高層建筑施工中沉降觀測(cè)技術(shù)分析

郭健

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，施工過(guò)程一定要特別重視沉降觀測(cè)工作，認(rèn)真觀測(cè)并分析周圍環(huán)境中的一系列沉降參數(shù)，分析出導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降的主要原因，并且同時(shí)預(yù)測(cè)沉降的具體發(fā)展趨勢(shì)，繼而有針對(duì)性地采取有效的措施，合理防控基礎(chǔ)沉降，避免影響到高層建筑質(zhì)量安全。

1 高層建筑施工中應(yīng)用地基檢測(cè)以及沉降觀測(cè)技術(shù)的重要意義

1.1 高層建筑施工中應(yīng)用地基檢測(cè)的重要意義

完成高層建筑施工之后開(kāi)始投入運(yùn)營(yíng)，此環(huán)節(jié)需要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，有些工程甚至需要幾十年時(shí)間才能保證其運(yùn)行進(jìn)入正軌，故而工程長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程的安全性問(wèn)題就需要特別重視。我們可以通過(guò)地基檢測(cè)清楚地掌握地基狀態(tài)，以能夠積極應(yīng)對(duì)不同狀況發(fā)生的變化，從而保證高層建筑的使用安全性及可靠性。

1.2 高層建筑施工中應(yīng)用沉降觀測(cè)技術(shù)的重要意義

沉降問(wèn)題在建筑工程中同屬于一個(gè)核心問(wèn)題。由于高層建筑會(huì)一定程度上受到自然環(huán)境影響，因此隨之時(shí)間的逐步推移，會(huì)導(dǎo)致高層建筑由一個(gè)地方慢慢出現(xiàn)沉降，威脅到建筑物的牢固性，這時(shí)建筑物也會(huì)喪失穩(wěn)定，影響到工程質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，地基沉降問(wèn)題多表現(xiàn)于高層建筑施工過(guò)程中，且其恰恰是受上層結(jié)構(gòu)壓力所致。表面看起來(lái)建筑物本身具備的噪聲或地基問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)一種類似下沉的假象。

2 高層建筑物的沉降原因分析

2.1 對(duì)具體地基的處理不當(dāng)

首先，未對(duì)存在較大軟硬差異的地基做地基差別化處理，大都是以天然地基標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量的，這是導(dǎo)致地基因自身差異而出現(xiàn)不均勻沉降的一個(gè)主要原因；其次，不能保證所有建筑地基于地基上均處于單一化的勻質(zhì)地基，設(shè)計(jì)者實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)未慮及這一因素只是簡(jiǎn)單進(jìn)行簡(jiǎn)化假定，此從壓縮模量及密實(shí)度上面表現(xiàn)得太過(guò)理想化，由此會(huì)產(chǎn)生極大的計(jì)算和實(shí)際之間的誤差

2.2 施工過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題

因施工過(guò)程潛在的問(wèn)題引起的基礎(chǔ)沉降事故也不少，由于施工過(guò)程潛在的問(wèn)題多且復(fù)雜性高的緣故，可將其問(wèn)題分為不同的情況，包括像施工方案不合理、施工記錄造假、鄰邊基坑影響、地基保護(hù)不力、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、配套設(shè)施影響、樁頭處理不妥當(dāng)或沒(méi)有及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施等等。

2.3 建筑場(chǎng)地選址失誤

選取建筑場(chǎng)地時(shí)一定要選在安全環(huán)境處，且必須要將疏松土坡邊緣及開(kāi)斷裂帶避開(kāi)，同時(shí)也應(yīng)該避開(kāi)一些老舊的河道或者可能會(huì)滑坡、塌方等危險(xiǎn)性較高的地段。如果在選擇建筑場(chǎng)地時(shí)不夠謹(jǐn)慎，往往會(huì)潛伏難以預(yù)料的危險(xiǎn)。

