鄭常莊新村二期沉降觀測分析研究

王宏濤，王 羽

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100038)

一、引 言

近些年來，我國的建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，沉降觀測的測量工作也就隨之顯得愈發(fā)重要。沉降觀測就是通過對設(shè)置在建筑物上有代表性的觀測點(diǎn)進(jìn)行定期重復(fù)觀測，得到大量的野外觀測數(shù)據(jù)，對這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，求得其在兩個(gè)觀測周期間的變化量［1］。實(shí)踐表明，通過沉降觀測，可以了解建筑物的沉降速度，并提出預(yù)報(bào)，以便采取相應(yīng)的措施，避免因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，減少因非預(yù)計(jì)沉降帶來的損失。

二、鄭常莊新村二期沉降觀測

1．工程概況

鄭常莊新村二期位于豐臺區(qū)岳各莊北路與梅市口路之間，總用地面積48 623．2 m2，建筑面積約為145 870 m2;二期由8棟多層或高層及2個(gè)獨(dú)立車庫組成，本文的沉降觀測僅涉及其中1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#樓，各樓設(shè)計(jì)情況見表1。

表1 各樓設(shè)計(jì)情況表

2．工程目的和任務(wù)

根據(jù)設(shè)計(jì)條件，該工程由于結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，整體建筑物對地基變形的敏感性，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求，為滿足沉降分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，應(yīng)對本工程進(jìn)行建筑物整體沉降變形觀測，根據(jù)各階段的觀測結(jié)果及時(shí)指導(dǎo)建筑物結(jié)構(gòu)施工，為設(shè)計(jì)者提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)修改依據(jù)。

3．觀測設(shè)備和精度要求

由有國家檢定資質(zhì)的單位對儀器設(shè)備進(jìn)行定期的檢定，檢定證書加蓋檢定單位公章，并在檢定的有效期內(nèi)使用。

主要觀測設(shè)備為蔡司Dini 12精密電子水準(zhǔn)儀及配套條碼銦鋼帶尺，設(shè)計(jì)每千米水準(zhǔn)測量高差中數(shù)偶然中誤差為±0．3 mm，可滿足一等測量精度的要求，具有現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動采集與內(nèi)業(yè)平差處理一體化的特點(diǎn)。

按照國家二等水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求進(jìn)行實(shí)測，環(huán)路閉合差限值為±0．25。

4．水準(zhǔn)基點(diǎn)的設(shè)立

本次工程水準(zhǔn)基點(diǎn)數(shù)量為3個(gè);型式為2個(gè)帶套管深埋式，1個(gè)永久建筑式;為了保證觀測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，本工程采用的深埋式水準(zhǔn)基點(diǎn)采用30型勘探鉆機(jī)開孔至地下20 m左右，然后將內(nèi)、外管下至孔內(nèi)，并使帶有水準(zhǔn)標(biāo)志的內(nèi)管管底嵌入穩(wěn)定地層，最后在外管外側(cè)投入填料進(jìn)行固定。深埋式水準(zhǔn)基點(diǎn)的型式如圖1所示。

圖1 深埋式水準(zhǔn)基點(diǎn)的型式

1)位置:根據(jù)現(xiàn)場條件、場地使用性質(zhì)、地下埋藏物情況、長期保存條件等，由建設(shè)單位與我院共同選定。

2)保護(hù):鉆機(jī)鉆孔埋設(shè)后，由建設(shè)單位出資委托施工單位按照我院提供的圖紙砌井、加蓋加以保護(hù)，并清理現(xiàn)場，施工單位不得在其上堆放物品，以保證水準(zhǔn)基點(diǎn)隨時(shí)正常使用。水準(zhǔn)基點(diǎn)保護(hù)井如圖2所示。

