淺談高層建筑中沉降觀測精度的控制

黃慶科

（茂名市建筑集團(tuán)有限公司，廣東 茂名 525000）

本世紀(jì)初我國成功建立GIS，使得我國的工程測量技術(shù)開始進(jìn)入現(xiàn)代化時代。沉降觀測一直以來作為工程測量學(xué)的重要內(nèi)容，其主要目的是通過對建筑物沉降情況，判斷其工程設(shè)計施工是否科學(xué)合理。對于高層建筑沉降觀測精度要求就更為準(zhǔn)確，保持觀測的精度可以有效提高高層建筑的穩(wěn)定性。

1 沉降觀測方式與精度要求

1.1 沉降觀測方式

沉降觀測的基礎(chǔ)依據(jù)是水準(zhǔn)點觀測。首先，水準(zhǔn)點基點就是沉降觀測的基準(zhǔn)點，其布設(shè)構(gòu)造和埋設(shè)必須具有長久穩(wěn)定性，必要時應(yīng)將其設(shè)定在監(jiān)測建筑物下沉影響區(qū)之外。其次，水準(zhǔn)點觀測要基于測定其高程，水準(zhǔn)點高程的制定可以依據(jù)國家相關(guān)的水準(zhǔn)點或者自行假設(shè)。再次，將水準(zhǔn)點以閉合水準(zhǔn)路線的形式呈現(xiàn)，或者直接進(jìn)行有效的往返測量，這里使用DSI精密水準(zhǔn)儀與精密水準(zhǔn)尺作為測量用具。注意高差和閉合差必須要小于mm，其中n是測點數(shù)。最后，當(dāng)準(zhǔn)確多次觀測求出觀測點相應(yīng)的高程變化量，得出建筑物相應(yīng)的沉降量。

1.2 沉降觀測精度要求

首先，一般情況下沉降觀測精度要求以DS3水準(zhǔn)儀做準(zhǔn)，針對大型建筑、重要建筑、高層建筑，應(yīng)使用DSI精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量；其次，為保證精度的準(zhǔn)確性，觀測時視線長度不會大于50m，使用統(tǒng)一水準(zhǔn)尺，保持前、后視距距離相等；再次，先后視水準(zhǔn)點應(yīng)接于前視中各個觀測點；最后，重現(xiàn)后視水準(zhǔn)點，應(yīng)注意前、后水準(zhǔn)點兩次不同的觀測讀數(shù)之差不應(yīng)超過 mm。

2 影響高層建筑中沉降觀測精度控制的主要因素

2.1 儀器觀測誤差

高層建筑沉降觀測過程中產(chǎn)生的誤差會影響精確度，主要有以下四個方面：水準(zhǔn)氣泡居中位時出現(xiàn)的誤差、水準(zhǔn)尺估讀出現(xiàn)讀數(shù)誤差、視覺誤差、水準(zhǔn)尺傾斜。儀器誤差是直接影響精度的原因之一，常見的儀器誤差主要包括儀器校正后的殘余誤差和水準(zhǔn)尺誤差兩種。一方面，儀器無法達(dá)到理論上完全精準(zhǔn)，儀器即使在校正后還有殘余誤差，由于誤差影響和距離是成正比情況的，可以通過觀測使用時注意觀測前、后視距離的方法，降低誤差程度。

2.2 外界條件

主要影響高層建筑沉降觀測精度的外界原因如下：首先，觀測過程比較長久，在漫長觀測過程中無法保證儀器在穩(wěn)定的位置，就無法得到精確的數(shù)據(jù)。當(dāng)儀器隨著觀測點下沉的同時，觀測點的視線和視角都會發(fā)生很大改變，如果忽視儀器下沉問題，會導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差。可按后、前、前、后這個順序進(jìn)行觀測，有效規(guī)避誤差發(fā)生的可能。其次，出現(xiàn)轉(zhuǎn)點尺墊下沉，就意味著下一站的后視讀數(shù)會提升影響精確度，可使用往返觀測取成果中數(shù)的方法，提高精確度。最后，大自然對精度的影響，主要包括地球曲率、大氣折光、溫度等。由于大自然的不可抗拒性，溫度變化引起大氣折光，當(dāng)日照對水準(zhǔn)管照射到一定程度時，水準(zhǔn)管會出現(xiàn)內(nèi)部溫度升高的情況，氣泡自然想溫度高的一側(cè)移動影響精度。在觀測過程中，要適時進(jìn)行折光活動。

3 高層建筑中沉降觀測精度控制策略

3.1 準(zhǔn)確布設(shè)水準(zhǔn)基點和建立完善水準(zhǔn)網(wǎng)

