保存。應(yīng)埋設(shè)在建筑物四角、大轉(zhuǎn)角處，外墻每隔15m左右布設(shè)一點(diǎn)。框賀結(jié)構(gòu)的建筑物、承重柱或每個(gè)隔2-3個(gè)柱基上布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，沉降縫兩側(cè)及不同結(jié)構(gòu)的分界處兩側(cè)布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志上部為突出的半球形狀，并涂防銹漆。如圖標(biāo)志的半球形狀，與柱身或墻體保持一定距離，保證在點(diǎn)位上能垂直立尺，有良好通視條件，標(biāo)志在墻體外的部分一般稍微上揚(yáng)，切忌下垂。點(diǎn)位布設(shè)應(yīng)避開觀測(cè)的障礙物。

五、沉降觀測(cè)等級(jí)及精度確定

制定觀測(cè)精度取決于變形的大小、速度以及觀測(cè)目的，基本要求是精確反映實(shí)際變形程度或變形趨勢(shì)，一般觀測(cè)值中誤差不應(yīng)超過變形允許值的1/20-1/10。

不同類型的建筑物，變形觀測(cè)的精度要求差別較大，即使同一建筑物不同部位的精度要求也不同，普通高層建筑物要求觀測(cè)工作能反映出2mm的沉降量，因此觀測(cè)點(diǎn)高程的精度應(yīng)在±1mm以內(nèi)，國內(nèi)對(duì)高層建筑物整體傾斜α的允許值為0.002-0.003，傾斜α=△D/H（△D為傾斜值、H為建筑物高度），允許沉降量△S=△D/HL（L基礎(chǔ)寬度）。只要算出允許沉降量，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)中誤差應(yīng)為允許值△S的1/20-1/10的原則，就可以算出沉降量的觀測(cè)點(diǎn)誤差，從而確定出沉降觀測(cè)精度，由此可見和本人對(duì)實(shí)際工作的理解，一般60m以上的建筑物，采用二等水準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行，60m以下的建筑物采用三等水準(zhǔn)的技術(shù)要求進(jìn)行。

六、觀測(cè)的周期和頻率

變形觀測(cè)的周期和頻率應(yīng)根據(jù)建筑物的工程進(jìn)度、地基、地質(zhì)情況及荷載增加速度而決定，工程施工階段的觀測(cè)應(yīng)隨施工進(jìn)度及時(shí)進(jìn)行。在建筑物基礎(chǔ)底部完成后開始觀測(cè)，觀測(cè)次數(shù)和時(shí)間視載荷增加情況而定，一般增加二層觀測(cè)一次，如遇工程停工時(shí)應(yīng)在停工時(shí)和重新開始各觀測(cè)一次。停工期間一個(gè)月左右觀測(cè)一次。工程荷載量大幅增加，周圍大量挖方及惡劣天氣以后，均應(yīng)及時(shí)觀測(cè)和增加觀測(cè)次數(shù)。工程施工初期觀測(cè)次數(shù)要稍多一些，以每次沉降量在5-10mm以內(nèi)為限，否則要增加觀測(cè)次數(shù)，直至趨于穩(wěn)定為止。

當(dāng)建筑物出現(xiàn)沉降量較大、裂縫等險(xiǎn)情時(shí)應(yīng)連續(xù)觀測(cè)，直到變形減緩趨于穩(wěn)定為止。若沉降速度小于0.04mm/期時(shí)

就可以為已進(jìn)入穩(wěn)定階段。

七、沉降觀測(cè)工作方法

沉降觀測(cè)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1．觀測(cè)應(yīng)在成像清晰穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)避開惡劣天氣。

2．盡量在不轉(zhuǎn)站的情況下測(cè)出各觀測(cè)點(diǎn)的高程。

3．視距一般不應(yīng)超過50m，前、后視距盡量相等，減少i角剩余誤差。

4．前后視距要用同一根鋼尺，減少基底誤差。

5．初次觀測(cè)非常重要，要進(jìn)行2-3次，確保初值的準(zhǔn)確性。

6．工作前要對(duì)儀器按照規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查校正i角，并定期檢定。

7．測(cè)站的位置應(yīng)避開有危險(xiǎn)的地方，避開振動(dòng)源，如無法避開，振動(dòng)源應(yīng)暫停工作。

在實(shí)際工作中應(yīng)符合測(cè)量規(guī)范有關(guān)要求以外還應(yīng)做到三固定原則，即固定觀測(cè)人員、固定使用儀器、固定觀測(cè)路線，同時(shí)工作之前檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)。

八、提交成果

沉降觀測(cè)提交成果包括資料處理，安全性分析和變形趨勢(shì)預(yù)報(bào)分析三部分：

（一）資料處理

1．資料處理主要是分析原始觀測(cè)資料的可靠性，減少觀測(cè)值的誤差，檢查原始記錄，計(jì)算是否正確，精度是否符合要求，誤差分配是否合理。繪制每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降曲線圖。

2．通過對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際工作沉降曲線圖的分析，判斷建筑物安全或不安全，運(yùn)營是否正常?，F(xiàn)對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析討論。

（1）所有觀測(cè)點(diǎn)曲線中間某點(diǎn)突然回升，這種情況極有可能是基準(zhǔn)點(diǎn)或者觀測(cè)點(diǎn)被碰動(dòng)。如果基準(zhǔn)點(diǎn)被碰動(dòng)，改用其他基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)，并對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核后若發(fā)現(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)被碰動(dòng)則另布設(shè)新點(diǎn)。（2）所有曲線自某點(diǎn)漸漸回升，有可能是基準(zhǔn)點(diǎn)不穩(wěn)定，預(yù)防措施是布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)應(yīng)保證點(diǎn)的穩(wěn)定性，糾正錯(cuò)誤的方法是復(fù)核基準(zhǔn)網(wǎng)，改正觀測(cè)點(diǎn)的高程。（3）曲線波浪起伏，這種情況在觀測(cè)的后期經(jīng)常出現(xiàn)，這是建筑物的沉降趨于穩(wěn)定，測(cè)量誤差大于沉降量，可以對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從某一觀測(cè)開始，將曲線改為水平線。

（二）安全性分析

其主要目的是分析修正后的觀測(cè)成果，尋找變形規(guī)律，進(jìn)而對(duì)建筑物的變形原因作出解釋并發(fā)出變形預(yù)報(bào)，對(duì)建筑物的安全性作出正確判斷。

（三）變形趨勢(shì)預(yù)報(bào)

確定建筑物沉降的原因，方法有統(tǒng)計(jì)分析法，確定函數(shù)法。統(tǒng)計(jì)分析法主要是基于實(shí)測(cè)資料將沉降值隨機(jī)量建立預(yù)測(cè)模型，確定函數(shù)法主要是結(jié)合建筑物及其地基的實(shí)際工作狀態(tài)計(jì)算出荷載作用下的變形場(chǎng)，然后與實(shí)測(cè)值進(jìn)行優(yōu)化擬合，以求得調(diào)整參數(shù)，從而建立變形確定性模型。

九、結(jié)束語

建筑物的沉降觀測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)，精度要求高，是一項(xiàng)艱巨而又細(xì)致的基礎(chǔ)性工作。高層建筑物越來越多地出現(xiàn)在地平線上，做好這些高層建筑物的沉降觀測(cè)工作，及時(shí)地指導(dǎo)施工，準(zhǔn)確提供建筑物的沉降趨勢(shì)分析，確保建筑物的安全運(yùn)營，是我們測(cè)量人員義不容辭的責(zé)任。