淺談高層建筑在建設(shè)中變形監(jiān)測方法

秦波

［上海市地礦工程勘察（集團(tuán)）有限公司，上海 200072］

0 引言

建筑物的垂直位移變形在施工期間是安全穩(wěn)定的，工程的設(shè)計方案和施工方法是可靠合理的?；又苓吔ㄖ锏奈灰票O(jiān)測是施工過程中必不可少的項目，內(nèi)容主要包括垂直位移，水平位移等，依據(jù)是監(jiān)測數(shù)據(jù)、各項極限值、發(fā)展趨勢。當(dāng)累計位移值或當(dāng)次變形速率超過報警值時，應(yīng)及時分析原因上報，以便能夠迅速采取應(yīng)急措施進(jìn)行控制，全過程實現(xiàn)安全施工的目的[1]。

1 高層住宅建筑深基坑施工的重要作用

深基坑施工在整個高層建筑的施工作業(yè)中是一項重要的內(nèi)容，它會直接影響到整個建筑的承重性與穩(wěn)定性，在建筑施工中屬于一項基礎(chǔ)性的保障作業(yè)。要想讓高層建筑的安全性更優(yōu)，就要不斷提高深基坑作業(yè)的技術(shù)水平，這樣才能讓建筑工程的基坑施工增強(qiáng)其承載力，進(jìn)而讓整個建筑物提高其使用年限與穩(wěn)定性。因而，在深基坑施工作業(yè)時，必須確保其技術(shù)水平與質(zhì)量。在具體項目的施工過程中，如果沒有嚴(yán)格按照規(guī)范要求以及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來做好相關(guān)的施工管理，就會增加經(jīng)濟(jì)方面的成本和風(fēng)險，進(jìn)而影響整個項目的順利開展。所以，在深基坑的具體施工過程中，現(xiàn)場的技術(shù)管理人員要確保監(jiān)測方式的科學(xué)和合理性，進(jìn)而科學(xué)地管理好深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下管線以及周邊的土體情況。需要注意一點，在安排基坑支護(hù)的施工作業(yè)時，要充分考慮好基坑處于什么樣的具體狀態(tài)以及相應(yīng)的設(shè)計情況，只有進(jìn)一步提升深基坑作業(yè)的安全性，才能有效保障后續(xù)施工環(huán)節(jié)的有序開展[2]。

2 基坑監(jiān)測的特點

現(xiàn)階段，建筑部門對建筑施工安全提出了更高的要求，基坑監(jiān)測的重要性得到了進(jìn)一步體現(xiàn)，并且監(jiān)測技術(shù)在當(dāng)前的建筑領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。為了保證技術(shù)應(yīng)用的有效性和提高監(jiān)測質(zhì)量，工作人員必須在熟練掌握基坑監(jiān)測特點的基礎(chǔ)上，靈活應(yīng)用基坑監(jiān)測技術(shù)，從而保證基坑監(jiān)測技術(shù)的效果。從技術(shù)層面來看，基坑監(jiān)測主要有以下兩個特點。①實效性強(qiáng)。地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化是一個動態(tài)的過程，在基坑作業(yè)中，地質(zhì)結(jié)構(gòu)任何方向的變化都是有跡可循的。因此，基坑監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用具有實效性。工作人員需要利用計算機(jī)處理技術(shù)來分析相關(guān)信息數(shù)據(jù)，并且實時監(jiān)測地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化情況和預(yù)測坍塌事故發(fā)生的概率。②在深基坑監(jiān)測過程中，工作人員需要以數(shù)據(jù)變化情況為依據(jù)，以地質(zhì)結(jié)構(gòu)的位移差為基坑安全評價指標(biāo)來確定監(jiān)測結(jié)果。應(yīng)用基坑監(jiān)測技術(shù)，可以有效消除各種外界因素對基坑監(jiān)測產(chǎn)生的干擾，從而保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，進(jìn)一步提高基坑的安全性。

3 控制測量

3.1 控制網(wǎng)的作用

控制測量是建立和維持測繪基準(zhǔn)與測繪系統(tǒng)，通過控制測量來確保變形監(jiān)測在統(tǒng)一的監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)，減少監(jiān)測誤差。高程建筑施工期間的控制網(wǎng)應(yīng)包含平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。為減少控制網(wǎng)給監(jiān)測過程帶來的誤差，一般采用獨立控制網(wǎng)，但與城市控制網(wǎng)建立對應(yīng)關(guān)系，以便數(shù)據(jù)后續(xù)的延續(xù)和可追溯。

