高層建筑沉降監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理分析

林曉枝

(福建工程學(xué)院，福建福州 350108)

0 引言

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，高層及超高層建筑物越來越多，為了避免因建筑物沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為此，在高層建筑物施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)沉降觀測過程的監(jiān)控，及時掌握建筑工程沉降程度及沉降趨勢，并科學(xué)分析、處理沉降觀測結(jié)果，為勘察、設(shè)計、施工等部門提供詳盡的一手資料，指導(dǎo)合理的施工工序，保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全性。本文就福州某建筑工程為例，對高層建筑沉降觀測方法與數(shù)據(jù)分析予以論述。

1 建筑物沉降監(jiān)測方案［1，2］

高層建筑物施工應(yīng)根據(jù)工程項目的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、規(guī)模大小、地質(zhì)條件等實(shí)際情況，研究制定科學(xué)、合理的沉降監(jiān)測方案，選擇測量儀器設(shè)備實(shí)施監(jiān)測，準(zhǔn)確掌握建筑物的沉降變化規(guī)律，為工程施工提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 工程概述

該工程為一幢23層綜合樓(裙房5層)，位于福州三橋以南主干道東側(cè)、福州拓福(倉山店)南側(cè)，占地面積2 570.5 m2，建筑面積為39 873.1 m2(地下室面積6 373.0 m2)，建筑物高度為86.40 m，采用混凝土框剪結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)，樁端持力層為第層圓礫層。設(shè)一層地下室，基坑開挖至底板墊層底的深度約為5.15 m。建筑物單柱最大軸力約為20 000 kN(估算)，相鄰柱基允許沉降差為0.002L(L為柱距)，整體傾斜允許值為0.002 5。

1.2 觀測基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)

沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程的沉降施測方案和布網(wǎng)原則的要求建立。依據(jù)GB 50026-2007工程測量規(guī)范規(guī)定一般高層建筑物周圍要布設(shè)三個基點(diǎn)，基點(diǎn)應(yīng)選設(shè)在變形影響范圍以外且穩(wěn)定、易于長期保存的地方，且與建筑物相距50 m～100 m間的范圍為宜［3］。可利用已有的、穩(wěn)定性好的埋石點(diǎn)和墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)，也可以在該區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)深且穩(wěn)定的建筑上設(shè)置墻腳基準(zhǔn)點(diǎn)。

該工程根據(jù)甲方提供的參考點(diǎn)在施工場區(qū)之外設(shè)立3個沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)用 φ22 mm的鋼筋混凝土制成，埋深1 200 mm～1 500 mm，以確保基準(zhǔn)點(diǎn)不受冬季凍脹變形的影響。并對建筑物觀測方便的位置設(shè)立不少于2個工作基點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)立若干個連接點(diǎn)。

1.3 沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)

沉降觀測點(diǎn)應(yīng)依據(jù)建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、樁形等因素綜合考慮，布設(shè)在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點(diǎn)。為了能夠反映建筑物的準(zhǔn)確沉降情況，一般布設(shè)在建筑物四角、差異沉降量大的位置、地質(zhì)條件有明顯不同的區(qū)段以及沉降裂縫的兩側(cè)，且相鄰點(diǎn)間距以15 m～30 m為宜。

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等條件，并結(jié)合現(xiàn)場工程經(jīng)驗，本次監(jiān)測選取沉降觀測點(diǎn)12個(沉降觀測點(diǎn)F1～F12)，主要布置在建筑物的四周和重要的承重部位等特征位置處。具體的沉降觀測點(diǎn)布設(shè)見圖1。

1.4 沉降觀測的頻率要求

沉降觀測的時間和頻率應(yīng)綜合考慮工程性質(zhì)、地基情況、工程進(jìn)度，以及設(shè)計單位和建設(shè)單位的要求等因素，并要符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)JGJ/T 97建筑變形測量規(guī)程規(guī)定，沉降觀測頻率為:“民用建筑可每加高1層～5層觀測一次”，并特別強(qiáng)調(diào)了:“觀測次數(shù)與間隔時間應(yīng)視地基與加荷情況而定”［4］。綜合考慮各項因素，本工程觀測周期為主體結(jié)構(gòu)施工階段每施工完2層觀測一次，結(jié)構(gòu)封頂后每3個月觀測一次，直至穩(wěn)定。出現(xiàn)異常時加密監(jiān)測。同時，根據(jù) GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范5.3.4條規(guī)定，本工程在沉降監(jiān)測過程中相鄰監(jiān)測點(diǎn)的沉降差允許值為0.002L(L為相鄰監(jiān)測點(diǎn)的中心距離)。

