高層建筑沉降監測與數據分析

陳洪剛 山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272100

當前城市土地日益稀缺，從提高容積率的角度，高層建筑物不斷涌現，而高層建筑物在施工、裝修與竣工期的穩定性，關系到工程的生產安全，為及時發現建筑結構不均勻沉降問題，必須加強高層建筑物的周期性沉降監測工作，分析與預測建筑物的沉降變化規律，對工程建設具有重要參考價值。

1 沉降監測概述

高層建筑物沉降監測，即為首先在建筑物四角、拐點、中點等特征位置布設沉降監測點，然后以高等級水準觀測的形式，根據技術設計和施工要求，進行定期與非定期的監測點高程重復式采集，計算每周期間的沉降變化量，進而判斷建筑物基礎的沉降與地面荷載間的關系，科學反饋監測對象的安全狀況。

現以某住宅小區建設期間的高層建筑沉降監測為例，闡述建筑物沉降監測的布設方法、施測周期與數據分析處理。該住宅小區位于市區繁華地段，共有8 棟高層建筑，其中1-4#為26F、4-8#為24F，主體為鋼混框架結構，基礎類型為筏板基礎，自2013 年4 月至10 月期間，為建筑物澆筑至封頂期，現以該時期的監測數據為基礎，進行相應的階段性數據分析。

2 高層建筑物沉降監測方案

建筑物沉降監測方案設計時，應明確作業依據、點位布設和精度要求、測繪周期與數據處理方法等，以維持沉降監測數據的精度。

(1)沉降觀測作業依據。本工程測繪作業中主要執行下列現行的規范規程:GB12897-2006《國家一、二等水準測量規范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規范》、GB50026-2007《工程測量規范》、甲方和設計方提供的有關技術要求。

(2)基準點及沉降觀測點點位布設與精度要求。沉降監測的點位布設包含基準點與監測點兩部分，在遠離工程現場的穩固地區埋設3個以上的基準點，作為工程水準測量的控制點，構成閉合水準環路;監測點的布設，則在建筑物四角、沉降縫、后澆帶等特征位置布設，點位應易于保護，施測時按照二等水準要求測量。

(3)觀測周期與觀測技術要求。根據相關規范的要求，基準點復測周期為半年，考慮復測工程量較小，本工程擬以3 個月為周期復測;監測點的測繪周期隨施工階段的不同有所差異，主體澆筑施工期間每3層1 期，封頂后裝飾期間隔3 月1 期，竣工交付后間隔6 個月1 期，直至沉降穩定為止;遇到停工或點位異變情況，及時加測相關數據。測量時需要嚴格執行GB12897-2006《國家一、二等水準測量規范》、JGJ8-2007《建筑變形測量規范》的相關要求。

(4)數據處理要求。每期測量完成后及時將觀測數據傳輸并備份，并按照規定及時處理數據，發現沉降異常分析原因并通知施工方、監理方及甲方。平差時采用COSA 進行高程網一維平差，數據匯總以Excel表格形式為主。

3 工程案例分析

現以該工程6#樓為研究對象，以澆筑與封頂期的9 期沉降監測為例，分析其數據采集方式，探究數據處理方法，并有針對性的分析沉降原因。該棟建筑共24 層，主體造型相對簡單，共計布設6 個沉降點，分別布設在建筑物四角和南北兩側的中間位置。基準點與沉降點數據采集時，采用Trimble Dini03 自動安平精密電子水準儀配以LD-2 型條形碼銦鋼水準尺，按照二等水準的原則進行測繪作業;沉降基準網點經6月15 日、9 月10 日復測，點位最大變化量為0.17mm，相對穩固，可以視為沉降觀測基準點無變化。

按照技術設計要求進行沉降觀測工作，將周期性采集的沉降監測數據，經COSA 系統平差之后，導入Excel 表格，進行統計分析，因工程所在地為軟土地區，施工中沉降總量相對明顯。以時間作為橫軸、以沉降總量作為縱軸，建立沉降總量-時間曲線圖，可以直觀的表現各個沉降觀測點的沉降變形情況，對于發現異常沉降點位、分析施工中的變形特征具有重要意義，本工程中6#樓的沉降總量—時間曲線圖，如圖1 所示:

圖1 6#樓體監測點沉降總量—時間曲線圖

以每期周期性沉降的差值為分子，以周期間的日期數為分母，求取沉降速率變換曲線，可客觀反映樓體在各時期的沉降變化狀態。自2013 年4 月8 日起至10 月17 日的9 期沉降監測數據發現，建筑物施工期間的沉降大致分3 個階段，現以A03 點為例，進行分析。第一階段，初期隨建筑物層高增加，地表負重荷載的迅速增加，建筑物監測點在一段時間內，沉降速率呈現略微加快的趨勢，由0.06mm/d 變化至0.12mm/d 附近，此后隨土體壓縮程度的增加，底部基礎抗壓性的增強，樓體沉降速率又緩慢減小至0.05mm/d 附近，但同一樓體的各沉降監測點沉降均勻，屬施工期間的正常沉降;第二階段，隨施工進行，隨樓層不斷增高，當混凝土加氣塊填充后，樓體沉降速率略微增大至0.07mm/d，通過監測發現，樓體沉降點沉降較為均勻;第三階段，樓體主封頂及混凝土加氣塊填充完成后，樓體沉降速率隨時間延續呈現減小的趨勢，而且沉降平緩，速率維持在0.01mm/d-0.04mm/d 之間，按照JGJ8-2007《建筑變形測量規范》對高層建筑物沉降速率的要求，該樓體建筑物正處于緩慢沉降并趨于穩定的良性狀態，但伴隨裝飾期與竣工使用期間的荷載增加，必須加強后期沉降的持續監測工作，一般竣工后半年無明顯沉降，可視為沉降穩定，并停止沉降觀測工作。

4 結語

在高層建筑物沉降監測中，為保證數據的精度與可靠性，要按照相對固定的施測原則，維持周期性數據間的精度統一，固定主測人員、固定儀器設備、固定觀測路線，即“三定”原則，同時要注意施測時的前后視距基本相等，減小球氣折光差與i 角偏差的影響，避免施工震動對沉降觀測的影響等;在數據分析處理方面，充分利用沉降結果表、沉降量-時間曲線圖、沉降量三維模型來反映沉降情況，也可融入灰色系統理論模型、雙曲線模型、神經網絡模型等進行沉降量預測，科學指導建筑物的工程施工，確保安全。

［1］韓正，杜海霞，龍飛，等.高層建筑沉降觀測及其數據分析［J］.城市勘測，2009(1):108-110.

［2］馮云德.建筑物沉降觀測技術方法探討［J］.北京測繪，2009(4):88-90.

［3］黃育華，倪宏宇.建筑沉降觀測數據處理［J］.地理空間信息，2008(2):117-120.

［4］王振，潘國榮.提高建筑物沉降觀測精度的方法［J］.測繪信息與工程，2007(3):44-46.

［5］王敦峰.淺談建筑物施工中沉降觀測實施要點的具體分析［J］.山東工業技術，2015(3):129.