3.2 控制網(wǎng)設(shè)置

根據(jù)工程特點和周邊環(huán)境情況合理設(shè)置控制點?？刂泣c點位設(shè)置在穩(wěn)固、易于測量的位置，若工程周邊無法找到合適地點，考慮到監(jiān)測頻率可設(shè)置工作基點，以便減少每次測量的線路，工作基點復(fù)測頻率應(yīng)高于控制點頻率而低于監(jiān)測頻率?？刂凭W(wǎng)根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容設(shè)置分為平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，其中平面控制網(wǎng)主要用于水平位移、傾斜、擾度等測量的基準(zhǔn)網(wǎng)，高程控制網(wǎng)則可以用于垂直位移和擾度測量的基準(zhǔn)網(wǎng)，平面控制網(wǎng)中平面控制點一般不少于4個，并且兩兩互相通視，若不通視，則需要增加轉(zhuǎn)點，轉(zhuǎn)點數(shù)量上不設(shè)限制，但與控制點之間間距應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。高程控制網(wǎng)中高程控制點一般不少于3個。

3.3 控制測量

控制網(wǎng)形成后，需要對其進(jìn)行初測和復(fù)測工作，測量要求應(yīng)根據(jù)設(shè)置等級要求進(jìn)行，控制網(wǎng)測量等級不低于監(jiān)測點的監(jiān)測等級。初測一般進(jìn)行三次或以上成果，取平均值作為控制網(wǎng)基準(zhǔn)值，后續(xù)復(fù)測根據(jù)測點埋設(shè)等級，一般不低于1次/季度。

控制網(wǎng)復(fù)測后由于各種原因會造成控制點本次成果與上次成果有一定差異，造成差異的可能為測量誤差或者真實變形，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行相關(guān)分析，原則上因測量誤差造成差異一般不大于2mm，采用以前的數(shù)據(jù)即可；真實變形則應(yīng)根據(jù)實際情況利用新測數(shù)據(jù)，同時需要對真實變形的控制點進(jìn)行三次測量取平均值的形式進(jìn)行新的賦值。

4 變形監(jiān)測方法

4.1 主體建筑沉降觀測點的布設(shè)

在開始施工前，將沉降觀測點預(yù)先布置在建筑物的外墻柱或承重墻上。觀測標(biāo)志選用φ18mm～20mm，長25cm的圓鋼，加工成“L”形狀，頂部為圓弧形態(tài)。標(biāo)志采用后置筋埋設(shè)在建筑物框架結(jié)構(gòu)的立柱或承重墻上，點位距地面的高度為0.3～0.5m，標(biāo)志埋設(shè)應(yīng)穩(wěn)固，并標(biāo)識明顯記號，盡量降低觀測點被破壞的風(fēng)險。在整個施工期間，觀測點因處于施工區(qū)域內(nèi)容易受到各種外力的影響破壞，故應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，盡可能地保證觀測的連續(xù)性。計劃在每棟建筑外墻柱各設(shè)置4個沉降觀測點（水平位移觀測點與之共用）。