圖2 水準(zhǔn)基點(diǎn)保護(hù)井

3)水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測:按照國家一等水準(zhǔn)測量的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求進(jìn)行，其精度嚴(yán)格要求每千米高差中數(shù)的中誤差不得大于0．5 mm，沉降觀測點(diǎn)按照不低于國家二等水準(zhǔn)測量的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求進(jìn)行，每千米高差中數(shù)的中誤差不得大于1．0 mm。每次對觀測點(diǎn)的高程測量均采用環(huán)路方式進(jìn)行，并以設(shè)在附近深埋式水準(zhǔn)基點(diǎn)為觀測基點(diǎn)(一般不采用淺埋基點(diǎn))，以確保成果的可靠性。各類觀測將嚴(yán)格按照科學(xué)的程序和規(guī)范要求進(jìn)行，即:觀測人員固定、觀測儀器固定，觀測路線與前一次基本一致，并在基本相同的環(huán)境和條件下工作［2］。

5．沉降觀測點(diǎn)

1)觀測點(diǎn)平面布置原則:觀測點(diǎn)的布置將根據(jù)建筑物的大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷重分布以及地基土層的組合變化等因素綜合確定［3］。

2)觀測點(diǎn)的豎向位置:為了準(zhǔn)確全面地獲取建筑物的沉降變形數(shù)據(jù)，我院將采用2個(gè)階段進(jìn)行觀測，即當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底板施工完畢，先在基礎(chǔ)底板上安設(shè)臨時(shí)性的地面釘式觀測點(diǎn)，進(jìn)行建筑物的前期沉降觀測;當(dāng)基礎(chǔ)底板進(jìn)行地面裝修前，為了有利于變形觀測點(diǎn)的保護(hù)和建筑物使用方便，同時(shí)兼顧建筑物結(jié)構(gòu)的美觀性等，在地下2或1層結(jié)構(gòu)墻或柱上(地面以上0．3～0．4 m)將安設(shè)永久性的墻面式觀測點(diǎn)，進(jìn)行建筑物的永久性沉降觀測。

3)觀測點(diǎn)的數(shù)量:按照上述布點(diǎn)原則，本工程共布設(shè)沉降觀測點(diǎn)97個(gè)，其中1#樓16個(gè)、2#樓10個(gè)、4#樓10個(gè)、5#樓17個(gè)、6#樓16個(gè)、7#樓10個(gè)、8#樓18個(gè)，6#樓觀測點(diǎn)如圖3所示。

圖3 6#樓觀測點(diǎn)布設(shè)平面圖

4)安設(shè)方法:根據(jù)觀測點(diǎn)的直徑，使用相應(yīng)的鉆頭，在地面或墻、柱上打孔，然后用手錘將觀測點(diǎn)打入孔洞內(nèi)，永久式墻面觀測點(diǎn)掛特制標(biāo)識牌。

5)觀測點(diǎn)的保護(hù):觀測點(diǎn)布設(shè)后，由我院向建設(shè)單位提供觀測點(diǎn)平面布置圖，以便建設(shè)單位隨時(shí)掌握各個(gè)觀測點(diǎn)沉降情況，并通知施工單位、使用單位對觀測點(diǎn)加以保護(hù)。永久式墻面觀測點(diǎn)及標(biāo)示牌如圖4所示。

圖4 永久式墻面觀測點(diǎn)及標(biāo)示牌

6．觀測時(shí)機(jī)及觀測總次數(shù)

施工階段及建筑物使用階段的沉降觀測一方面直接反映建筑物施工期間的性狀，指導(dǎo)施工單位和設(shè)計(jì)單位及時(shí)選擇后澆帶的澆筑時(shí)機(jī)，同時(shí)也可以為設(shè)計(jì)和施工單位調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工序等提供必要依據(jù)。另一方面也是對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、巖土工程勘察等分析結(jié)果的驗(yàn)證，是對建筑物的使用性能的評價(jià)依據(jù)。

除了在施工期間對建筑物自身的沉降變形情況進(jìn)行及時(shí)了解外，更應(yīng)考慮到在建筑使用期間可能對建筑沉降變形產(chǎn)生影響的因素，如地下水位上升及周邊市政或建筑工程施工等，因此本工程在使用階段應(yīng)進(jìn)行較長期的觀測。具體設(shè)計(jì)見表2。

表2 1#、6#、7#樓觀測時(shí)機(jī)(含42點(diǎn))

