沉降觀測技術在高層建筑施工中的應用

鐘鴻東

（惠州市惠城區建設工程質量檢測中心　廣東惠州　516001）

1　引言

沉降變形是影響高層建筑工程施工質量的重要因素之一，在高層建筑工程施工過程中進行沉降觀測，能夠及時有效預防建筑工程因不均勻沉降而造成的破壞，進而指導施工有序進行。因此，對高層建筑工程沉降觀測進行探究具有十分重要的現實意義。

2　高層建筑沉降危害

在高層建筑施工過程中，不均勻沉降量過大，將直接導致建筑存在安全隱患，過大的不均勻沉降容易使建筑物上部結構開裂和破壞，造成建筑物滲水、下水道堵塞不順等，引起墻體或者樓面開裂，甚至整個結構嚴重傾斜，影響建筑物使用，危及安全。

3　高層建筑沉降觀測原則

在進行高層建筑沉降觀測時，每次觀測時應遵守“三定”要求，即定機、定人、定路線，以盡可能的避免人為和設備造成的誤差。沉降觀測的基準點和工作基點的選擇和埋設必須保證穩定，被觀測對象上沉降觀測點的也必須保證穩定，每次觀測時測站點周邊環境條件也要求基本一致以避免誤差過大，觀測路線、觀測程序及方法也要求基本一致，要按照施工測量規范的要求測量出真實可靠的原始數據。這些要求能在一定程度上使所測得的觀測數據誤差得以減少，保證每一次的觀測結果和首次觀測結果具有一定的可比性，使所測得的沉降量更接近真實沉降量。

4　高層建筑沉降觀測作業過程

4.1　高層建筑沉降觀測步驟

（1）建立沉降觀測點，確定觀測路線。基于觀測區域的水準控制網，按照高層建筑沉降觀測點的埋設要求，參照事先編制好的沉降觀測點布置圖，可確定沉降觀測點的位置。接著，在水準控制點和沉降觀測點之間建立相應的觀測路線，將標記樁設置在儀器設站點和觀測路線轉折處，以保證每次觀測都沿著固定的觀測路線進行。

（2）依據所編制的高層建筑豎直沉降觀測方案和事先確定好的觀測周期進行觀測。要先將沉降觀測點埋設穩定，及時進行首次觀測。首次觀測時，通常用N2或N3級精密水準儀以滿足高精度要求，首次觀測要求每個測點的高程測兩次后方確定。隨著結構的不斷增高，每增加1～3層結構應觀測一次至工程竣工為止。

4.2　沉降量計算和處理

高層建筑沉降觀測所測得的沉降量要按以下步驟進行計算和處理：①對每一次沉降觀測得到的原始數據記錄進行認真檢查，仔細整理，確認正確后，進行平差計算，求出每一次觀測各個觀測點的高程值。再計算出各個沉降觀測點的單次沉降量以及累計沉降量。依據各個沉降觀測周期利用平差計算而得的沉降量，進行統計匯總。②以時間為橫坐標、荷載值為上半部縱坐標、各個沉降觀測周期測得的沉降量為下半部縱坐標繪制各個沉降觀測點相應的沉降曲線圖。

4.3　高層建筑沉降趨勢預測模型

依據高層建筑沉降量統計表、沉降量等值線圖以及沉降曲線圖，對高層建筑沉降趨勢進行預測，并將相關數據和情況及時上交相關部門，以使工程施工順利進行。常用于高層建筑沉降趨勢預測的模型有GM模型、多元線性回歸模型等。

4.4　觀測精度控制

觀測者要想從事高層建筑的沉降觀測需要符合比較高的要求，觀測者必須學習與測量相關的專業知識，接收相關的技能培訓，熟悉測量專業相關理論知識，熟練操作與測量專業相關的精密儀器并熟悉相應操作規程，針對不同工程的各自特點和實際情況科學合理地采取與之相適應的觀測方法和程序，在觀測過程中如果出現問題能夠合理分析問題發生的原因，能夠正確運用誤差理論知識進行相應的平差計算，準確快速地按時完成每次高層建筑沉降觀測任務，能科學地分析所測得的觀測數據。為了能準確地反映出在荷載不斷增加情況下建筑物及相應的基坑支護結構的沉降情況，根據《工程測量規范》的相關規定，所進行的測量的誤差應該小于相應變形值的1/10～1/20，并且能夠反映出1～2mm的變形量。一般情況下，可以根據建筑物的特性以及相關單位的要求，采用液體靜力水準儀等精密水準儀器來測定沉降變化值。為了滿足高層建筑沉降觀測工作的精度要求，應根據建筑物的特性和建設、設計單位的要求進行選擇沉降觀測精度的等級。如果沒有特殊的要求情況下，一般的高層建筑物施工過程中，采取二等水準測量方法，是能夠滿足沉降觀測要求的。

