新建圖書培訓(xùn)綜合大樓竣工變形觀測分析

吳月琴

(大同市勘察測繪院，山西 大同 037006)

新建的圖書培訓(xùn)綜合大樓地處建筑樓群中，建設(shè)面積為59 240 m2。工程分為主樓和裙樓兩部分:主樓地下1 層，主要功能為設(shè)備用房，地上26 層，主要功能為普通辦公及高層辦公;裙樓地下1 層，主要為地下車庫，地上4 層，主要功能為展覽、辦公、會議、培訓(xùn)。該大樓結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，通過對綜合大樓竣工主體位移和沉降觀測，以便有效了解建筑物的穩(wěn)定性，及時采取預(yù)防措施;在檢查和處理有關(guān)工程質(zhì)量事故中，籍以做出正確的判斷和分析，為今后類似設(shè)計提供基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)。

1 變形觀測實施

1.1 位移觀測

1)基準點布設(shè)。位移基準點是位移觀測數(shù)據(jù)的基本控制點。本工程擬布置3 個基本控制點(其中1 個作為校核點)，基準點布置在距離建筑物300 m 外的沉降影響區(qū)之外，要求埋設(shè)在車輛、行人比較少，通視且易保存觀測的地方。基準點宜避開地下管線、盡可能避開規(guī)劃道路未施工路段。埋設(shè)形式見圖1。因基準點擬采用靜態(tài)GPS 進行測量，所以點位還應(yīng)滿足如下要求:a.點位應(yīng)便于校核檢驗;b.應(yīng)便于安置儀器和操作;c.遠離電視臺、電臺、微波站等大功率無線電發(fā)射源，其間距離不應(yīng)小于200 m;離高壓輸電線微波無線電信號傳輸通道的距離不應(yīng)小于50 m;點位附近不應(yīng)有強烈反射衛(wèi)星信號的大面積水域、大型建筑以及熱源等;d.通視條件要好，以便后續(xù)采用常規(guī)測量手段進行聯(lián)測。2)位移工作點的布設(shè)。為了監(jiān)測該建筑物在使用期間的位移變化，擬在該建筑物頂部四角獨立布設(shè)4 個位移工作點，與地面的基準點形成6 個獨立的三角形。用紅漆標出并編號(W100，W200，W300，W400)。3)觀測技術(shù)要求。控制測量。3 個位移基準點采用靜態(tài)GPS 測量，等級采用C 級精度要求進行測設(shè)。當(dāng)基準點穩(wěn)定后，即進行靜態(tài)測量，如圖2 所示，GPS 靜態(tài)觀測作業(yè)時，應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范的規(guī)定。本次作業(yè)技術(shù)應(yīng)滿足如下要求:a.衛(wèi)星截止高度角大于15;b.有效衛(wèi)星觀測數(shù)大于5;c.觀測時段大于45 min;d.數(shù)據(jù)采樣間隔15 s;e.PDOP 小于6。4)位移監(jiān)測。位移監(jiān)測利用靜態(tài)GPS 3 個基準點和建筑物頂部4 個工作點組成6 個獨立三角形，按照GPS 靜態(tài)進行施測。因建筑物頂部4 個點距離較近，為了不降低精度，故不將其放在一起進行基線解算，見圖3。5)數(shù)據(jù)處理。基準點的數(shù)據(jù)處理，按照規(guī)范要求，利用GPS采用靜態(tài)數(shù)據(jù)處理軟件進行平差解算，當(dāng)精度符合規(guī)范要求時，將其作為本工程位移監(jiān)測的基本起算點。為了保證成果的準確無誤，基本控制點應(yīng)半年復(fù)測一次，以校核檢驗基本控制點的點位是否牢固可靠。

1.2 沉降觀測

圖1 基準點埋設(shè)形式（單位：cm）

圖2 控制網(wǎng)示意圖

圖3 位移監(jiān)測控制網(wǎng)示意圖

根據(jù)規(guī)范要求及本工程的具體情況，本工程擬采用一級和二級觀測精度。一級觀測用于基準點間和引測部分的控制測量，二級觀測用于沉降點間的水準測量。其精度要求見表1。

