動態監測系統在高層建筑糾偏中的應用

張三福，鄧正定

（1.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅蘭州730000；2.中國鐵道科學研究院，北京100081）

動態監測系統在高層建筑糾偏中的應用

張三福1，鄧正定2

（1.中鐵西北科學研究院有限公司，甘肅蘭州730000；2.中國鐵道科學研究院，北京100081）

針對高層建筑糾偏工程風險性較大的特點，為確保糾傾過程中的萬無一失，建立多監測手段相結合的全方位動態監測體系，除傳統的水準儀沉降監測外，引入水平管連通器及錨索監測等新手段，多種監測結果相互印證，對比分析，能夠及時發現監測結果中可能的意外發生，為決策人員進行下一步措施提供了可靠的信息，確保了整個糾傾期間大樓“線性、平穩、安全”的回歸。多種監測結果對比表明，監測結果間數據基本吻合，說明動態監測系統具有較好的工程實用價值。

糾偏；連通器；錨索；高層建筑；動態監測

1 概述

隨著國民經濟的快速發展，高層及超高層建筑不斷涌現，隨著城市的快速擴張，一些高層建筑不得不坐落在地質條件復雜的地基土上，由于勘察、設計、施工等原因的失誤，高層建筑物傾斜現象時有發生，對傾斜建筑物進行糾傾扶正，恢復其使用功能，具有極高的社會經濟效益。

建筑物糾傾是一項技術難度大、影響因素多的技術密集型工作，有人戲稱為“繡花工程”，建筑物的回傾實質是基礎各個部分的沉降在不斷調整、沉降差在逐漸縮小的一個動態過程，由于在目前的技術水平下還不能進行精確的科學計算，這就使信息化施工顯得格外重要。高層建筑造價高昂，糾傾過程中必須確保萬無一失，因而僅僅依靠單一的監測手段難以確保建筑安全，本文依托定西某小區高層建筑（50m）糾傾工程案例，建立多手段全方位動態監測體系，多種監測手段相互印證，確保傾斜建筑物“線性、平穩、安全”的回歸。

2 工程概況

某小區1#為地下1層，地上17層的商住樓。其地下室層高4.20m，地上1層為商鋪，層高3.30m，2層塔樓區域為住宅。其余為商鋪，層高3.30m，3層塔樓區域為住宅，其余為商鋪，層高3.60m，4～17層均為住宅，層高均為2.80m，建筑總高度為49.70m。建筑面積10606.77m2。2013年9月，1#樓主體結構封頂，在進行裝修和電梯安裝施工過程中發現外墻及電梯井道存在傾斜現象，各邊傾斜率如圖1所示。

圖1 大樓傾斜情況平面示意圖

3 動態監測體系

由于1號樓為新建框架剪力墻結構，整體剛度和完整性較好，經過檢查結構沒有出現裂縫，因此在糾傾過程中無需做裂縫監測，而是建立了以沉降觀測為主，傾斜監測、吊線錘監測、水位連通儀監測、錨索傳感器監測為輔的一整套監測控制體系，隨時全方位的掌握大樓的變形信息，以指導糾傾施工的順利開展。

3.1 沉降監測

1號樓糾傾工程中，在大樓周邊共布置7個觀測點，以便根據沉降觀測數據繪制各邊的沉降曲線、分析掏土引起的筏板基礎變位是否呈協調線性，水準觀測點的平面布置如圖2所示。本工程采用了高精度萊卡電子水準儀，由專人定時監測大樓

各個部位的沉降變化，監測頻率為：糾傾前兩天一次，糾傾過程中一天兩次，糾傾結束后三個月內一周一次，沉降變形穩定后一個月一次。在糾傾過程中，根據沉降數據的變化，及時繪制各點的沉降量變化曲線及沉降隨時間的變形曲線，以分析大樓的沉降速率、回傾方向以及筏板的線性變位情況等，為下一步糾傾措施的調整提供依據。

圖2 各沉降觀測點布置

3.2 水平連通計監測

液體靜力水準測量也叫水位連通觀測儀測量，水位連通觀測儀根據液體力學中連通器的原理設計安裝（如圖3所示），其具體做法為：將一個具有一定容量的水箱安放在不受建筑物沉降影響的位置，水箱液面保持在一個固定刻度作為基準標高，水箱與固定在建筑物上的各液面觀測點通過透明水管相連接，則透明水管的液面與水箱液面總是保持在同一標高上。當建筑物沉降時，透明水管將隨之下降，其中的液面對應的刻度也將發生變化，此時可通過固定于透明水管上的刻度尺反映出來，每次觀測記錄液面對應的刻度與初始液面對應的刻度差即是建筑物在這一時段內該點的沉降量。水位連通觀測儀原理簡明，操作方便、成本低，可以重復利用，不受天氣變化的影響，觀測人員也不必進行專門訓練，具有較高的精確度，可以進行24h不間斷地追蹤觀測。

