高層建筑沉降監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

陳洪剛 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100

當(dāng)前城市土地日益稀缺，從提高容積率的角度，高層建筑物不斷涌現(xiàn)，而高層建筑物在施工、裝修與竣工期的穩(wěn)定性，關(guān)系到工程的生產(chǎn)安全，為及時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)不均勻沉降問題，必須加強(qiáng)高層建筑物的周期性沉降監(jiān)測工作，分析與預(yù)測建筑物的沉降變化規(guī)律，對工程建設(shè)具有重要參考價值。

1 沉降監(jiān)測概述

高層建筑物沉降監(jiān)測，即為首先在建筑物四角、拐點、中點等特征位置布設(shè)沉降監(jiān)測點，然后以高等級水準(zhǔn)觀測的形式，根據(jù)技術(shù)設(shè)計和施工要求，進(jìn)行定期與非定期的監(jiān)測點高程重復(fù)式采集，計算每周期間的沉降變化量，進(jìn)而判斷建筑物基礎(chǔ)的沉降與地面荷載間的關(guān)系，科學(xué)反饋監(jiān)測對象的安全狀況。

現(xiàn)以某住宅小區(qū)建設(shè)期間的高層建筑沉降監(jiān)測為例，闡述建筑物沉降監(jiān)測的布設(shè)方法、施測周期與數(shù)據(jù)分析處理。該住宅小區(qū)位于市區(qū)繁華地段，共有8 棟高層建筑，其中1-4#為26F、4-8#為24F，主體為鋼混框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為筏板基礎(chǔ)，自2013 年4 月至10 月期間，為建筑物澆筑至封頂期，現(xiàn)以該時期的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行相應(yīng)的階段性數(shù)據(jù)分析。

2 高層建筑物沉降監(jiān)測方案

建筑物沉降監(jiān)測方案設(shè)計時，應(yīng)明確作業(yè)依據(jù)、點位布設(shè)和精度要求、測繪周期與數(shù)據(jù)處理方法等，以維持沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度。

(1)沉降觀測作業(yè)依據(jù)。本工程測繪作業(yè)中主要執(zhí)行下列現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)程:GB12897-2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》、GB50026-2007《工程測量規(guī)范》、甲方和設(shè)計方提供的有關(guān)技術(shù)要求。

(2)基準(zhǔn)點及沉降觀測點點位布設(shè)與精度要求。沉降監(jiān)測的點位布設(shè)包含基準(zhǔn)點與監(jiān)測點兩部分，在遠(yuǎn)離工程現(xiàn)場的穩(wěn)固地區(qū)埋設(shè)3個以上的基準(zhǔn)點，作為工程水準(zhǔn)測量的控制點，構(gòu)成閉合水準(zhǔn)環(huán)路;監(jiān)測點的布設(shè)，則在建筑物四角、沉降縫、后澆帶等特征位置布設(shè)，點位應(yīng)易于保護(hù)，施測時按照二等水準(zhǔn)要求測量。

(3)觀測周期與觀測技術(shù)要求。根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，基準(zhǔn)點復(fù)測周期為半年，考慮復(fù)測工程量較小，本工程擬以3 個月為周期復(fù)測;監(jiān)測點的測繪周期隨施工階段的不同有所差異，主體澆筑施工期間每3層1 期，封頂后裝飾期間隔3 月1 期，竣工交付后間隔6 個月1 期，直至沉降穩(wěn)定為止;遇到停工或點位異變情況，及時加測相關(guān)數(shù)據(jù)。測量時需要嚴(yán)格執(zhí)行GB12897-2006《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》的相關(guān)要求。

(4)數(shù)據(jù)處理要求。每期測量完成后及時將觀測數(shù)據(jù)傳輸并備份，并按照規(guī)定及時處理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沉降異常分析原因并通知施工方、監(jiān)理方及甲方。平差時采用COSA 進(jìn)行高程網(wǎng)一維平差，數(shù)據(jù)匯總以Excel表格形式為主。