表1 觀測精度要求表 mm

1)基準點布設(shè)及要求。建筑物附近埋設(shè)的水準點必須牢固穩(wěn)定，本工程擬布設(shè)3 個水準基點，便于互相校核，并做到在場內(nèi)任何地區(qū)架設(shè)儀器至少后視到2 個水準點。對水準點定期進行高程檢查，防止本身發(fā)生變化，保證沉降成果的準確無誤。為保證觀測精度，水準點應(yīng)盡量與觀測點接近，距離不應(yīng)超過100 m。水準點應(yīng)布設(shè)在建筑物沉降范圍之外的安全地方，遠離馬路，避免振動，并避免埋設(shè)在低洼積水和松軟土地地帶。水準點的埋深應(yīng)符合二級水準的要求，根據(jù)工程特點，建立合理的水準控制網(wǎng)，并與基準點聯(lián)測，觀測到的數(shù)據(jù)通過平差計算出各水準點的高程。埋設(shè)方法見圖4。2)基準點高程的確定。基準點穩(wěn)定后，根據(jù)建設(shè)方提供的水準基點，使用精密電子水準儀測設(shè)一條二級閉合水準路線，往返測，聯(lián)測2 個水準點，平差計算出各水準點的高程，作為沉降觀測的起算基準點。3)觀測點的布設(shè)。為了反映出該綜合大樓的準確沉降情況，沉降觀測點要埋設(shè)在沉降特征敏感且便于觀測的位置。根據(jù)本工程特點，沉降點均埋設(shè)在建筑物四角和受力柱上，中部每隔15 m～30 m 設(shè)一沉降點，總計18 個。4)水準測量技術(shù)要求。本工程沉降觀測采用TRIMBLE N03 精密水準儀進行觀測。本次沉降觀測按規(guī)范要求，按二級水準測量精度，采用往返測。二級水準觀測中的視線長度、前后視距差和視線高度按照規(guī)范的規(guī)定。觀測中使用的水準儀和水準尺在觀測前后應(yīng)該進行檢驗，觀測進行中也應(yīng)定期檢驗。檢驗和校正應(yīng)按照規(guī)范執(zhí)行。水準觀測作業(yè)應(yīng)該符合規(guī)范有關(guān)要求。5)數(shù)據(jù)處理。外業(yè)手簿經(jīng)過100%檢查無誤后，利用水準平差軟件對觀測數(shù)據(jù)進行平差計算，平差后得到的水準數(shù)據(jù)作為沉降點的高程數(shù)據(jù)。

圖4 水準點埋設(shè)方式

2 綜合大樓沉降穩(wěn)定標準、觀測周期和觀測原則

JGJ 8—2007 建筑變形測量規(guī)范中指出建筑沉降變形的穩(wěn)定標準應(yīng)由沉降量—時間關(guān)系曲線判定。當(dāng)最后100 d 的沉降速率小于0.01 mm/d～0.04 mm/d，可認為建筑物已經(jīng)進入穩(wěn)定階段，具體取值宜根據(jù)各地區(qū)地基土的壓縮性確定，本工程取小于0.04 mm/d。

本工程采用觀測周期:第一年安排觀測4 次，第二年觀測3 次，第三年觀測2 次，如穩(wěn)定，將不再安排觀測，計劃3 年。如若期間出現(xiàn)變形異常或3 年后不能穩(wěn)定，將加密安排觀測和持續(xù)觀測，直至建筑物穩(wěn)定為止。期中若出現(xiàn)位移及沉降異常、或連續(xù)強降水等情況，將進行加密觀測。

為了使觀測數(shù)據(jù)準確、連續(xù)，在整個觀測期間應(yīng)遵循如下一般規(guī)定:1)應(yīng)保持觀測小組人員的固定，不應(yīng)隨便更換作業(yè)人員，降低觀測人員對觀測結(jié)果的影響。2)不應(yīng)在觀測期間更換儀器，如不得不更換時，也應(yīng)換高一等級的儀器，而不應(yīng)同等級或低等級更換，在數(shù)據(jù)處理時，穩(wěn)定性應(yīng)考慮儀器本身的誤差對觀測精度的影響。3)觀測時，應(yīng)保持相同的觀測路線和使用同樣的觀測方法和手段，而不應(yīng)該隨意更改。4)觀測時，應(yīng)基本保持在相差不大的條件下進行觀測作業(yè)，如相差太大或條件過于惡劣時，不應(yīng)進行觀測。

