淺談沉降觀測技術在高層建筑施工中的應用

彭鳳珍　吳明鳳

【摘 要】高層建筑物從基礎施工到竣工驗收及使用整個過程中， 由于受荷載不斷增加等因素的影響， 往往產生不同沉降變形。如果沉降變形超過一定限度， 就會影響建筑物的正常使用， 甚至危及安全。因此高層建筑施工中的進行沉降觀測，能夠有效的對施工過程進行監(jiān)控， 通過對觀測成果進行分析研究， 掌握建筑物的沉降動態(tài)。本文結合信陽明輝·阿卡迪亞住宅小區(qū)沉降觀測工作實踐，重點闡述了沉降觀測技術要求和線路的確定、沉降觀測點的布設及觀測方法等內容。

【關鍵詞】高層建筑；沉降觀測；技術分析；沉降量

1 項目慨況

信陽明輝·阿卡迪亞住宅小區(qū)是河南省五一農場委托信陽市明輝置業(yè)有限公司開發(fā)的重點工程，位于信陽市羊山新區(qū)新七大道與新二十街交叉口東南角，工程用地面積91262.7m2，總建筑面積155312.55m2，容積率2.41，工程建筑抗震設防類別為丙類建筑，抗震設防烈度為6度，結構設計使用年限50年，建筑物共12棟樓（編號為1#--12#），其中1#、#樓26層，3#～2#樓18層，，屬于大型高層建筑，自2013年1月開始，2014年7月竣工，受信陽市明輝置業(yè)有限公司的委托，我單位承擔此小區(qū)12棟樓整個施工過程的沉降觀測，歷時一年零十個月時間，累計觀測28次，對整個工程施工過程進行了全面監(jiān)測，取得了合格的觀測成果。

2 執(zhí)行的技術規(guī)范

（1）《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007）；

（2）《國家一、二等水準測量規(guī)范》（GB/T 12897-2006）；

（3）《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ 8-2007）；

（4）《建筑物沉降觀測方法》（DGJ32/J 18-2006）；

（5）《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007-2002）；

（6）測繪成果質量檢查與驗收》（GB/T 24356-2009）。

3 觀測點位設和觀測方法

3.1 基準點的布設

基準點是測量建筑物沉降量的基點，選擇合適的高程基準點是關鍵。一方面要保證高程基準點穩(wěn)定牢固、能夠長期保存和便于使用，另一方面又要避免氣溫變化過大對高程基準點的影響。每個高程基準點要求埋設在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外。高程基準點的埋深符合二等水準測量的要求。信陽明輝·阿卡迪亞住宅小區(qū)施工時分為六個項目部，各個項目部施工過程中都有圍墻封閉，受場地條件、通視條件的限制，根據實際狀況，本項目埋設高程基準點共6個命名為BM1至BM6，各個基準點至少有兩個點相通視，并且各水準點聯測構成閉合圖形，以便校核。埋設樣圖為“混凝土柱基本水準標石”。

3.2 沉降觀測點的布設

沉降觀測點設置按湖北天一建筑設計有限公司設計的柱網平面布置圖要求埋設，沉降觀測點設置大部分設在高層建筑物主體四角、大轉角處、外墻周邊等重要部位，本次沉降觀測共設置沉降觀測點113個，點名為n#～Jn，其中n#為樓號；Jn為沉降點號，沉降觀測點標志形狀為直徑為12毫米鋼筋制作成的勾型螺釘，錐尖向上，尖頭離建筑物墻面不少于5厘米，距標準地面0.5米左右。觀測點的正上方 3.5 米及附近 2 米的范圍內不能有影響觀測的障礙物。