4.2 水平位移監(jiān)測

在進(jìn)行監(jiān)測工作時，全站儀是使用較多的設(shè)備，一般會使用極坐標(biāo)這種監(jiān)測方式，通過分析兩個已知的監(jiān)測點，采用極坐標(biāo)換算方式，對未知觀測點進(jìn)行確定，進(jìn)而獲取相應(yīng)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。認(rèn)真監(jiān)測坡頂豎向位移情況和周邊道路的沉降情況。監(jiān)測時主要使用電子水準(zhǔn)儀，在埋設(shè)其觀測點時，坡頂豎向位移監(jiān)測點可以共用水平位移監(jiān)測點，而對周邊道路沉降情況的觀測點布設(shè)，主要是采用擊入界址點鋼釘方式來完成。在觀測具體沉降情況時，要充分考慮深基坑現(xiàn)場的具體狀況，進(jìn)而對觀測的測量模式進(jìn)行合理地制定。在進(jìn)行第一次觀測時，要使用往返測量的方式，在觀測其余沉降情況時，可以采用單程測量的方式。還要及時檢查監(jiān)測儀器是否保持良好狀態(tài)，要及時做好檢驗與校正工作，以便讓觀測的沉降結(jié)果保持精準(zhǔn)性。此外，每次觀測時，還要將系統(tǒng)誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)。認(rèn)真監(jiān)測深層水平的位移情況。主要使用的設(shè)備包括測斜儀和測斜管等，在對深層水平位移情況進(jìn)行監(jiān)測時，要合理把握具體的監(jiān)測方法。首先要對測斜管的導(dǎo)槽進(jìn)行認(rèn)真檢查，該項檢查可以使用模擬測頭來完成，而后要確保測斜儀的工作狀態(tài)良好，在操作測斜儀時要確保操作的規(guī)范性，進(jìn)而確保測點深度和讀數(shù)的精確度。要按照監(jiān)測的方案來規(guī)劃好現(xiàn)場的監(jiān)測頻率。在開挖基坑的過程中，一般監(jiān)測的時間頻率保持在1～2d，后面隨著基坑開挖深度的不斷增加，監(jiān)測的頻率也要相應(yīng)提高。在完成澆筑基坑底部墊層的作業(yè)后，監(jiān)測頻率要保持在每2d一次，隨著澆筑后時間的延長，監(jiān)測的時間頻率可以保持在3～10d。完成測量后，要按照獲取的數(shù)據(jù)對監(jiān)測的頻率進(jìn)行及時調(diào)整。如果監(jiān)測值保持穩(wěn)定，就可以減少監(jiān)測的頻率；如果監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的變化，監(jiān)測頻率就要適當(dāng)增加。

4.3 垂直位移監(jiān)測

垂直位移觀測的高程依據(jù)是水準(zhǔn)基點，即在水準(zhǔn)點高程不變的前提下定期地測出變形點相對于水準(zhǔn)基點的高差，并求出其高程講不同周期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，即可得出變形點的高程變化的大小及規(guī)律。一般作業(yè)采用三等水準(zhǔn)測量，根據(jù)交樁的控制點作為起測點，對各監(jiān)測點進(jìn)行高程觀測，取前三次觀測值的平均值為初始值，監(jiān)測點本次觀測值減去前次觀測值的差值即本次的垂直位移量，本次觀測值減去初始值的差值即為累計的垂直位移量。垂直位移監(jiān)測也是監(jiān)測中的重要內(nèi)容，這項工作的效果與基坑施工安全性存在直接聯(lián)系。因此，需要高度重視垂直位移監(jiān)測工作。垂直位移監(jiān)測對數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性有著很高的要求。工作人員需要應(yīng)用光學(xué)原理，選擇一個合理的監(jiān)測位置，把檢測光束與之對應(yīng)，然后不斷計算光束與測量點位的數(shù)據(jù)。通過不同時間段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)差值，工作人員可以準(zhǔn)確判斷垂直位移情況，從而實現(xiàn)垂直位移監(jiān)測的目標(biāo)。采用這種方法進(jìn)行監(jiān)測，有助于提高垂直位移監(jiān)測的準(zhǔn)確度。然而，光測量技術(shù)也存在一定的局限性，在監(jiān)測過程中容易受到其他物體的遮擋，導(dǎo)致無法獲取有效的數(shù)據(jù)。在這種情況下，為了保證垂直位移監(jiān)測的有效性，工作人員需要利用其他的設(shè)備來獲取信息。在施工過程中，垂直位移對基坑的影響極大，它會嚴(yán)重破壞建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。垂直位移問題如果處理不當(dāng)，就會產(chǎn)生各種基礎(chǔ)質(zhì)量問題，甚至導(dǎo)致建筑傾斜，增加建筑事故發(fā)生的概率。因此，工作人員必須有效落實垂直位移監(jiān)測工作。

4.4 做好現(xiàn)場安全管理，保障深監(jiān)測效果

在具體應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)過程中，現(xiàn)場施工人員要提高對安全施工的意識和認(rèn)知，特別是要確保附近的環(huán)境和現(xiàn)場施工保持良好的協(xié)調(diào)。要確保監(jiān)測方式的科學(xué)和合理性，進(jìn)而科學(xué)地管理。需要注意的是，在進(jìn)行安全管理時，施工人員要進(jìn)行嚴(yán)格遵循深基坑監(jiān)測的相應(yīng)原則，要認(rèn)真落實好日常的施工措施，避免施工現(xiàn)場出現(xiàn)安全隱患。此外，現(xiàn)場管理人員還要認(rèn)真做好安全監(jiān)管工作，在深入分析深基坑監(jiān)測技術(shù)具體應(yīng)用情況的前提下，對重點施工內(nèi)容加強(qiáng)監(jiān)管，管理人員還要注意做好對基坑周邊的監(jiān)測工作，進(jìn)而充分掌握好當(dāng)前基坑的具體沉降情況。