3 觀測成果

3.1 傾斜、位移作業(yè)流程及數(shù)據(jù)分析

1)位移監(jiān)測。GPS 外業(yè)觀測結(jié)束后，將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入解算軟件，首先對基本控制點的坐標進行解算，將結(jié)果與首次觀測進行對比，正確無誤后，確定控制點穩(wěn)定可靠，沒有變動。確定控制點穩(wěn)定后，將所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一解算、自由平差、代入已知點約束平差，求出監(jiān)測點精確坐標，將坐標與首次觀測數(shù)據(jù)相減后，即為位移變化量。在9 次觀測中位移量最大的點是W100，累計位移量為20.1 mm，遠小于警戒值200 mm。說明建筑物在此時間段內(nèi)變形不大，點位的位移量可能與儀器本身誤差、解算軟件誤差、建筑物風(fēng)振影響及氣溫等原因有關(guān)。2)傾斜觀測。由于本建筑屬于礦區(qū)標志性建筑物，高差高達100 m，加上又處于商業(yè)區(qū)，建筑物密度比較大，無法用常規(guī)測量儀器、方法進行監(jiān)測。所以我院利用間接方法對其傾斜角度進行計算，以求出其傾斜度。利用首次觀測的4 個監(jiān)測點的坐標，使用幾何方法，求出其重心坐標，第二次用同樣方法，求出第二次重心坐標。利用兩次坐標值差值和建筑物的絕對高度，求出建筑物在兩個方向上的傾斜角度。根據(jù)監(jiān)測，本建筑物重心第9 次在南北方向上的傾斜角度為4.13″(假定該建筑物高為100 m)，東西方向上的傾斜角度為4.13″。從數(shù)據(jù)上可以看出，整個建筑物基本無傾斜，處于安全狀態(tài)。

3.2 沉降監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

外業(yè)觀測數(shù)據(jù)合格后，將其導(dǎo)入水準平差軟件中進行平差，首先檢查起算點，平差后高程與首次觀測數(shù)據(jù)進行比較，較差在規(guī)范要求內(nèi)，說明起算點穩(wěn)定可靠，可以作為本次沉降點的起算數(shù)據(jù)。

確定起算點穩(wěn)定后，將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入水準平差軟件中進行所有沉降點的平差，成果合格后，將此次成果與首次觀測成果進行相減，即為本期建筑物的沉降值。

在本期觀測中，9 次沉降量最大為C14，累計沉降量為2.52 mm，小于沉降警戒值，數(shù)值可能由儀器誤差，觀測人員、氣候等因素導(dǎo)致偏大。

4 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

經(jīng)過對圖書培訓(xùn)綜合大樓主體建筑物3 年的沉降觀測，觀測成果表明:

位移量最大的點是W100，位移量為20.1 mm，位移量最小的點是W400，位移量為1.6 mm，小于警戒值200 mm;整個測區(qū)沉降比較均勻，該區(qū)的平均下沉量為2.04 mm，平均下沉速度為0.01 mm/d，沉降量最大的是C14 點為2.52 mm，沉降量最小的是C05 點為1.30 mm，小于規(guī)范規(guī)定體形簡單的高層建筑基礎(chǔ)平均沉降量200 mm 的允許變形值;最后100 d 沉降速率均小于0.001 mm/d，小于0.04 mm/d 沉降穩(wěn)定標準值。

本觀測周期內(nèi)，圖書培訓(xùn)綜合大樓主體變形在設(shè)計要求范圍之內(nèi)，建筑物穩(wěn)定性好，安全可靠。

［1］GB 50026—2007，工程測量規(guī)范［S］.

［2］JGJ 8—2007，建筑變形測量規(guī)范［S］.

［3］GB 12897—2006，國家一、二等水準測量規(guī)范［S］.

［4］CJJ 8—99，城市測量規(guī)范［S］.

［5］GB/T 18314—2001，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范［S］.

［6］朱建軍.變形測量的理論與方法［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2004.