城市高層建筑物沉降監測與穩定性分析

吳紅波，楊肖肖

(1.陜西理工大學地理科學系，陜西 漢中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢臺 055450)

城市高層建筑物沉降監測與穩定性分析

吳紅波1，2*，楊肖肖2

(1.陜西理工大學地理科學系，陜西 漢中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢臺 055450)

沉降監測對于建筑物的安全運營具有重要作用，科學、準確、及時地分析和預報建筑物的變形狀況，對建筑物的施工和運營管理極為重要。本文結合沉降變形模型，以石家莊某小區高層建筑物沉降為工程實例，通過12個觀測周期10個沉降點的監測，檢驗了基準點的穩定性，并對高層沉降觀測的數據進行處理與分析，了解建筑物在施工及運營期間的實際沉降情況，分析地基在不同荷載作用下隨時間的沉降規律，可為建筑施工和運營安全提供幫助。

高層建筑；沉降監測；水準點；沉降速率；沉降量

1 引 言

近年來，國內大中型城市高層建筑日益增多。高層建筑具有質量大、基礎埋度深、高度高等特點，《建筑變形測量規范》(JGJ8-2016)中對基礎的穩定性、地基承載能力有著嚴格的要求。通過對高層建筑沉降的研究分析發現，不均勻土質的地基和荷載、復雜的建筑物形體結構、地下水位變化、相鄰建筑物間的作用和外界動力影響等因素均會造成建筑物沉降。高層建筑在施工期間，隨主體荷載的增加，勢必造成主體下沉，其局部不均勻沉降可能導致建筑物發生傾斜或裂縫。為了掌握建筑物的沉降規律，保證建筑物的施工安全須在建筑物的施工及運營期間，對其進行定期監測，根據基準點和監測點的監測數據分析其沉降情況，并采取相應的處理措施，預防建筑物產生結構使用功能的裂縫和主體結構破壞。

2 沉降監測方法

2.1 沉降變形計算模型

(1)第i次沉降觀測時A點的沉降量：

(1)

式中：WA為A點的下沉值(mm)；HA，0，HA，i分別為第一次和第i次觀測時A點的高程(m)。

(2)第i次觀測時的平均下沉量：

(2)

(3)監測點沉降速率：

(3)

式中，Wij-1、Wij分別表示第j-1次和j次觀測時i點的沉降量(mm)，T表示兩次觀測的間隔天數(d)。V為沉降速率的單位為(mm/d)。

3 沉降監測技術設計

3.1 工程概況

本項目以河北省石家莊某小區新建高層民用建筑住宅樓為例，該工程有12個單體工程組成，每單體工程占地面積 860 m2，建筑面積 20 000 m2，工程分為兩期進行，屬一類工程，抗震七級。一期工程為1#～7#樓的建設，二期工程為8#～12#，地下1層、地上18層，現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎采用鋼筋混凝土筏板基礎，建筑結構安全等級二級，地基持力層為砂礫層。

本工程地坪高程 ±0.000 m，絕對標高為 75.700 m。標準冰凍深為 0.7 m，區域地勢平坦，高差不大。在施工期間，根據所增加層數和荷載情況逐步監控建筑物的沉降，分析沉降是否正常，對于異常沉降點及時采取措施，保證建筑的施工安全。

3.2 基準網的觀測精度及監測點布設

本項目設三個基準點(水準基點BMa，BMb，BMc)，在現場勘測的基礎上，沉降觀測的水準基點選在點位無變形，穩定性好，堅固，施工影響范圍以外的區域，監測期間采用二等水準測量要求施測。

按沉降監測方案，項目以一期工程中的2#樓為例，在2#樓四角點、中點、承重柱上布置6個沉降觀測點，各樓變形觀測點選在距一樓地面(即 ±0.000 m標高)以上約 0.2 m處，用φ20鋼筋制作成90°彎頭(L型)的觀測頭，水平段套絲，長約 6 cm，垂直段長約 4 cm，端頭用砂輪機打磨成錐形，錐尖即為觀測點，并在墻上掛牌標示，觀測點設置大樣圖如圖1所示，觀測時間從2015年3月4日～2016年4月27日，歷時12個月，觀測點位置圖，如圖2所示。

圖1 沉降監測點設置大樣圖

圖2 2#樓沉降監測點布置平面圖

根據本工程特點和沉降觀測精度要求，本項目儀器采用蘇州一光DSZ2+FS1自動安平水準儀和銦鋼標尺(±0.5 mm)觀測。

4 沉降變形成果分析

4.1 水準基點的穩定性

項目中工作基點為臨時的固定點，埋設規格比基準點低，在短期內比較穩定。在施工階段，觀測周期不超過 10 d，進行穩定性檢查后，可以代替基準點作為控制點使用。工作基點應1個月～2個月復測，觀測過程中，發現觀測點不穩定，及時對基點后進行復測。

水準基點是整個沉降觀測工作的基準，為保證觀測值的高可靠性及穩定性，在施工區(變形區外)共設了BMa、BMb和BMc 3個水準基點，由3個水準基點構成水準附合路線，于2015年4月10日進行了初始值觀測后，于2015年7月20日對水準基點進行一次校驗檢測工作，穩定性分析結果，如表1所示。