2.4 不恰當(dāng)?shù)慕ㄖ?guī)劃

規(guī)劃部門批準(zhǔn)許可軟土地區(qū)建筑時(shí)，建筑和其余建筑之間的距離太短，致使鄰邊地基因天然地基附加引力作用會(huì)進(jìn)行疊加，在這種情況下就很容易因地心引力差異性而使地基出現(xiàn)松動(dòng)或?qū)е赂邔咏ㄖA斜，此側(cè)重于一些彼此臨近的幾個(gè)高層建筑樁基施工對(duì)地基造成的大幅度的擾動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致建筑物承載力嚴(yán)重不足[1]。

3 高層建筑施工沉降觀測(cè)要求

3.1 人員素質(zhì)、儀器設(shè)備的要求

對(duì)檢測(cè)觀測(cè)人員的基本職業(yè)素養(yǎng)要求，相關(guān)專業(yè)性檢測(cè)人員一定要接受專業(yè)性學(xué)習(xí)和技能培訓(xùn)，同時(shí)又要熟練掌握各項(xiàng)基本操作規(guī)程，對(duì)既定的測(cè)量理論要特別熟悉，且又可以結(jié)合差異化的工程特點(diǎn)有針對(duì)性地以具體情況具體觀測(cè)，并且采取合理的觀測(cè)方法及觀測(cè)程序，同時(shí)又能認(rèn)真分析觀測(cè)過(guò)程中潛在問(wèn)題的原因，采取誤差理論予以進(jìn)行平差計(jì)算，保證能夠按時(shí)、精準(zhǔn)、快速地完成各項(xiàng)觀測(cè)任務(wù)。

結(jié)合沉降觀測(cè)對(duì)于精度要求較高的特點(diǎn)，為了能保證準(zhǔn)確反映出不同加荷作用下建筑物的實(shí)時(shí)沉降情況，通常來(lái)說(shuō)，都要將測(cè)量誤差控制在盡可能小于變形值1/10～1/20之間，此過(guò)程必須要用到精密水準(zhǔn)儀，且選用水準(zhǔn)尺時(shí)也要選用受到外界環(huán)境及溫差變化影響比較小的高密度銦合金水準(zhǔn)尺。若實(shí)際不具備銦合金尺的觀測(cè)條件，這時(shí)可以用塔尺的第一段標(biāo)尺代替即可[2]。

3.2 觀測(cè)點(diǎn)的要求

通常情況下都要求必須保證建筑物設(shè)置的沉降點(diǎn)縱橫對(duì)稱，盡量將鄰點(diǎn)間的間距控制在15～30m之間，并使其均勻分布于建筑物四周。一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)圖紙上面布設(shè)有專門的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖。此外，實(shí)際埋設(shè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)必須要滿足不同施工段的觀測(cè)要求，尤其在慮及裝修或裝飾段由于受到墻或是柱飾面施工影響時(shí)出現(xiàn)損壞問(wèn)題或是將觀測(cè)點(diǎn)掩蓋。

3.3 觀測(cè)時(shí)間的要求

在觀測(cè)建筑物沉降時(shí)對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格限制，尤其初次觀測(cè)一定要按時(shí)進(jìn)行，反之則沒(méi)有辦法獲得原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這樣整個(gè)觀測(cè)流程也就不具備任何現(xiàn)實(shí)性意義價(jià)值了。剩余不同階段的復(fù)測(cè)，需要按照施工進(jìn)程選定時(shí)間來(lái)測(cè)試，切忌出現(xiàn)側(cè)漏或補(bǔ)測(cè)的問(wèn)題。如此方能收獲最終比較準(zhǔn)確的沉降規(guī)律和觀測(cè)結(jié)果。一般稱鄰測(cè)兩次時(shí)間間隔為一個(gè)觀測(cè)周期，且通常高層建筑物沉降觀測(cè)必須要根據(jù)特定時(shí)間段作為一個(gè)觀測(cè)周期，又或是根據(jù)建筑物加荷實(shí)況隨著每升高一層將其當(dāng)作一個(gè)觀測(cè)周期，不管采取什么樣的手段都要準(zhǔn)時(shí)按照觀測(cè)方案中規(guī)定的觀測(cè)周期準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。

