高層建筑沉降觀測與數據分析

陳 士 林

(山西潞安工程有限公司，山西 長治　046102)

1　沉降觀測的由來和意義

自改革開放后，中國的經濟保持了近30年的經濟騰飛，建筑技術方面也取得了巨大的進步，高樓大廈的高度和數量，也在一定的方面體現了一個國家、一個省份、一個地區甚至一個企業的強大，再加上國家關于住宅用地和商務用地的緊縮政策，在中國大地上，不可避免的出現了高層和超高層建筑的興起。

對于高層建筑，安全性和穩定性絕對是第一考慮因素，其中主要包含兩個方面：一是基礎的穩定性，二是結構的安全性。而基礎的穩定性取決于上部荷載與基礎設計荷載的相互影響，也受到地下水位和持力層的影響，上述的影響因素，不論哪一種出現了問題，首先出現的問題就是基礎變形或者地基變形，對于建筑物的直接影響就是建筑物整體沉降或者不均勻沉降，甚至出現位移。

如何有效的進行建筑物沉降觀測和數據分析，是當前沉降觀測與分析的主要課題，也是保證高層建筑基礎安全的前提和預防措施。在此，針對建筑物的沉降觀測辦法與數據分析進行主要的闡述和分析。

沉降觀測主要分為施工階段和竣工移交階段。

沉降觀測的意義是：1)檢測和預防建筑物基礎安全的重要指標；2)能夠及時反映出建筑在施工過程中和使用中建筑的沉降變化與速率，依據沉降數據，分析沉降的合理性和非合理性；3)在施工荷載加載完成后，為建筑物的整體穩定性和安全性提供數據支撐。

2　沉降觀測方法與數據分析

2.1　建筑物沉降的種類和原因

1)均勻沉降(合理變形)：隨著施工層數的增加和施工荷載的不斷加大，地基和基礎被不斷壓縮和擠壓，建筑物整體均勻沉降，且基本是不可避免的，這也是建筑物沉降的主要原因，也是合理的沉降。

2)變形沉降(不合理變形)：建筑物沉降不均勻，出現墻體裂縫、建筑物傾斜、地面塌陷或者翹起等導致建筑物外形改變或損傷；主要原因有：施工時，荷載加載不均勻，導致建筑物某一側沉降過大；上部設計荷載不均勻導致的沉降數據偏差過大；基礎與地基受損，導致基礎承載力發生改變，引起的建筑物不均勻沉降；地質條件變化，導致持力層土質發生變化，基礎承載力發生變化導致的建筑物沉降不均勻或者位移；基礎或地基設計缺陷，導致的承載力不足發生的不均勻沉降。

3)數據上的變化沉降：指的就是數據出現不正常的數據變化；主要是指：測量時存在的誤差或者失誤；沉降觀測點和基準點被擾動。至于屬于合理變形或者不合理變形，需要后期反復核定。

2.2　沉降觀測原理

沉降觀測(亦稱沉陷觀測)是變形觀測中最重要也是最常見的觀測手段，是指對沉降觀測點進行持續的垂直沉降觀測，根據時間間隔和荷載增加等因素得出沉降數據，進而分析建筑物變形的可靠程度。

變形觀測中沉降觀測極為重要。沉降觀測中沉降數據必須精準、觀測點必須固定牢靠，沉降數據提供沉降數量，根據不同部位的沉降數量和統一時間段的不同部位的沉降量，沉降觀測人員要具備數據分析的能力，至少要得出沉降變化是否在允許范圍內、是否出現不均勻沉降、沉降速率是否過大等一系列的沉降指標。

2.3　沉降觀測方法

當前的沉降觀測方法有很多種，一般都采用水準測量方法，操作相對簡單，且適宜大多數的技術人員進行觀測，數據相對準確，隨著沉降技術的發展，另外還有三角高程測量方法、數字攝影測量方法、GPS方法等。

2.4　高層建筑沉降觀測實例

2.4.1工程概況

長治能化基地建設寫字樓項目，建筑面積約4萬m2，建筑結構形式為框架剪力墻結構，基礎為筏板基礎。設計單位為上海誠建設計院，建筑施工單位為山西潞安工程有限公司；結構為22層，高度98 m。

2.4.2觀測點的布設和觀測

1)觀測點的布設。

根據規范要求建筑物的轉角及建筑物的外墻每15 m處布設沉降觀測點。根據本工程結構及基礎特點，在建筑物轉角和外墻上均勻布設6個沉降觀測點，觀測點距離室外地坪高度為500 mm，觀測點為可拆卸的鋼螺栓隱蔽觀測設施,采用后埋式(較為常見的埋設方式)。