4.5 對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行判斷和處理

在工程監(jiān)測的過程中，需要嚴(yán)格按照行業(yè)內(nèi)部制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行判斷，如果發(fā)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果與實際工程情況出現(xiàn)偏差，需要及時找尋問題產(chǎn)生的原因，并重新開展監(jiān)測工作，從而確保檢測結(jié)果的真實性和有效性。對于個別數(shù)值偏差較大的結(jié)果，可以分成兩種類型進(jìn)行分析，并且根據(jù)現(xiàn)場實際情況對最終結(jié)果進(jìn)行選擇。第一種是隨機(jī)變異性產(chǎn)生的結(jié)果偏差，同一個整體出現(xiàn)不同的結(jié)果數(shù)值時，可以進(jìn)行中和。另外一種是因為外部環(huán)境和選擇方法不同產(chǎn)生的結(jié)果偏差，在不同整體上出現(xiàn)的偏差結(jié)果，需要及時進(jìn)行調(diào)整，確保數(shù)據(jù)結(jié)果的完整性與有效性。建筑監(jiān)測工作需要遵循公正、公開與公平的基本原則，同時監(jiān)測報告結(jié)果出現(xiàn)偏差問題，也會對建筑工程施工質(zhì)量和安全造成直接的影響，因此如果發(fā)現(xiàn)偏差問題需要及時進(jìn)行解決和改善，只有這樣才能更好地對建筑工程質(zhì)量安全進(jìn)行保障。

5 應(yīng)用案例

5.1 工程概況

上海市靜安區(qū)江寧路54A項目由1棟約100m高的辦公塔樓組成。總用地面積為10455m2，總建筑面積75325.5m2，地上23層。

5.2 監(jiān)測設(shè)置

沉降監(jiān)測點每隔2-3根立柱設(shè)置1個，共布設(shè)19個沉降監(jiān)測點；水平位移監(jiān)測在房屋四個角點上各設(shè)置1個，共計4個水平位移監(jiān)測點。具體監(jiān)測頻率如下。

（1）初始值測量3次。

（2）每增加1層進(jìn)行一次垂直位移觀測。

（3）每增加5層進(jìn)行一次水平位移監(jiān)測。

5.3 特殊過程處理

由于監(jiān)測點需要預(yù)制在建筑物體內(nèi)，為保證整個監(jiān)測工作的順利進(jìn)行，在地面一層施工前在地下室內(nèi)對應(yīng)立柱上布設(shè)對應(yīng)監(jiān)測點，待一層施工完成后將監(jiān)測點布設(shè)在地面一層的對應(yīng)結(jié)構(gòu)上，進(jìn)行初始值重新測定，而將地下一層測點的累計變量累加上去，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)涵蓋地上樓層沉降施工的完整性。

5.4 監(jiān)測成果

截至樓層結(jié)構(gòu)封頂，經(jīng)過測量數(shù)據(jù)得知，樓層結(jié)構(gòu)最大沉降量為-7.43mm，水平位移最大1.2mm，平均日沉降在-0.01～-0.03mm，最大不均勻沉降-1.86～-7.43mm之間。樓層結(jié)構(gòu)均處在正常沉降范圍。

5.5 社會效益

因本項目在施工過程需要同步進(jìn)行醫(yī)學(xué)設(shè)備安裝，醫(yī)學(xué)設(shè)備安裝的平穩(wěn)性是后續(xù)設(shè)備能否正常投入使用的前提保障。樓層的施工期間變形數(shù)據(jù)不僅僅為施工提供方向，也為醫(yī)學(xué)設(shè)備安裝調(diào)平提供依據(jù)，確保整個項目的穩(wěn)步推進(jìn)[3]。

6 結(jié)語

監(jiān)測信息反饋進(jìn)行安全預(yù)測，加強(qiáng)安全控制的同時減少隱患，使高層建筑工程始終處于安全可控狀態(tài)，從而更大程度上加強(qiáng)施工單位的風(fēng)險控制。較為全面地總結(jié)了高層建筑安全監(jiān)測的重要內(nèi)容，極大地提高了對高程建筑工程的安全管控能力，為同類工程提供了借鑒經(jīng)驗[4]。