高層建筑水準(zhǔn)基點和水準(zhǔn)網(wǎng)的建設(shè)尤為重要。水準(zhǔn)基點作為長久固定不變的沉降觀測高程基點特定的水準(zhǔn)點，它是監(jiān)測高層建筑地基和其變形深基坑的的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。由于三個水準(zhǔn)點在設(shè)置是作為一個小組出現(xiàn)的，每一個小組水準(zhǔn)點中心要設(shè)置固定測站，可以在為方便測定三點的準(zhǔn)確高差，在布置設(shè)計過程中注意以下幾點：首先，充分考量監(jiān)測精度，網(wǎng)形是較為科學(xué)的布設(shè)方法，可以降低監(jiān)測環(huán)路。其次，合理設(shè)置高程起算點，可以通過在整個網(wǎng)中，設(shè)計鋪埋四個深度完整的的水準(zhǔn)基點，其他鋪埋一般地下點和墻壁點。在觀測中，優(yōu)先選擇穩(wěn)定性高的點，作為水準(zhǔn)線路基點和水準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一的監(jiān)測和平差。再次，水準(zhǔn)點必須根據(jù)建筑場區(qū)實際情況，設(shè)置較為明顯安全的地點。通過情況下水準(zhǔn)點布設(shè)會在監(jiān)測的高層建筑之間距離不得小于30m，埋深在凍土線下半米位置，如在墻體上設(shè)置水準(zhǔn)點應(yīng)保持其永久性，并離開地面半米高。埋設(shè)在非變形區(qū)域外，不受工程影響。如監(jiān)測單棟高層建筑，要不是三個水準(zhǔn)基點以上，針對大于5000m2以上的高層建筑，應(yīng)在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加水準(zhǔn)基點數(shù)量，可以有效挺高觀測精度。最后，應(yīng)根據(jù)高層建筑所在地區(qū)地質(zhì)環(huán)境、氣候條件、工程進(jìn)度等情況，對水準(zhǔn)基點標(biāo)志進(jìn)行改造。由于高層建筑不同于一般建筑物，應(yīng)根據(jù)高精度變形觀測情況，設(shè)計出專門合適建筑的水準(zhǔn)基點標(biāo)志，滿足高層建筑的的特殊需要，提高觀測精度。

3.2 準(zhǔn)確布設(shè)沉降監(jiān)測點

沉降監(jiān)測點在很大程度上，直接反應(yīng)出變形物的特征。為提高沉降建筑的精確性，要對監(jiān)測點的位置和數(shù)量做統(tǒng)一細(xì)節(jié)規(guī)劃，必須對高層建筑物的大小、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、支護(hù)形式、地質(zhì)環(huán)境、基坑環(huán)境的那個因素進(jìn)行考慮。可以通過以下方法進(jìn)行布設(shè)：第一，充分考慮施工中和施工后順利觀測，將監(jiān)測點設(shè)定在深基坑及其下沉變化明顯的地方；第二，考慮深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行布設(shè)，通常可以在鎖口梁，以10m到15m之間為一個點，特別要注意在陽角位置和原建筑距離基坑近位置加密布設(shè)監(jiān)測點；第三，考慮新舊建筑之間環(huán)境問題，特別是低層建筑對高層建筑的影響、新高層建筑和原高層建筑之間的影響。要在建筑連接處和連接處兩側(cè)鋪設(shè)監(jiān)測點；第四，在震動中心假設(shè)監(jiān)測點，例如，高層建筑中煙囪位置，最少不低于3個監(jiān)測點；第五，依據(jù)高層建筑的基礎(chǔ)形式，當(dāng)基土情況不平均，可以對土壓縮厚度變化情況適當(dāng)進(jìn)行監(jiān)測點的設(shè)置；第六，當(dāng)高層建筑寬度大于15m，應(yīng)設(shè)立內(nèi)墻體監(jiān)測標(biāo)識，特別是在承重墻上布設(shè)縱橫線，并給監(jiān)測標(biāo)識留有空間，保持測量工具的使用；第七，在大型重型機械附近，要跟前機械的實際情況，對堆荷位置布設(shè)監(jiān)測點。

3.3 準(zhǔn)確制定沉降觀測周期

沉降觀測具有周期性，在高層建筑施工期間通常不能少于四次。高層建筑物在正是投入使用之前，觀測周期要依據(jù)具體沉降值進(jìn)行分析，通常每3個月1次，直至沉降穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)生特別情況時候，要根據(jù)情況具體分析進(jìn)行觀測。通常情況下可以采用以下情況進(jìn)行確定：首先，由于鎖口梁會跟隨深基坑開挖發(fā)生較大的水平移動，在個時期的觀測時間一般為1到2天觀測1次，澆筑地下室期間需要3到4天觀測1次，當(dāng)發(fā)生暴雨等情況時，要加密觀測；其次，高層建筑沒安裝完成一層樓應(yīng)觀測1次，結(jié)構(gòu)完全封頂以后兩個月需觀測1次，房屋完工后需在正是交付前進(jìn)行觀測。最后，如高層樓房設(shè)計中荷重有所要求，需在荷重添加后進(jìn)行觀測。

綜上所述，針對高層建筑沉降觀測中精度的有效控制，是一項長期系統(tǒng)全面的工程。通過對高層建筑沉降的觀測，及時發(fā)現(xiàn)建筑的異常情況，及時進(jìn)行補救，可以有效降低經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國工程測量學(xué)的快速發(fā)展，沉降觀測技術(shù)也會進(jìn)入一個新時代，有理由相信高層建筑沉降觀測的精度會愈來愈高。

[1] 王濱，郝煜.高層建筑物的沉降觀測問題[J].科技傳播.2012（02）.

[2] 楊建榮，鄧太平，魏良帥.建筑物沉降觀測方案的設(shè)計與數(shù)據(jù)分析 [J].地理空間信息.2012（01）.

[3] 趙籍濱.沉降觀測技術(shù)在高層建筑施工中應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2012（02）.

[4] 劉兵.高層建筑物形變監(jiān)測技術(shù)分析[J].新疆有色金屬.2009（01）.

[5] 夏松濤.高層建筑物的沉降觀測和數(shù)據(jù)處理[J].山西建筑.2008（33）.

[6] 周根成.高層建筑沉降觀測方法分析探討[J].中外建筑.2008（08）.