2)沉降觀測。

采用水準儀及相應的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進行觀測。

3)沉降觀測的時間間隔與方式。

在施工過程中每增加3層框架觀測1次，竣工后每3個月觀測1次，直到沉降數據達到《建筑變形測量規程》規定的穩定標準，停止觀測。

4)數據分析(表1為沉降量匯總表和圖1為數據曲線變化圖)。

表1　沉降觀測點與沉降量匯總表　mm

從表1中第1次～第10次的各個觀測點的沉降數據，說明建筑物發生了沉降，同時也可以看出隨著建筑物的逐漸修建過程中，雖然荷載在不斷加大，但是各個觀測點的沉降數據整體上卻是呈逐漸減小的趨勢，但仍然存在數據忽大忽小的現象。數據分析如下：

正常曲線圖(C1,C2,C6)：從這三個曲線變化來看，沉降數據自初始觀測，沉降數據量呈逐漸減小，曲率變化也越來越小，說明隨著建筑物的荷載逐步增大，地基與基礎的壓力彈性越來越小，地基承載力逐漸趨向于穩定，除非上部荷載超出設計承載力，否則沉降將越來越小，甚至不沉降，這是建筑物安全性和穩定性的重要依據。

曲線前期突然回升(C4第二次測量)的原因分析：一可能是初次測量精度不高、數據錯誤或測量時存在誤差；二可能是施工區內降水積水過多，導致基礎松軟；三就是基礎承載力嚴重出現失衡、承載力不足；如果是因為初測精度不高所引起的，曲線回升超過5 mm，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5 mm之內，則可調整初測標高與第二次觀測標高一致，如可能是第三種的情況，則應立即停工，組織各參與單位進行進一步的研究和論證。

曲線后期起伏(C3和C5)：沉降數據在后期出現起伏的現象是沉降觀測過程中經常出現的一種情況，多數是測量誤差引起的。之所以在前期起伏沒有出現或者不明顯，因為前期沉降量大于測量數據誤差的原因，到后期后，由于沉降量已經非常小或已經穩定未繼續沉降，此時，測量誤差體現在曲線上就非常的明顯和突出。除非出現單次沉降數據非常大時，需要重復測量和具體分析外，一般情況下可以不用處理，只檢測總沉降量即可。

曲線出現負向(沉降數據為負值)：產生這種現象有兩種原因：一是由于水準點下沉所致，建筑物是處于下沉狀態的，但是有時水準點也可能被人為或其他原因造成下沉，所以一個建筑物的水準點，一般不得少于3個，且定位于不同的地點；當水準點沉降量大于建筑物沉降量時，數據曲線出現曲率負值(沉降數據為負值)，相對的反映出建筑物不降反提升了。二是建筑物不均勻沉降導致建筑物某一側翹起，翹起側的沉降量則為負值，曲線自然就出現反向，這種情況說明建筑物已經出現傾斜，地基與基礎已經變形和失控，存在極為嚴重的安全隱患和質量問題。所以一旦出現反向曲線或觀測值為負值時，一定要嚴肅對待，立即通知各參建單位，工程暫停施工及使用，集體進行沉降的二次復核與分析；具體做法：首先換一個距離較為遠的水準點進行再次復核；其次核查另外的觀測點數據變化；最后復核原水準點的當前高程與定位高程的數據變化情況。采用另外的水準點經復核后，沉降數據正常，且另外觀測點的沉降量沒有出現巨大的變化，復核原水準點高程，能證明水準點確實發生沉降了，說明沉降數據曲線發生反向變化，確實是由水準點沉降引起的。反之，水準點變化較小，且建筑物其他觀測點也存在急劇的變大或負值，則說明建筑物的地基或者基礎已經失控。

曲線在過程中突然回升：一般情況下是水準點或觀測點被擾動所引起的，當擾動后的水準點高程低于之前的標高和沉淀被觀測點擾動后的高程高于之前的標高時，都會出現數據突然增大、曲線突然回升。發生這種情況，要仔細檢查被觀測點和水準點，查看有無被擾動的痕跡，如沒有明顯的被擾動的痕跡，需要采用另外的水準點進行重新復核，進行二次設置。

3　結語

結合實例的沉降觀測與數據分析，具體闡述了如何進行沉降觀測和如何進行沉降觀測的數據分析，依據數據曲線變化和數值，可以分析出建筑物地基與基礎的受控狀態，得出影響建筑物沉降的直接原因和影響因素，通過沉降觀測數據與數據分析，指導施工過程，預防出現不可彌補的繼續和后續損失，并為相關監督與參與單位部門提供準確的數據資料，也為業主對于建筑物的功能做出了使用限制和依據，必須依據設計功能使用，嚴禁私自改變建筑物的局部功能，導致建筑物出現局部荷載超出設計極限，造成不均勻沉降。科學的沉降觀測和數據分析，應成為建筑物穩定性和安全性評價的第一因素，只有基礎穩定和安全了，才可以進行上部工程的穩定性和安全性的評價，全面熟悉的掌握沉降觀測方法。

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