3.4 施測(cè)要求

實(shí)操技術(shù)人員一定要特別熟悉儀器設(shè)備的操作方法或是具體的觀測(cè)程序，且必須保證操作過(guò)程的準(zhǔn)確性。第一次觀測(cè)之前一定要先校正使用儀器的各個(gè)指標(biāo)，有必要的話還要鑒定計(jì)量單位。經(jīng)3～6個(gè)月的連續(xù)性使用之后對(duì)使用的儀器設(shè)備進(jìn)行重新檢校。

實(shí)操技術(shù)人員必須在觀測(cè)過(guò)程中密切配合，保證工作協(xié)調(diào)保持一致，且工作過(guò)程一定要認(rèn)真仔細(xì)，對(duì)每一個(gè)步驟都必須仔細(xì)校核。

3.5 沉降觀測(cè)精度的要求

結(jié)合建筑物特性及具體的建設(shè)或設(shè)計(jì)單位要求來(lái)明確沉降觀測(cè)精度等級(jí)。若無(wú)任何特殊要求時(shí)，在普通的高層建筑物施工中，需要采取二等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)方法以達(dá)到沉降觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。例如，以某辦公大樓為例，對(duì)這棟大樓采取二等水測(cè)量觀測(cè)法。測(cè)得各項(xiàng)指標(biāo)要求如下：1)往返較差、附和、環(huán)線閉合差：Δh=∑a-∑b≤l√n，代表測(cè)站數(shù)。(或Δh=∑a-∑b≤1.0√L，L代表觀測(cè)路線的距離)；2)前后視距：≯30m；3)前后視距差：≯1.0m；4)前后視距累積差：≯3.0m；5)沉降觀測(cè)點(diǎn)較后視點(diǎn)高差容差：≯1.0mm；6)水準(zhǔn)儀精度≮N2級(jí)別。

3.6 沉降觀測(cè)成果整理及計(jì)算要求

一定要保證原始參數(shù)的真實(shí)性及可靠性，記錄或計(jì)算時(shí)必須要滿足施工測(cè)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)正確的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每一步認(rèn)真校核，并且遵循有效性的原則來(lái)完成成果數(shù)據(jù)的整理計(jì)算。

4 具體施測(cè)程序及步驟

4.1 建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)

依據(jù)工程布局特點(diǎn)及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及基本施工條件制定準(zhǔn)確的施測(cè)方案，建設(shè)單位供應(yīng)水準(zhǔn)控制點(diǎn)(亦或城市精密導(dǎo)線點(diǎn))按照工程施測(cè)方案及布網(wǎng)原則生成水準(zhǔn)控制網(wǎng)。

要求：①通常要在高層建筑物周邊布設(shè)三個(gè)或以上水準(zhǔn)點(diǎn)，且要將其間距控制在100m以內(nèi);②無(wú)論在場(chǎng)區(qū)何處架設(shè)儀器都應(yīng)該起碼后視至兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，且要在場(chǎng)區(qū)逐個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)行成閉合圖形。目的是為了方便閉合檢校;③要將各個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)挖設(shè)于建筑物開(kāi)挖、震動(dòng)區(qū)或地面沉降范圍外，且必須保證水準(zhǔn)點(diǎn)埋深達(dá)到二等水準(zhǔn)的測(cè)量要求(≮1.5m);④按照工程實(shí)際特點(diǎn)生成科學(xué)的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，并與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)合觀測(cè)，利用平差將不同水準(zhǔn)點(diǎn)的高程計(jì)算出來(lái)。