3.3 觀測人員要求

項目實施前，觀測員連續(xù)三天熟練掌握儀器、設備的操作方法，確保觀測程序準確、正確無誤。在首次觀測前對所用儀器的各項指標進行了檢驗校正，連續(xù)使用 3—6個月重新檢校儀器。在觀測過程中，觀測員和立尺員做到了相互配合，工作協調一致，認真仔細，做到步步有限差，結果有校核。原始數據記錄和成果平差計算時有2個以上人員上參與計算和檢查，保證了觀測數據和計算成果100%正確，觀測時自始至終遵循“五定”原則，即所設定的沉降觀測的基準點、被觀測建筑物上的沉降觀測點，點位穩(wěn)定；所用儀器固定（一直用日本產SDL30M數字水準儀，2米銦鋼尺）；觀測人員固定（一直就是固定四人）；觀測時的環(huán)境條件固定，要避免陽光直射，且各觀測環(huán)境基本一致；成像清晰、穩(wěn)定時再存儲數據；隨時觀測，隨時檢核計算，觀測時要一氣呵成；觀測路線、尺位、程序和方法都固定。在雨季前后聯測、檢查水準點的成果是否有變動；這些措施客觀上盡量減少觀測誤差的不定性，保證各次復測結果與首次觀測的結果可比性，使所觀測的結果更真實，更符合實際。每次觀測結果后，將各次所觀測沉降情況及時反饋施工單位，當建筑物每天（24h）連續(xù)沉降量超過1mm時應停止。

3.4 觀測時間要求

高層建筑物的沉降觀測對時間有嚴格的限制條件，特別是首次觀測必須按時進行，否則沉降觀測得不到原始數據，而且整個觀測得不到完整的觀測意義，其它階段的復測，根據工程進展情況必要性定時進行，不得漏測或補測，相鄰兩次時間間隔為一個周期，本次觀測按建筑物每升高一層為一觀測周期，工程竣工后，三月、半年再觀測一次。

3.5 觀測方法要求

本次沉降觀測的級別為二級，二等水準觀測，要求每公里水準測量偶然中誤差M△≤1 mm，每公里水準測量全中誤差MW≤2 mm，采用日本產SDL30M高精度數字水準儀、閉合環(huán)觀測法，首先以BM1為原點，假定其高程為100米，選好固定水準路線，沿路線觀測每個點將六個高程基準點連成一個水準閉合環(huán)，對水準閉合環(huán)連續(xù)觀測兩次，然后平差兩次水準觀測成果，計算六個高程基準點高差，求算六個高程基準點高程，一個月后再用同樣方法，再重復觀測一次取中數計算各個點成果，從四次觀測結果看，環(huán)線閉合差最小0.28mm，最大為0.37mm，均在規(guī)范規(guī)定的限差之內，并且限差最小，所以最終所獲取基準點精度較高。

沉降觀測點的施測方法是采用水準閉合環(huán)測量法，觀測時采用固定路線，觀測時將兩個以上基準點）和沉降觀測點連成一個水準閉合環(huán)。每次觀測都固定用同一個高程基準點作為起算點，嚴格用同一根標尺立沉降觀測點，同時固定測站點位，偶數站閉合，這樣可有效消除儀器和標尺對觀測成果系統誤差的影響。前后視距用SDL30M數字水準儀自動讀取，前后視距測量控制在精度為1厘米左右，視線高度大于0.3m，視線長度≤50m、≥3m，前后視距差≤2m，前后視距累積差≤3.0m，重復測量次數不少于3次，取平均數做為最后結果，環(huán)線閉合差≤±1.0√n（mm） ，n為測站數?？偣怖塾嬘^測20次，閉合差最大的為1.94mm，最小的為0.01mm，觀測點測站高差中誤差為0.5毫米，施工前數字水準儀經河南省計量科學研究院進行檢定和核準，檢定結果為合格。