由表1可見，水準基點的兩期高差差值滿足《建筑變形測量規范》(JGJ8-2016)規范限差要求。每次水準基點穩定性檢測工作完成后，應該及時對非穩定的水準基點的高程值進行修正，保障監測點觀測數據的準確性。

4.2 沉降變形分析

分別繪制1#～10#監測點沉降量和沉降速率，分別如圖3和圖4所示；分別繪制沉降量最大的1#監測點和沉降量最小的7#監測點的沉降-荷載隨時間變化的曲線圖如圖5、圖6所示。

圖3 1#～10#監測點累計沉降量圖

圖4 1#～10#沉降速率圖

由圖3分析，2015年3月4日～2015年10月20日監測期間，最大累計沉降量為 6.60 mm(1#監測點)，最小累計沉降量為 2.30 mm(7#監測點)，平均累計沉降量為 4.48 mm。在主體施工初期，所建大樓基礎樁基不穩定，當荷載增加時，沉降速率趨于變大。此外，在2015年3月4日～4月20日監測期間，受建筑物的施工以及外界影響，各監測點的沉降量和沉降速度略微增大，隨著荷載的不斷增加，大樓樁基逐漸趨于穩定狀態。

由圖4分析，在2015年3月4日～2015年10月20日監測期間，時間間隔分別為 10 d、12 d、24 d、21 d、34 d、40 d、24 d、24 d、23 d十個監測時間段，平均沉降速率分別為-0.016 mm/d、-0.018 mm/d、-0.015 mm/d、-0.019 mm/d、-0.018 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.016 mm/d。4#監測點沉降速率最小，沉降速率值為-0.019mm/d。從沉降曲線的沉降趨勢來看，累計監測時間 141 d，即2015 年7月25日以后所有監測點的沉降速率曲線開始趨緩，表明建筑物在2015年7月25日以后，因大樓封頂后，荷載增速率減慢，各監測點下沉變形較小，而逐步進入穩定沉降階段。在使用階段，建筑物無施工影響，不再增加荷載，地基沉降也位于平穩狀態。依據《建筑變形測量規范》(JGJ8-2016)規范規定：“沉降速率小于 0.01 mm/d～0.04 mm/d，界定已進入沉降穩定階段”，判別該建筑物進入沉降穩定階段。

圖5 1#監測點沉降-荷載-時間曲線圖

圖6 7#監測點沉降-荷載-時間曲線圖

由圖5、圖6可見，在2015年9月13日前，為施工階段，該建筑物沉降量隨時間的推移和樓層(荷載)的增加呈現逐漸增大的關系。在2015年9月13日～2016年1月23日為裝修階段，2016年1月23日～2016年4月27日為使用階段，裝修和使用階段沉降量趨于穩定。

5 結 論

沉降測量是建筑工程施工和運行階段必不可缺的環節，本研究對石家莊某小區高層建筑進行了12個觀測周期10個沉降點的沉降監測。由監測結果分析，從建筑物各個方向沉降來看，各沉降點的差異沉降小，最大沉降量為 6.60 mm(1#監測點)，最小沉降量為 2.30 mm(7#監測點)，平均累計沉降量為 4.48 mm。各沉降觀測點位的沉降速率均較小，平均沉降速率為 0.020 mm/d，反映出建筑物整體沉降趨向平衡、穩定。通過項目實例了解了建筑物在施工及運營期間的實際沉降情況，掌握地基在不同荷載作用下隨時間的沉降規律，為建筑施工和運營安全提供數據保證。

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Analysis on the Settlement Monitoring and the Stability of Urban High Buildings

Wu Hongbo1，2，Yang Xiaoxiao2

(1.Department of Geographic Sciences，Shaanxi SCI-TECH University，Hanzhong 723000，China； 2.Hebei Huai Long Construction Co.，Ltd.，Xingtai 055450，China)

Application of the settlement observation may always play an important role for the safe operation of buildings，and is also important to analyze and forecast on the deformed condition of the building，construction and operational management of the building. The subsidence deformation model is employed on the settlement observation of the high buildings in Shijiazhuang City. The process of the settlement monitoring contained 12 observation period and 10 settlement sites on the study. While the stability of the 12 benchmarks is tested and qualified，the high buildings settlement observation data could understand the actual foundation conditions during the period of construction and operation of the settlement. We analyze the law of the settlement of foundation master with the different loads under the time-varying circumstances，and the results could provide help for the construction and operation safety.

high-rise buildings；subsidence monitoring；standard point；sedimentation rate；settlement

1672-8262(2017)01-101-04

P196

B

2016—05—17 作者簡介：吳紅波(1984—)，男，博士，工程師，從事地理測繪與GIS應用的教研工作。 基金項目：國家自然科學基金青年項目(41601067)；河北省高校科學研究計劃項目(SZ151143)；陜西理工大學人才啟動科研資助項目(SLGQD16-09)。