圖3 水位連通器原理示意圖

3.3 經緯儀投影法傾斜監測

測量墻體、柱以及整幢建筑物的傾斜率時，要求經緯儀安放的位置至墻、柱及建筑物的距離L應大于墻、樁及建筑物的寬度。

如圖4所示，瞄準墻、柱及建筑物的頂部M點，向下投影得M′點，然后量出N—M′的距離a。

圖4 投影法計算簡圖

根據垂直角θ，計算測點的高度H，計算公式為

則墻、柱及建筑物的傾斜率i為：

則墻、柱及建筑物的傾斜量Δ為：

根據上述測算結果即可綜合分析墻、柱及四角的傾斜率及傾斜量，從而得知其傾斜情況及變化趨勢。

3.4 吊線錘監測

垂準線的建立可以利用懸吊垂球法，也可以利用激光鉛垂儀法，垂準線法簡單、直觀，一目了然，在有條件的情況下，應優先采用。利用垂球時，是將直徑為0.8～1.2mm的銦鋼絲固定于頂部的某點（如建筑物的幾何中心），懸線的下端懸掛10～20kg的錐形重錘，坐標儀可以設在重錘的下方，垂球線的長度應使垂球尖端剛不與底部接觸，通過坐標儀即可直接讀出垂球尖至高處吊球點的在底部的理論投影位置的距離，即為高處該點的傾斜量。為減小垂球的擺動幅度，可以加重垂球的重量；也可以把重錘置于水中，把坐標儀固定在與建筑物底部固連的框架上。

3.5 錨索應力傳感器監測

由于本工程采用錨索加壓與掏土迫降相結合的糾傾法，具有可控性和靈活性，錨索的荷載大小可以根據糾傾效果隨時調整。為了更好地掌握錨索任意時刻的受力（荷載）大小，在1號、3號、4號豎井內的錨索加力系統中分別安裝了XYJ—三弦式荷載傳感器，通過ZX-16T振弦頻率儀隨時采集傳感器發送的頻率信號，然后依據頻率與荷載之間的關系曲線計算出荷載值，從而得出錨索在任意時刻的預應力

大小。傳感器監測不但可以與千斤頂加壓時油壓表的讀數相互校核，而且可以測量出錨索鎖定時的應力損失以及由于大樓沉降引起的錨索荷載衰減情況。當錨索荷載衰減到一定程度，若大樓仍沒有達到預期的糾傾目標，則根據設計方案進行下一批次的掏土，然后再對通過錨索進行加載，如此循環直至達到理想糾傾目標為止，如圖5所示。

圖5 豎井內錨索加載受力變化圖

4 動態監測系統數據處理

4.1 沉降觀測結果

圖6 各觀測點沉降-時間曲線

由圖6可知，大樓沉降已經趨于穩定，位于東北側的1#2#3#觀測點沉降值為60～70之間，西南角的6#點沉降最小，約10mm,且主要發生在前期，為加固側豎井開挖及鋼管樁、石灰樁施工所致，后期基本穩定。

4.2 經緯儀傾斜監測結果

如圖7所示，糾傾后大樓傾斜率由原來的平均約5‰回傾到2.4‰，由相似三角形原理，沉降觀測點的2#點與6#點的沉降差為62mm，兩點距離為24mm，沉降差與傾斜監測結果基本吻合。

圖7 糾傾后各邊傾斜率

4.3 水準儀與連通器監測結果對比

本工程在沉降監測點6#點及7#點相對應位置布置水平管連通器，并與沉降監測結果的兩點沉降差進行對比，繪制曲線，如圖8所示，沉降差與連通器監測結果基本保持一致。

圖8 連通器監測結果與水準監測結果對比

4.4 錨索監測結果與出結果對比

根據錨索加壓期間大樓各點的沉降觀測結果，錨索加壓期間迫降區各觀測點均有沉降，壓力越大、沉降速率越大，可見錨索加壓起到了很好的促沉作用。各觀測點沉降速率與錨索各級加載的關系曲線如圖9～10所示。錨索加壓期間沉降最大的3#點35d的下沉量33mm，最大日下沉量為3.35mm，日平均沉降速率為0.95mm/d，大樓在整個加壓糾傾過程中處于安全可控狀態。

圖9 1#傳感器沉降速率隨錨索加力變化

圖10 2#傳感器沉降速率隨錨索加力變化

5 結論

本文依托高層建筑糾傾工程實例，采用多監測手段建立動態監測體系，得出以下結論：

1）糾傾工程是風險性較大工程項目，應采取多手段監測體系動態監測；2）糾傾過程中，多種監測結果應相互校核，以確保監測結果的可信度，確保了整個糾傾期間的安全；

3）引入連通器與錨索監測輔助手段，豐富了監測手段的多樣性。

[1] 唐業清,萬墨林.建筑物改造與病害治理[M].北京：中國建筑工業出版社，2000.

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[3] 唐業清.特種工程新技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

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