高層建筑沉降觀測技術及數據分析探討

鐘曉霞　許武成　劉承栩

【摘 要】為了對建筑的安全性能提供嚴格保障，產生了針對高層建筑物的變形觀測。不管是在高層建筑施工的準備期、施工期還是運營期，變形觀測中的沉降觀測對建筑本身建設的安全性、穩定性都有著舉足輕重的作用。沉降觀測也成為施工生產中的必要生產項目，是高精度、高質量的高層建筑的安全前提。本文重點闡述了高層建筑物沉降觀測中精密水準測量的原理和方法，并對觀測期間產生的數據給予了分析。

【關鍵詞】高層建筑；沉降觀測；水準測量；數據處理

0 引言

伴隨社會不斷的進步和物質需求與精神文明的逐步提高以及日臻成熟和完善的建筑施工技術水平[1]，同時，也因日益增多的人口與土地資源的矛盾，高層建筑物越來越多[2]。

為了對建筑的安全性能提供嚴格保障，產生了針對高層建筑物的變形觀測。所謂建筑物的變形觀測就是對建筑物本身的水平位移觀測、沉降觀測、傾斜觀測等等。沉降觀測的意義是：能夠有效的為工程施工質量和地基基礎設計質量的評估提供依據，并能及時的反映出建筑體建造過程中隨著負荷的增加，和地基附加壓力的增大，其豎向壓縮變形的沉降從零開始直至沉降穩定的變化情況。因此，工程施工過程中對建筑物進行沉降觀測[4]，具有非常重要的作用。

1 沉降觀測原理與方法

1.1 建筑物沉降的原因

1.1.1 施工誤差引起的變形

在建筑物的施工過程中，出現因施工誤差而造成建筑物的荷載分布與預計分布不均勻的情況是不可避免的，這種細微的差錯就會導致建筑發生形變[5]。

1.1.2 建筑物的合理變形

在建筑物施工和運營階段，其自身結構形態造成荷載分布不均勻會導致建筑物發生形變。

1.1.3 外部因素

隨著建筑物的建設，由于建筑物的荷載不斷增加，其地基土在壓力的作用下被不斷壓實，體積縮小，從而引起建筑的沉降變形。

1.2 沉降觀測原理

沉降觀測（亦稱沉陷觀測）是變形觀測中用得最多的，它是指對所設置的觀測點進行持續的垂直位移觀測，根據工程特點分階段地得出沉降觀測成果，據此推斷或驗證工程實施的可靠程度[6]。

變形觀測中沉降觀測極為重要。沉降觀測作業簡單但精度要求高，它不僅能提供沉降量，還可以推算建筑物的傾斜以及水平構件的撓度等。工程建筑物從施工開始到竣工，以及建成運營后很長一段時間，沉降是不可避免的。沉降在一定的限度之內屬正常現象，但一旦超過某一限度[7]，就會危及建筑物的安全。

1.3 沉降觀測方法

沉降觀測的方法有：水準測量方法、三角高程測量方法、數字攝影測量方法、InSAR方法、GPS方法、地面沉降監測站（基巖標和分層標組）、地下水動態監測等[8]。

2 高層建筑沉降觀測實例

2.1 工程概況

該項目占地面積為67854.09m2，建筑結構形式為框架剪力墻結構，地基類型為樁基基礎。建筑設計單位為西南設計院，建筑施工單位為成都建工5公司；設計用途為住宅，層數為25。

2.2 觀測點的布設和觀測

2.2.1 觀測點的布設

在建筑物的四角、大轉角及建筑物的外墻每10-20m處或每隔2-3根柱基上布設沉降觀測點。同時在高低建筑物、縱橫墻交界處、建筑物裂縫或沉降縫兩側、框架結構建筑物部分基柱上設置觀測點。間距大約15m，地質復雜以及膨脹土質的建筑物，在承重內隔墻中部設內墻點。片伐基礎、箱型基礎底板或接近基礎的結構部分之四角處及中部位置設置觀測點。