4.5　高層建筑沉降觀測注意事項

在高層建筑沉降觀測過程中，要注意以下事項。

（1）在首次觀測前要對沉降觀測所用到儀器的各項性能指標進行檢測和校正以保證準確。在雨季前后一段時間，要對水準點進行聯測確認其標高是否有影響觀測結果的變動后，方能正式進行沉降觀測。

（2）要嚴格遵照測量規范的相應要求，對高層建筑的沉降進行觀測。要安排專門的人員對高層建筑的沉降進行觀測并整理所得出的結果，盡量使每次觀測都在一致或相接近的條件下進行，如用同一水準尺、使用固定觀測路線、觀測點周邊環境保持一致或相接近。

（3）在進行高層建筑沉降觀測過程中，參與觀測的人員要互相合作，協調工作，嚴謹認真，做到每一個步驟都有校核。全部的沉降觀測點應爭取連續一次測完，讀取數據時要保證數據準確，所形成的圖像清晰和穩定。

5　高層建筑工程沉降觀測實例

5.1　變形觀測的精度

在高層建筑工程沉降觀測精度控制中，需要以觀測目標為依據，觀測的中誤差不應超過其變形允許值的1/20《建筑變形測量規范》（JGJ8-2007）。

高層建筑物整體傾斜度α的允許值為在0.002～0.003之間，傾斜度計算方式如下。

公式（1）中，SA、SB分別指的是傾斜方向上 A，B 兩點的沉降量（mm）允許差異沉降量。

在公式（2）中，α指的是建筑物整體傾斜度；ΔS指的是基礎兩端點的沉降差即差異沉降量（m）；L指的是基礎兩端點的水平距離（m）。

通過對允許差異沉降量進行計算，即可得出觀測中誤差，進而確定高層建筑工程沉降觀測中的精度要求。

比如，某高層建筑工程高度為80m，根據現場勘查，基礎寬度為15m，傾斜度α=0.002，根據上述公式，即可計算出差異沉降量△S為30mm，取差異沉降量的觀測中誤差取1/20·0S，即：

觀測點高程中誤差為：

5.2　基準點及沉降觀測點的布設

對于觀測基準點之間的距離，可以根據觀測長度進行估算，根據二等水準觀測要求，水準視線長應該控制在30m以內，單位權中誤差μ為0.3mm.路線的權P為1/n，路線長度L為n60，而往返觀測最弱點的偶然中誤差允許為0.5mm。

由于水準觀測為偶數，因此，取n=10，基準點之間的距離應該控制在600m以內。該建筑工程觀測基準點布設情況如圖1所示，SH為附近國家水準點；A，B，C，D點為設置的基準點。

圖1　基準點及沉降觀測點布設圖為設置的基準點

5.3　沉降觀測

5.3.1基準點的觀測

在進行觀測前，首先對基準點進行聯測，根據環形閉合網對閉合差進行計算，并驗證基準點的穩定性，要求基準點接近國家水準點進行聯測。

5.3.2沉降點的觀測

在沉降點觀測過程中，應該將基準點作為起始點，并根據二等水準觀測精度要求進行單向觀測，進而形成環形閉合網，在實際觀測過程中，應該盡量選擇固定測站，并逐點觀測，對閉合差進行計算，對各個觀測點高程進行準確計算，形成觀測點沉降量。

5.4　沉降成果分析

列表匯總。

該建筑工程沉降觀測結果如表1所示。

表1　沉降觀測成果表

通過對表1進行分析可見，該建筑工程有反彈現象，反應回彈量上的數值較小，這種現象應屬正常，在觀測中，觀測數據沒有發生較大起浮，縱觀整個建筑物的沉降觀測值，建筑物的沉降趨于平穩，安全可靠。

6　結語

綜上所述，本文主要對沉降觀測在高層建筑工程施工中的應用進行了詳細探究，在高層建筑工程施工中，隨著主體荷載的不斷增加，主體荷載容易發生不均勻沉降問題，隨著不均勻沉降量的增加，就會造成建筑工程傾斜或者產生裂縫，為了保證高層建筑工程施工安全，必須加強建筑工程沉降觀測和數據處理，以此為施工質量控制提供可靠依據。

[1]袁偉韜，施昆，李振.高層建筑沉降觀測水準基點穩定性分析[J].河南科學，2014，32（7）：1263～1265.

[2]王志城，湯江龍.高層建筑沉降觀測實例及數據分析[J].地理空間信息，2012，10（3）：153～154.

[3]陳忠，錢寶源.高層建筑樁基沉降觀測及長期變形預測研究[J].工程勘察，2017，45（5）：1～6.