3 工程案例分析

現(xiàn)以該工程6#樓為研究對象，以澆筑與封頂期的9 期沉降監(jiān)測為例，分析其數(shù)據(jù)采集方式，探究數(shù)據(jù)處理方法，并有針對性的分析沉降原因。該棟建筑共24 層，主體造型相對簡單，共計布設(shè)6 個沉降點，分別布設(shè)在建筑物四角和南北兩側(cè)的中間位置?；鶞?zhǔn)點與沉降點數(shù)據(jù)采集時，采用Trimble Dini03 自動安平精密電子水準(zhǔn)儀配以LD-2 型條形碼銦鋼水準(zhǔn)尺，按照二等水準(zhǔn)的原則進(jìn)行測繪作業(yè);沉降基準(zhǔn)網(wǎng)點經(jīng)6月15 日、9 月10 日復(fù)測，點位最大變化量為0.17mm，相對穩(wěn)固，可以視為沉降觀測基準(zhǔn)點無變化。

按照技術(shù)設(shè)計要求進(jìn)行沉降觀測工作，將周期性采集的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)COSA 系統(tǒng)平差之后，導(dǎo)入Excel 表格，進(jìn)行統(tǒng)計分析，因工程所在地為軟土地區(qū)，施工中沉降總量相對明顯。以時間作為橫軸、以沉降總量作為縱軸，建立沉降總量-時間曲線圖，可以直觀的表現(xiàn)各個沉降觀測點的沉降變形情況，對于發(fā)現(xiàn)異常沉降點位、分析施工中的變形特征具有重要意義，本工程中6#樓的沉降總量—時間曲線圖，如圖1 所示:

圖1 6#樓體監(jiān)測點沉降總量—時間曲線圖

以每期周期性沉降的差值為分子，以周期間的日期數(shù)為分母，求取沉降速率變換曲線，可客觀反映樓體在各時期的沉降變化狀態(tài)。自2013 年4 月8 日起至10 月17 日的9 期沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，建筑物施工期間的沉降大致分3 個階段，現(xiàn)以A03 點為例，進(jìn)行分析。第一階段，初期隨建筑物層高增加，地表負(fù)重荷載的迅速增加，建筑物監(jiān)測點在一段時間內(nèi)，沉降速率呈現(xiàn)略微加快的趨勢，由0.06mm/d 變化至0.12mm/d 附近，此后隨土體壓縮程度的增加，底部基礎(chǔ)抗壓性的增強(qiáng)，樓體沉降速率又緩慢減小至0.05mm/d 附近，但同一樓體的各沉降監(jiān)測點沉降均勻，屬施工期間的正常沉降;第二階段，隨施工進(jìn)行，隨樓層不斷增高，當(dāng)混凝土加氣塊填充后，樓體沉降速率略微增大至0.07mm/d，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，樓體沉降點沉降較為均勻;第三階段，樓體主封頂及混凝土加氣塊填充完成后，樓體沉降速率隨時間延續(xù)呈現(xiàn)減小的趨勢，而且沉降平緩，速率維持在0.01mm/d-0.04mm/d 之間，按照J(rèn)GJ8-2007《建筑變形測量規(guī)范》對高層建筑物沉降速率的要求，該樓體建筑物正處于緩慢沉降并趨于穩(wěn)定的良性狀態(tài)，但伴隨裝飾期與竣工使用期間的荷載增加，必須加強(qiáng)后期沉降的持續(xù)監(jiān)測工作，一般竣工后半年無明顯沉降，可視為沉降穩(wěn)定，并停止沉降觀測工作。

4 結(jié)語

在高層建筑物沉降監(jiān)測中，為保證數(shù)據(jù)的精度與可靠性，要按照相對固定的施測原則，維持周期性數(shù)據(jù)間的精度統(tǒng)一，固定主測人員、固定儀器設(shè)備、固定觀測路線，即“三定”原則，同時要注意施測時的前后視距基本相等，減小球氣折光差與i 角偏差的影響，避免施工震動對沉降觀測的影響等;在數(shù)據(jù)分析處理方面，充分利用沉降結(jié)果表、沉降量-時間曲線圖、沉降量三維模型來反映沉降情況，也可融入灰色系統(tǒng)理論模型、雙曲線模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等進(jìn)行沉降量預(yù)測，科學(xué)指導(dǎo)建筑物的工程施工，確保安全。

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