圖1 沉降觀測點(diǎn)布設(shè)示意圖

2 沉降監(jiān)測結(jié)果的分析

2.1 繪制各點(diǎn)的沉降與時間關(guān)系曲線

本工程主體沉降監(jiān)測時間為:2010年12月30日～2011年12月14日，歷時420 d，共監(jiān)測15次。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，繪制以每次測得的累計沉降量為縱坐標(biāo)，每次觀測時間為橫坐標(biāo)的各點(diǎn)累計沉降和時間關(guān)系曲線，各點(diǎn)的具體沉降情況見圖2，圖3。

圖2 F1～F6累計沉降與時間關(guān)系曲線

圖3 F7～F12累計沉降與時間關(guān)系曲線

2.2 沉降量等值曲線

利用各點(diǎn)的沉降量(即絕對沉降)繪制出建筑物的等值曲線圖，如圖4所示。

2.3 監(jiān)測結(jié)果分析

圖2，圖3顯示，建筑從施工開始就出現(xiàn)了下沉現(xiàn)象，但下沉速度不是很快，下沉量比較小。而第6次監(jiān)測(87 d)開始至第14次監(jiān)測(320 d)這個階段，建筑沉降速度明顯加快，下沉量比較明顯，主要原因是建筑在主體施工初期，其基礎(chǔ)還處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，隨著荷載的增加，其沉降速率較大。且可見各觀測點(diǎn)的沉降曲線大致相同，說明大樓整體屬于均勻沉降［6］。第14次監(jiān)測時，主體建設(shè)全部完成，開始地面回填、內(nèi)部道路施工等工作。從第14次監(jiān)測(320 d)至第15次監(jiān)測(420 d)建筑有小幅上升過程，其原因是這期間回填影響以及周圍的降水井封閉、內(nèi)部道路施工等影響。圖4中等值線間隔為1 mm，圖中可以直觀地得到整個場地基礎(chǔ)沉降的特征:總體沉降比較均勻，建筑沉降最大的地方分布在F6點(diǎn)附近，最小沉降分布在F7點(diǎn)附近，平面上最大極差為8 mm，表明整棟大樓變形均勻，整體穩(wěn)定性較好。

圖4 各監(jiān)測點(diǎn)沉降量等值曲線圖

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，本工程最大累計沉降為F6點(diǎn)，累計沉降為12.5 mm;最大相鄰柱基沉降差為7.9 mm，位于F6～F7點(diǎn)之間。根據(jù)GB 50026-2007工程測量規(guī)范，建筑物的整體傾斜率按差異沉降推算，推算出最大傾斜率為0.000 33。各沉降監(jiān)測點(diǎn)累計沉降差及傾斜率均未超過允許值，滿足本工程沉降差允許值為0.002L(L為相鄰監(jiān)測點(diǎn)的中心距離)和整體傾斜率允許值0.002 5的要求。從整體上看，時間—沉降關(guān)系曲線圖正確實(shí)時地反映了該建筑物的沉降過程。

3 結(jié)語

對高層建筑施工過程進(jìn)行沉降監(jiān)測具有極為重要的作用，其監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠為設(shè)計部門提供依據(jù)。同時，也是優(yōu)化設(shè)計和可靠度評價的有力手段。并且，將監(jiān)測結(jié)果及時反饋給施工和管理部門，指導(dǎo)項目部制定科學(xué)、合理的施工方案，避免和預(yù)防因不均勻沉降造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文結(jié)合工程實(shí)例對高層建筑物沉降監(jiān)測的主要內(nèi)容和方法進(jìn)行了介紹，希望結(jié)果具有一定的借鑒意義。

［1］武興巖，全廣軍.高層建筑的沉降變形監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理分析［J］.科技信息，2011(1)：338-339.

［2］羅 亮，曾 濤.高層建筑物沉降變形監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析［J］.科技資訊，2009(27)：69-70.

［3］GB 50026-2007，工程測量規(guī)范［S］.

［4］JGJ/T 97，建筑變形測量規(guī)程［S］.

［5］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］丁 寧，孫英君.高層建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析［J］.測繪科學(xué)，2011，36(5)：93-94.