高層建筑物地基沉降監(jiān)測(cè)與分析

李春明

摘 要：地基沉降監(jiān)測(cè)與分析工作對(duì)于促進(jìn)區(qū)域和諧發(fā)展具有重要作用，現(xiàn)受到城市管理者越來(lái)越多的重視。文章就高層建筑物地基沉降監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析，探究其沉降流程與形變規(guī)律。

關(guān)鍵詞：高層建筑物；沉降監(jiān)測(cè)；分析

引言

隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模越來(lái)越大，建筑物越來(lái)越高，由此帶來(lái)的安全隱患越來(lái)越大。高層建筑在施工期間，隨主體荷載的增加，勢(shì)必造成主體不規(guī)則下沉，其局部不均勻沉降可能導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜。為了確保建筑物的正常施工及安全使用，對(duì)高層建筑進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)和變形趨勢(shì)預(yù)測(cè)具有重要的意義。

1.工程概況與地質(zhì)條件

1.1工程概況

該建筑由26層主樓、5層裙樓及1層相通的外擴(kuò)地下室組成。主樓為框架—核心筒結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)間距約9.60m×8.25m，最大單柱荷載約為25000kN，采用樁筏基礎(chǔ)；裙樓為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，獨(dú)立柱+防水薄筏板基礎(chǔ)，最大柱網(wǎng)間距約9.60m×8.10m，最大單柱荷載約為10000kN；純地下室部位為框架結(jié)構(gòu)，獨(dú)立柱+防水薄筏板基礎(chǔ)，最大柱網(wǎng)間距約9.60m×8.25m，最大單柱荷載約為3200kN，均擬采用樁基礎(chǔ)。

為全面反映建筑物地基和基礎(chǔ)的變形特征規(guī)律，保證建筑物及周邊建筑群體的安全和穩(wěn)定性，對(duì)場(chǎng)地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)提供依據(jù)。

1.2工程地質(zhì)條件

該場(chǎng)地隸屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原區(qū)，地貌形態(tài)單一。根據(jù)勘探資料顯示，場(chǎng)地內(nèi)自然地面下最大勘探深度為102.0m，以淺的土體為第四紀(jì)晚更新世以來(lái)的沖湖積-濱海相碎屑沉積物。根據(jù)其巖性特征及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異性，可劃分為15個(gè)工程地質(zhì)層，并細(xì)分為19個(gè)工程地質(zhì)亞層。

1.3水文地質(zhì)條件

該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨量較大，輕度潮濕。場(chǎng)地內(nèi)對(duì)本工程建設(shè)有影響的地下水主要為潛水及微承壓水。潛水主要賦存于淺部填土層中，富水性差；受大氣降水及周邊河流的側(cè)向補(bǔ)給，以地面蒸發(fā)為主要排泄方式；受季節(jié)影響水位升降明顯?？碧綍r(shí)干鉆測(cè)得潛水初見(jiàn)水位標(biāo)高為1.04m～1.13m，測(cè)得其穩(wěn)定水位標(biāo)高在1.27m～1.34m。微承壓水主要賦存于④2層粉砂夾粉土及⑤層砂（粉）性土中，富水性及透水性中等。主要補(bǔ)給來(lái)源為地下水的垂直入滲及地下水的側(cè)向逕流，以地下水側(cè)向逕流為主要排泄方式；勘察時(shí)干鉆測(cè)得其初見(jiàn)水位標(biāo)高在-8.94m～-8.86m，穩(wěn)定水位標(biāo)高在0.94m～1.02m。

2.沉降監(jiān)2測(cè)方案

2.1基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)

沉降監(jiān)測(cè)采用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法[1]，測(cè)定布設(shè)于建筑物上測(cè)點(diǎn)的高程，通過(guò)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的高程變化來(lái)監(jiān)測(cè)建筑物的沉降情況。共布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，組成一條閉合水準(zhǔn)路線建立沉降觀測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。

2.2沉降點(diǎn)布設(shè)

沉降點(diǎn)的布設(shè)結(jié)合地質(zhì)條件、建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和荷載分布確定。在建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角、沉降縫的兩側(cè)或沿建筑外墻10m～20m處布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。

本工程共布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)43個(gè)，其中主樓布設(shè)22個(gè)（F5～F15、F33～F43），裙樓布設(shè)21個(gè)（F1～F4、F16～F32）。

沉降觀測(cè)點(diǎn)組成閉合水準(zhǔn)路線，首次觀測(cè)及重新布設(shè)點(diǎn)位標(biāo)志后初始值的采集采用電子水準(zhǔn)儀往返觀測(cè)，連續(xù)觀測(cè)3次，取有效數(shù)據(jù)的平均值作為初始值。