4.2 建立固定的觀測(cè)路線

依據(jù)場(chǎng)區(qū)水準(zhǔn)控制網(wǎng)及沉降觀測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)要求及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)沉降觀測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)圖，最終確定沉降觀測(cè)點(diǎn)位置。于控制點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)中間生成固定觀測(cè)路線，且于儀器架設(shè)站點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)處作出標(biāo)記樁，必須要保證每一次的觀測(cè)都沿著統(tǒng)一的路線進(jìn)行[3]。

4.3 沉降觀測(cè)

按照已經(jīng)編制成的工程施測(cè)方案明確觀測(cè)周期，初次觀測(cè)需在確保觀測(cè)點(diǎn)安穩(wěn)后再展開(kāi)。通常對(duì)于高層建筑物來(lái)說(shuō)均包含一層或多層地下結(jié)構(gòu)，初次觀測(cè)需由基礎(chǔ)伊始，于基礎(chǔ)縱橫軸線上(基礎(chǔ)局邊)按照提前設(shè)計(jì)好的位置來(lái)埋深臨時(shí)沉降觀測(cè)點(diǎn)，待其觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固后，再例行第一次觀測(cè)。

可以將第一次觀測(cè)的沉降觀測(cè)點(diǎn)高程值作為之后每一次用于比較觀測(cè)的基礎(chǔ)，此對(duì)于精度要求比較高，且一般施測(cè)時(shí)多采用N2和N3級(jí)精密水準(zhǔn)儀。同時(shí)要求在同期觀測(cè)兩次以上再?zèng)Q定各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的首次高程。

結(jié)構(gòu)上升一層時(shí)，臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)也會(huì)向上移一層，然后再進(jìn)行觀測(cè)，直至+000然后再根據(jù)規(guī)定來(lái)埋設(shè)永久觀測(cè)點(diǎn)(目的為方便觀測(cè)，可以設(shè)置永久觀測(cè)點(diǎn)在+500mm處)，后續(xù)只要施工一層就需要進(jìn)行復(fù)測(cè)一次，直到竣工為止。

保證每一項(xiàng)觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)均無(wú)誤再進(jìn)行平差計(jì)算，將每一次觀測(cè)點(diǎn)的高程值求算出來(lái)，以便于確定最終的沉降量。

個(gè)別觀測(cè)點(diǎn)的周期沉降量：Δ c (n)=Hn，HI～Hn，I=1，2，3…… 。

n代表觀測(cè)點(diǎn)，I代表觀測(cè)周期數(shù)(I=1，2，3……)且H1=H0

累計(jì)沉降量：ΔC=∑Δc (n)，n代表觀測(cè)點(diǎn)號(hào)。

4.4 統(tǒng)計(jì)表匯總

1)統(tǒng)計(jì)逐項(xiàng)觀測(cè)周期平差計(jì)算沉降量，繪制成表。

2)完成各觀測(cè)點(diǎn)下沉曲線的繪制。第一步建立下沉曲線坐標(biāo)，將時(shí)間坐標(biāo)當(dāng)作橫坐標(biāo)，荷載值在縱坐標(biāo)上半部分，各項(xiàng)沉降觀測(cè)周期沉降量在下半部分。在坐標(biāo)中畫出統(tǒng)計(jì)表中各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)周期測(cè)得的沉降量，同時(shí)在坐標(biāo)中畫出對(duì)應(yīng)的荷載值，進(jìn)行連線，如此便能獲取到與荷載值對(duì)應(yīng)的沉降曲線。

3)將觀測(cè)到的沉降信息及時(shí)給主管部門進(jìn)行反饋，以便于用其正確指導(dǎo)施工。尤其對(duì)于坐落在沉降陷幅度較大的地基時(shí)，要特別重視建筑物的不均勻沉降問(wèn)題[4]。

4.5 觀測(cè)中的注意事項(xiàng)