4 成果評定

觀測成果結束后，將各次觀測記錄整理檢查無誤后，進行平差計算，求出各次每個觀測點的高程值。從而計算出沉降量。某個觀測點的每周期沉降量：△c=Hh，I—Hn，I -1 .n表示某個觀測點，I表示觀測周期數（I=1，2，3……）且 H1=H0，累計沉降量：△C=∑△c（n），n表示觀測點號。匯總沉降觀測點高程統計表、沉降觀測點累計沉降量匯總表，按表的內容繪制時間與沉降量關系曲線圖，首先建立沉降曲線坐標系，以沉降量s為縱軸，以時間t為橫軸，組成直角坐標系。然后，以每次累計沉降量為縱坐標，以每次觀測日期為橫坐標，標出沉降觀測點的位置。最后，用曲線將標出的各點連接起來，匯成曲線圖，如附圖1。按照沉降量與時間關系曲線判定穩(wěn)定標準，本次高層建筑以最后100d的沉降速度小于0.01 ～0.04㎜/d為穩(wěn)定標準。根據沉降曲線圖分析結果如下： 1#至12#樓最后100d天沉降速率在0.002mm/d至0.008 mm/d之間；沉降速率都在允許范圍之內，說明建筑物達到了穩(wěn)定標準。根據沉降量統計表和沉降曲線圖，可預測建筑物的沉降趨勢，將建筑物的沉降情況及時反饋有關主管部門，正確地指導施工。特別在沉陷性較大的地基上對重要建筑物的不均勻沉降的觀測顯得更為重要。

5 經驗總結

施工開始時，應按照有關技術規(guī)范及工程的要求，結合現場的實際情況，綜合運用測量、建筑、地質及相關知識，確定建筑物沉降觀測等級、選定能反映變形特征的水準點、沉降觀測點、設計好沉降觀測方案。一個好的觀測方案在整個過程中，至關重要，觀測點的布設在沉降觀測中是一個很重要的環(huán)節(jié)，布設的優(yōu)劣，科學與否直接影響到觀測數據能否正確反映建筑物的沉降和變形。其次，在具體觀測中，一定要堅持“五定”原則，作到在測量過程中，始終要嚴格的遵守規(guī)范要求，嚴格操作規(guī)程，這樣就可以減少數據中的粗差，由于建筑物變形是一個漸變過程，是時間的函數，而且變形速度也是不均勻的，我們進行的沉降觀測次數是有限的，所以，合理的選擇連續(xù)觀測的周期，對于正確分析變形結果是很重要的，不要盲目的增加觀測次數和縮短觀測周期，以免在變形變化較小時，前后兩次觀測數據在觀測誤差范圍內跳動，既浪費人力物力，又達不到觀測的目的。

6 問題探討

（1）確定建筑物沉降觀測精度的合理性。對沉降觀測精度選擇既不能太高也不能太低，適合高層建筑物工程需要。既不浪費時間也要保證觀測結果的準確性。這樣，本人認為一般高層及重要的建筑物在觀測過程中利用精密的儀器設備（日產SDL30m數字水準儀、2米銦合金尺等）按二等以上水準測量方法施工，可以取得較理想的結果。

（2）在沉降觀測過程中，沉降量與時間關系曲線不是漸變下行光滑曲線，而是起伏狀現象。分析原因為：①第二次觀測出現回升，而以后各次觀測又逐漸下降?？赡苁鞘状斡^測時地基不穩(wěn)定，若回升超過3mm時，第一次觀測作廢，若回升3mm內，第二次與第一次調整高程一致。②曲線在某點突然回升，原因：所采用的基準點或觀測點被碰動所致且基準點碰動后標高低于碰前標高，致使觀測點碰后高于碰前。處理辦法：取相鄰另一觀測點的相同期間沉降量作為被碰觀測點之沉降量。③曲線自某點起漸漸回升，原因：一般是基準點下沉所致。辦法：確定水準點下沉值，與高級水準點聯測，計算下沉值，然后推算沉降點沉降量。

【參考文獻】

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[4]李青岳，陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，2008：266-356.

[5]國家一、二等水準測量規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2006.

[責任編輯：楊玉潔]