2.3觀測(cè)方法和精度要求

觀測(cè)采用電子水準(zhǔn)儀往返觀測(cè)。往測(cè)時(shí)奇數(shù)站的觀測(cè)順序是后—前—前—后，偶數(shù)站的觀測(cè)順序是前—后—后—前；返測(cè)時(shí)奇偶站的觀測(cè)順序與往測(cè)時(shí)偶奇站的觀測(cè)順序相同。取連續(xù)觀測(cè)3次穩(wěn)定值的平均值作為初始值。每次觀測(cè)時(shí)均采用相同的觀測(cè)路線和方法，使用同一儀器和設(shè)備，并固定觀測(cè)、立尺人員，在基本相同的環(huán)境和條件下工作。主要技術(shù)要求見(jiàn)表1，表2。

2.4觀測(cè)周期

沉降點(diǎn)的觀測(cè)周期：施工期間每1層觀測(cè)1次；竣工后每3個(gè)月觀測(cè)1次，直至穩(wěn)定。觀測(cè)期間，基準(zhǔn)網(wǎng)定期復(fù)測(cè)。

3.監(jiān)測(cè)成果分析

整個(gè)觀測(cè)周期歷時(shí)745d，基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)4次，主樓、核心筒沉降觀測(cè)34次，裙樓沉降觀測(cè)27次。根據(jù)監(jiān)測(cè)成果，選擇主樓東側(cè)F5、F6、F7和西側(cè)F13、F14、F15進(jìn)行分析，分別繪制東西兩側(cè)平均沉降量曲線（圖1）和平均沉降速度曲線（圖2）。

3.1沉降監(jiān)測(cè)成果分析

（1）沉降與荷載關(guān)系趨勢(shì)分析

由圖3可以看出，在主體施工期間，隨著建筑物的逐層升高，荷載不斷增加，沉降量不斷增大；歷經(jīng)259d后主體結(jié)構(gòu)施工完成，沉降曲線趨于緩和，沉降趨于穩(wěn)定。同時(shí)，兩側(cè)的沉降曲線具有很好的一致性，表明整體沉降比較均勻。

（2）沉降與時(shí)間關(guān)系趨勢(shì)分析

總沉降量與時(shí)間呈正相關(guān)，可分為四個(gè)階段：第一階段，主體施工前期的110d內(nèi)，沉降量線性增加，平均沉降速率0.10mm/d。原因是施工進(jìn)度加快及相鄰建筑基坑開挖降水，有效應(yīng)力增加、孔隙水壓力減小，導(dǎo)致地基土固結(jié)加快。第二階段，110d到300d內(nèi)，沉降量由線性逐漸過(guò)渡為負(fù)指數(shù)形式增加，平均沉降速率0.07mm/d。隨著施工完成，荷載不再增加，沉降趨于穩(wěn)定。第三階段，在主體施工完成350d后，沉降曲線呈明顯拐點(diǎn)，這是由于裝修過(guò)程中引起荷載增加導(dǎo)致沉降量增加。第四階段，沉降曲線與橫軸呈近似平行，平均沉降速率0.002mm/d，沉降量較小，速率較慢，進(jìn)入沉降穩(wěn)定期。

（3）沉降不均勻性分析

從主體施工開始到360d內(nèi)，東西兩側(cè)平均沉降曲線近似重合，具有很好的一致性，表明整體沉降比較均勻。360d后，東側(cè)沉降量稍大于西側(cè)，原因是主樓的主體在荷載不再增加的同時(shí)，西側(cè)裙樓樁基施工結(jié)束停止降水，地下水位上升，使地基上部荷載減小而產(chǎn)生回彈。最終整體沉降趨于穩(wěn)定、均勻。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）第5.3.4條的規(guī)定[2]，高度大于100m的高層建筑整體傾斜值不得大于2.0×10-3。利用沉降曲線計(jì)算出因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜值：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，傾斜值最大為1.9×10-4，滿足規(guī)范要求。

3.2最終沉降量預(yù)測(cè)

指數(shù)曲線模型假定地基土體沉降增長(zhǎng)速率以負(fù)指數(shù)曲線形式減少的一種經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)法，其基本公式為：

求出直線斜率值、截距值，可求出參數(shù)η，進(jìn)而求得任意時(shí)刻沉降量。

采用指數(shù)曲線法對(duì)最終沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，為保證預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，選用主體施工完成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表5可以看到，預(yù)測(cè)最終沉降量與最后一次觀測(cè)沉降量差值在很小的范圍內(nèi)，得出建筑物沉降已趨于穩(wěn)定。

4.結(jié)論

綜上所述，在高層建筑物建設(shè)的過(guò)程中，需要對(duì)建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)方法、觀測(cè)精度要求、數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行研究，并探究其沉降變化規(guī)律。只要做好了監(jiān)測(cè)工作，工程的施工和質(zhì)量方可得到保證，才能避免出現(xiàn)重大的工程事故，從而保證施工安全地順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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