1)施測(cè)時(shí)必須要嚴(yán)格按照測(cè)量規(guī)范進(jìn)行；2)前后施測(cè)盡量采用同一個(gè)水平尺；3)必須保證每次觀測(cè)都按照固定觀測(cè)路線開(kāi)展；4)觀測(cè)過(guò)程中盡量不要被陽(yáng)光直射，同時(shí)應(yīng)盡量保持與觀測(cè)環(huán)境一致；5)形成的像清晰度一定要高，且在刻度穩(wěn)定時(shí)再讀數(shù)；6)隨時(shí)性進(jìn)行觀測(cè)或檢核計(jì)算，觀測(cè)時(shí)必須一次完成；7)注意雨季前后需要聯(lián)測(cè)，且要注意檢查水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高有沒(méi)有出現(xiàn)變動(dòng)的情況；8)向有關(guān)部門反饋每一次觀測(cè)到的沉降情況結(jié)果，若建筑物在24h內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)性超1mm沉降量，則需立即停止施工，并協(xié)同主管部門采取對(duì)應(yīng)的應(yīng)急措施。

5 高層建筑沉降觀測(cè)實(shí)例分析

現(xiàn)有某辦公大樓地下一層，地上十六層，最高沿口高度72.8m，同時(shí)用樁基礎(chǔ)、樁架-抗震墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)橫向16跨，長(zhǎng)度為112.52m，縱向3跨，長(zhǎng)度30.4m，工程裙房地上有三層，屬于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，框架結(jié)構(gòu)，采用沉降縫分隔大樓。該棟樓共設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)18個(gè)。具體情況如下圖1所示。

圖1 沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖

工程于建筑周邊共布設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)三個(gè)，見(jiàn)表1。

工程2016年9月份實(shí)施基礎(chǔ)施工，并于主體施工過(guò)程每次完成一次施工進(jìn)行一次測(cè)讀；2017年8月份封頂，以后間隔兩個(gè)月一次；18年10月份竣工，之后每年逐季度一次，竣工結(jié)束已完成一次觀測(cè)。之后隔6個(gè)月觀測(cè)一次，直到沉降穩(wěn)定(連續(xù)二次半年沉降量控制在2mm以內(nèi))截止。

如表一列出的是主樓北部?jī)啥藘捎^測(cè)點(diǎn)和南面主樓和裙房交接位置兩端的A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)(一共有6個(gè)比較有代表性的觀測(cè)點(diǎn))數(shù)據(jù)用于對(duì)比分析。

按照沉降觀測(cè)結(jié)果分析得出，主體樓施工沉降比較穩(wěn)定，封頂后沉降量都比較小，但主樓和裙房交接處鄰點(diǎn)沉降處主樓東西及裙房東西差異沉降比較小。

經(jīng)分析觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)得出，此工程中，施工段的下沉量密切關(guān)聯(lián)下沉量變化及施工順序、地基上加載大小、地下水位及施工進(jìn)度等影響因素[5]。

依據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)工程施工進(jìn)度及流水作業(yè)進(jìn)行合理調(diào)整，以此來(lái)保證樓層主體結(jié)構(gòu)的均勻沉降，初始施工時(shí)樓層?xùn)|側(cè)比西側(cè)沉降低一些，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)適當(dāng)對(duì)流水作業(yè)進(jìn)行調(diào)整，按照后澆帶由西側(cè)組織提前一道工序開(kāi)始施工，以此保證后續(xù)施工結(jié)構(gòu)兩側(cè)不會(huì)出現(xiàn)太高的沉降差，科學(xué)控制工程質(zhì)量。

表1 竣工觀測(cè)表

6 結(jié)語(yǔ)

如遇雨季施工則需強(qiáng)化沉降觀測(cè)，并且結(jié)合實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)組織施工，確保在發(fā)現(xiàn)沉降速率比規(guī)定值高時(shí)，便立刻暫停施工。實(shí)踐證明，這樣的控制措施是安全有效的。