高層建筑沉降觀測數據處理與分析

程為青

(安徽建設工程勘察設計院，安徽合肥 230001)

高層建筑沉降觀測數據處理與分析

程為青?

(安徽建設工程勘察設計院，安徽合肥 230001)

從引起沉降的因素出發，參照理論并結合實例，闡述了沉降觀測的數據處理與分析，以及對沉降趨勢的預測方法進行探討。

沉降觀測；數據處理；預測性評估

1 概 述

隨著經濟的發展，高層建筑的建設將越來越多。由于各種因素的影響，建筑物在運營過程中，都會產生變形。這種變形在一定限度之內，應認為是正常現象，但如果超過了規定的限度，就會影響建筑物的正常使用，嚴重的還可危及建筑物的安全。根據沉降觀測資料，運用數理統計方法，對建筑物的沉降進行均勻性(不均勻性)分析，探討出建筑物變形的成因及對沉降趨勢的預測方法。

2 沉降引起的因素及觀測的必要性

引起建筑物沉降有內部和外部因素。其中內部因素引起的沉降有合理沉降、施工誤差引起的沉降；而外部因素是基礎形變、地質構造不均勻、季節性和周期性的溫度和地下水的變化引起以及受風力引起的等。從大量的實測資料來看，沉降在時間－空間上與建筑過程有密切的關系，為掌握沉降的大小及規律，沉降觀測具有必要性。

3 觀測點的布設及觀測成果穩定性分析

按設計及《建筑變形觀測規范》要求，在建筑物上布設觀測點，并定期觀測這些點高程，從而獲得各點變化量及累計量，根據《規范》，建筑物的下沉速度小于0.04 mm/d時，達到穩定階段即可停止觀測。

觀測點穩定性分析:設觀測點沉降為di，點位沉降中誤差為mi。

(1)當｜di｜≤｜mi｜，由測量誤差引起，則觀測點穩定的；

(2)當｜di｜≤｜2mi｜，基本上屬于測量誤差引起，基本穩定；

(3)當｜di｜〉｜2mi｜，不穩定的，下沉量為di。

4 觀測數據的處理及使用

某中心的主樓32層，基礎為人工挖孔灌注樁，置于白堊紀泥質砂巖、泥巖中風化帶上，于2006年9月開始施工，至2007年7月結構封頂，共作了9次沉降觀測。計算表如表1所示。

沉降觀測沉降量計算表 表1

作為施工階段的沉降觀測，觀測值的大小反映了地基土的強度及其建筑物荷載情況。按照數理統計的觀點，沉降量受地基強度和荷載(或稱母體)制約，明顯不同的地基土強度和荷載反映了不同的總體，而不同總體才是造成建筑物不均勻沉降的內在因素。我們可以運用數理分析方法對沉降值作統計分析，顯然可以對成對數據進行t檢驗，從而判斷它們之間的差異是否屬于同一總體。按t分布理論，偶然誤差的存在不改變所屬總體的子樣分布，而不同總體的子樣分布必然與t分布存在顯著性差異。

設成對數據的差為Xi，其總體平均值為u，如成對數據之間無異的話，則平均值X應是總體平均值u＝0的無偏估計量。即:H:u＝0

X為每對數據之差Xi的平均值，S－x是其樣本標準差。

當由式(1)計算得到t〉理論值t(n－1，a)時，則拒絕假設，H:u＝0被否定，X和u有顯著差異，這一推斷的概率為1－a。反之，當t＜t(n－1，a)時，接受原假設，X和u＝0無顯著差異。下面就某主樓沉降觀測列表作數據的統計分析。

主樓2007年元月30日作第4次觀測的數據 表2

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182。

所以t＜t(3，0.05)表明主樓兩側沉降值無顯著差異，由此判斷為均勻沉降。

主樓2007年6月25日第9次結構封頂觀測數據 表3

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182，很明顯t＜t(3，0.05)，說明主體沉降均勻。

除利用t檢驗，我們還可以用F檢驗對此例作統計分析，以便比較最后分析結果。

具體檢驗步驟如下:

(1)作原假設H0:a1＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝a8＝a

(2)計算統計量:

全部計算用表4進行。

統計量的計算(單位/mm) 表4

5 沉降趨勢預測

設自變量t為觀測時間周期，則沉降量為自變量函數H，其近似函數關系式H＝f(t)。

所要求的函數H＝f(t)的n次代數多項式為:

為確定多項式的值，只要求解(1)式的系數值ai，并且使多項式(1)對給定數據(ti，Hi)與實測數據相擬合。從而得出變形規律函數H＝f(t)。

若對觀測點定期進行了n次觀測，可得以下n個方程式(i＜n):

由于實際觀測數據不一定全部落在H＝f(t)函數曲線上，Vi不完全都等于0，則稱之為誤差，用Vk表示。根據n個誤差方程式(2)，按最小二乘法求解系數aj，有

為最小值。進行微分并令其等于0，即:

則式(4)變為

式(6)為解算系數aj(i＋1)個方程式，將解算的系數代入式(1)，即求出預報方程H＝f(t)。

解方程組得預報方程為:

由式(7)的預測模型，預測了后3個月的情況，如表5所示。

表5

需注意的問題:

①選取曲線要與實際變化趨勢相似，否則會影響擬合精度；

②用于擬合的觀測數據不能太少；

③預測周期不宜過長。

6 結 論

沉降觀測的方法與觀測精度要求，對于反映微小變形來說，是觀測方案首先要顧及的問題，否則，測量誤差將掩蓋這些微小變化而使觀測結果不僅無用，還會得到錯誤結論。在這些條件下，將觀測階段的結果運用統計分析方法，結合工程特點在均勻性及沉降趨勢作出預報性評估，在確保工程安全的前提下，充分挖掘樁基工程的潛力(如提高樁基承載力等)，以產生更大的經濟效益和工程價值。

[1]程為青.曲線擬合在變形監測預報中曲線擬合的應用.安徽建筑，2007(2)

High－rise Building Subsidence Observation Data Processing and Analysis

Cheng WeiQing
(Anhui Geotechnical Investigation and Architectural Design Institute，Hefei 230001，China)

From the start，the subsidence caused by factors to combine theory，this article expounds the subsidence observation data processing and analysis，and the trend of subsidence prediction methods are discussed.

subsidence observation；data processing；predictive evaluation

1672－8262(2010)03－130－03

TU196.2

B

2009—11—30

程為青(1962—)，男，高級工程師，主要從事工程測量方面研究和技術管理工作。