根據建筑物結構及基礎吃力層特點，擬在建筑物主題布設12個沉降觀測點，如圖1所示：

2.2.2 沉降觀測

采用天寶生產的DINI03電子水準儀及相應的銦瓦水準尺和尺墊按照二級水準觀測精度，從基準點開始組成閉合、附合或結合水準路線進行觀測。

2.2.3 沉降觀測的周期

施工過程中3#樓每3層觀測1次，封頂后每2-3個月觀測1次，在主體竣工驗收（靜荷載加載完畢）時如沉降數據達到《建筑變形測量規程》規定的穩定標準，可停止觀測，否則應繼續進行觀測工作，直至達到穩定標準為止。

3 沉降觀測數據綜合分析

圖2詳細記錄了從第1期到第12期的各個觀測點的高程數據，從表中可以看出隨著建筑物的逐漸修建過程中，各個觀測點的高程數據的值是在成逐漸減小的趨勢，說明建筑體在發生沉降變化，也說明整個建筑的變化狀態是符合理論實際研究的。

曲線在首次觀測后即發生回升現象。產生這種現象的原因，一方面，可能是初測精度不高；另一方面，也可能是施工區內降水變化引起的；如果是施工區內降水變化引起的，則屬正常現象。如果是因為初測精度不高所引起的，曲線回升超過5mm，應將第一次觀測成果作廢，而采用第二次觀測成果作為首測成果，如曲線回升在5mm之內，則可調整初測標高與第二次觀測標高一致。

曲線的波浪起伏現象。曲線在后期呈現波浪起伏現象，此現象在沉降觀測中最常遇到，常常是測量誤差所造成的。曲線在前期波浪起伏所以不突出，是因建筑物下沉量大于測量誤差之故，但到后期，由于建筑物下沉極微或已接近穩定，因此在曲線上就出現測量誤差比較突出的現象。處理這種現象時，應根據整個情況進行分析，決定自某點起，將波浪形曲線改成水平線。

曲線自某點起漸漸回升。產生此種現象一般是由于水準點下沉所致，水準點是逐漸下沉的，而且沉降較小，但建筑物初期沉降量較大，即當建筑物沉降量大于水準點沉降量時，曲線不發生回升，到了后期，建筑物下沉逐漸穩定，如水準點繼續下沉，則曲線就會發生逐漸回升現象。因此在選擇或埋設水準點時，特別在建筑物上設置水準點時，應保證其點位的穩定性，如已查明確系水準點下沉的原因，則應測出水準點的下沉量，以便修正觀測點的標高。

曲線在中間某點突然回升。發生這種現象的原因，是水準點或觀測點被碰動所致，當水準點碰動后低于被碰動前的標高及觀測點被碰動后高于被碰動前的標高時，才會出現回升現象的可能。由于水準點或觀測點被碰動，其外形必有損傷，比較容易發現對這個問題必須進行合理的處理，其辦法是：選擇結構、荷重及地質等條件都相同的臨近另一沉降觀測點，取該點在同一期間內的沉降量，作為被碰動觀測點的沉降量。此法雖不能真正反映觀測點的沉降量，但如果選擇適當，可得到比較接近實際情況的結果。

4 結論

沉降觀測對高層建筑的施工以及運營都有極為重要的作用，通過對沉降觀測技術的應用，可以加強對施工過程的監控，能夠更加合理的指導施工工序，預防在施工過程中出現不均勻沉降，并及時向施工部門反饋詳盡的第一手資料信息，避免造成因建筑體的沉降而導致其結構破壞進而造成的巨大經濟損失的情況。在今后的高層建筑沉降觀測作業中，我們應根據工程特點恰當的選擇觀測方式，高質高效的完成觀測工程。

【參考文獻】

[1]黃慶鋒，張亞娟.水準測量技術在高層沉降觀測上的應用[J].中國新技術新產品，2012（22）.

[2]羅渝.論高層建筑施工中的沉降測量技術[J].城市建設，2013（29）.

[3]田文陽.高層建筑施工中沉降觀測的質量控制要點[J].城市建設理論研究（電子版），2013（34）.

[4]朱志剛，陳志峰.高層建筑施工沉降問題初探[J].科學與財富，2013（9）：293.

[5]國家測繪局.GB50026-93工程測量規范[S].

[6]李保平，藩國兵.變形監測[M].西南交通大學出版社，2012.

[7]桌健成.工程控制測量建網理論[M].成都：西南交通大學出版社，1996.

[8]張志會.變形監測技術在高層建筑施工中的運用[J].城市建設理論研究，2011 （20）.

[責任編輯：王楠]