7．沉降觀測結(jié)果的一元線性回歸分析

1)沉降分析應(yīng)注意以下原則:①沉降點(diǎn)相鄰兩觀測周期平差值的變化小于沉降觀測中誤差的2倍，即認(rèn)為該點(diǎn)未發(fā)生沉降;②根據(jù)觀測數(shù)據(jù)變化時(shí)間上的持續(xù)判別，及相鄰兩觀測數(shù)據(jù)相差甚微，并為超出極限誤差范圍，但數(shù)據(jù)的大小趨勢卻很明顯，始終上升或下降，則說明已經(jīng)發(fā)生了變化［4］。

2)現(xiàn)選取6#樓C4觀測點(diǎn)的某些代表性的沉降觀測數(shù)據(jù)作回歸分析，見表3，C4觀測點(diǎn)沉降曲線如圖5所示。

表3 沉降觀測數(shù)據(jù)表

圖5 C4觀測點(diǎn)沉降曲線

根據(jù)觀測結(jié)果作圖分析，從C4點(diǎn)沉降量與時(shí)間的關(guān)系可對其進(jìn)行一元線性回歸分析，從而預(yù)測大樓以后的下沉情況，其方程為

式中，y為沉降量，單位為cm;x為時(shí)間，單位為d。

由于受各種隨機(jī)因素的影響，沉降量與時(shí)間并不是嚴(yán)格符合上式，故有

按最小二乘估計(jì)原則，即在∑ε2i=min條件下可求得a、b的估值，法方程式為

根據(jù)上述一元線性回歸分析理論，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算出觀測點(diǎn)中有代表性的各點(diǎn)的沉降方程，并在置信水平a=0．01時(shí)檢驗(yàn)y與x是否線性相關(guān)。即計(jì)算

利用計(jì)算的相關(guān)系數(shù)r與臨界表中的ra比較，如果r≥ra，則認(rèn)為y與x在置信水平a下線性相關(guān)顯著，其回歸有效。

下面列出C4沉降點(diǎn)的回歸方程，并檢驗(yàn)x、y的相關(guān)性，計(jì)算結(jié)果見表4，其中X代表觀測累積時(shí)間，單位為d;Y代表觀測累積實(shí)測沉降量，單位為cm。方程的相關(guān)系數(shù)r大于ra(查表知ra=0．959);故沉降觀測點(diǎn)回歸有效。表5中分別列出了觀測值和回歸模型的計(jì)算值，以進(jìn)行對照。

表4 C4點(diǎn)回歸方程計(jì)算表

表5 C4觀測點(diǎn)的觀測值和回歸模型的計(jì)算值

8．6#樓觀測結(jié)論

1)6#樓的累積沉降量為:0．805～1．105 cm;平均沉降量分別為:0．932 cm。

2)6#樓平均沉降速率為:1．745 mm/100 d。未滿足有關(guān)規(guī)范規(guī)定的基本穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)(不大于1．0 mm/100 d)，仍應(yīng)按照觀測方案及有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，繼續(xù)進(jìn)行建筑物使用階段的觀測。

3)測點(diǎn)最大閉合差為+0．145 cm，聯(lián)測基點(diǎn)最大閉合差為+0．145 cm，均滿足規(guī)范要求的精度。

三、結(jié)束語

建筑物沉降觀測是一項(xiàng)長期又精細(xì)的工作，其觀測周期長，測量精度要求高，在現(xiàn)場觀測要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行。通過觀測和數(shù)據(jù)成果的處理，可得出建筑物的沉降結(jié)論和規(guī)律，即可對建筑物的安全等問題起到預(yù)報(bào)、作用。只有這樣，建筑物的沉降觀測才能起到應(yīng)有警示作用，方能為建筑物的安全提供可靠的依據(jù)并正確的指導(dǎo)施工并為設(shè)計(jì)者提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)。

［1］ 李青岳，陳永奇．工程測量學(xué)［M］．北京:測繪出版社，2008．

［2］ GB/T 12898—2009國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［3］ JGJ 8—2007建筑變形測量規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［4］ 龍永清，吳玉林，陳建兵，等．高層建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析的幾種方法［J］．西北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，37(4):670-674．