高層建筑物地基沉降監測與分析

李春明

摘 要：地基沉降監測與分析工作對于促進區域和諧發展具有重要作用，現受到城市管理者越來越多的重視。文章就高層建筑物地基沉降監測進行分析，探究其沉降流程與形變規律。

關鍵詞：高層建筑物；沉降監測；分析

引言

隨著城市建設的迅猛發展，城市規模越來越大，建筑物越來越高，由此帶來的安全隱患越來越大。高層建筑在施工期間，隨主體荷載的增加，勢必造成主體不規則下沉，其局部不均勻沉降可能導致建筑物發生傾斜。為了確保建筑物的正常施工及安全使用，對高層建筑進行沉降監測和變形趨勢預測具有重要的意義。

1.工程概況與地質條件

1.1工程概況

該建筑由26層主樓、5層裙樓及1層相通的外擴地下室組成。主樓為框架—核心筒結構，柱網間距約9.60m×8.25m，最大單柱荷載約為25000kN，采用樁筏基礎；裙樓為框架—剪力墻結構，獨立柱+防水薄筏板基礎，最大柱網間距約9.60m×8.10m，最大單柱荷載約為10000kN；純地下室部位為框架結構，獨立柱+防水薄筏板基礎，最大柱網間距約9.60m×8.25m，最大單柱荷載約為3200kN，均擬采用樁基礎。

為全面反映建筑物地基和基礎的變形特征規律，保證建筑物及周邊建筑群體的安全和穩定性，對場地的工程地質和水文地質條件進行分析，為監測點布設提供依據。

1.2工程地質條件

該場地隸屬長江三角洲沖積平原區，地貌形態單一。根據勘探資料顯示，場地內自然地面下最大勘探深度為102.0m，以淺的土體為第四紀晚更新世以來的沖湖積-濱海相碎屑沉積物。根據其巖性特征及其物理力學性質的差異性，可劃分為15個工程地質層，并細分為19個工程地質亞層。

1.3水文地質條件

該區域屬亞熱帶季風氣候，雨量較大，輕度潮濕。場地內對本工程建設有影響的地下水主要為潛水及微承壓水。潛水主要賦存于淺部填土層中，富水性差；受大氣降水及周邊河流的側向補給，以地面蒸發為主要排泄方式；受季節影響水位升降明顯。勘探時干鉆測得潛水初見水位標高為1.04m～1.13m，測得其穩定水位標高在1.27m～1.34m。微承壓水主要賦存于④2層粉砂夾粉土及⑤層砂（粉）性土中，富水性及透水性中等。主要補給來源為地下水的垂直入滲及地下水的側向逕流，以地下水側向逕流為主要排泄方式；勘察時干鉆測得其初見水位標高在-8.94m～-8.86m，穩定水位標高在0.94m～1.02m。

2.沉降監2測方案

2.1基準點布設

沉降監測采用精密水準測量的方法[1]，測定布設于建筑物上測點的高程，通過監測測點的高程變化來監測建筑物的沉降情況。共布設3個基準點，組成一條閉合水準路線建立沉降觀測基準網。

2.2沉降點布設

沉降點的布設結合地質條件、建筑物結構特點和荷載分布確定。在建筑物的四角、大轉角、沉降縫的兩側或沿建筑外墻10m～20m處布設觀測點。

本工程共布設沉降觀測點43個，其中主樓布設22個（F5～F15、F33～F43），裙樓布設21個（F1～F4、F16～F32）。

沉降觀測點組成閉合水準路線，首次觀測及重新布設點位標志后初始值的采集采用電子水準儀往返觀測，連續觀測3次，取有效數據的平均值作為初始值。

2.3觀測方法和精度要求

觀測采用電子水準儀往返觀測。往測時奇數站的觀測順序是后—前—前—后，偶數站的觀測順序是前—后—后—前；返測時奇偶站的觀測順序與往測時偶奇站的觀測順序相同。取連續觀測3次穩定值的平均值作為初始值。每次觀測時均采用相同的觀測路線和方法，使用同一儀器和設備，并固定觀測、立尺人員，在基本相同的環境和條件下工作。主要技術要求見表1，表2。

2.4觀測周期

沉降點的觀測周期：施工期間每1層觀測1次；竣工后每3個月觀測1次，直至穩定。觀測期間，基準網定期復測。

3.監測成果分析

整個觀測周期歷時745d，基準點觀測4次，主樓、核心筒沉降觀測34次，裙樓沉降觀測27次。根據監測成果，選擇主樓東側F5、F6、F7和西側F13、F14、F15進行分析，分別繪制東西兩側平均沉降量曲線（圖1）和平均沉降速度曲線（圖2）。

3.1沉降監測成果分析

（1）沉降與荷載關系趨勢分析

由圖3可以看出，在主體施工期間，隨著建筑物的逐層升高，荷載不斷增加，沉降量不斷增大；歷經259d后主體結構施工完成，沉降曲線趨于緩和，沉降趨于穩定。同時，兩側的沉降曲線具有很好的一致性，表明整體沉降比較均勻。

（2）沉降與時間關系趨勢分析

總沉降量與時間呈正相關，可分為四個階段：第一階段，主體施工前期的110d內，沉降量線性增加，平均沉降速率0.10mm/d。原因是施工進度加快及相鄰建筑基坑開挖降水，有效應力增加、孔隙水壓力減小，導致地基土固結加快。第二階段，110d到300d內，沉降量由線性逐漸過渡為負指數形式增加，平均沉降速率0.07mm/d。隨著施工完成，荷載不再增加，沉降趨于穩定。第三階段，在主體施工完成350d后，沉降曲線呈明顯拐點，這是由于裝修過程中引起荷載增加導致沉降量增加。第四階段，沉降曲線與橫軸呈近似平行，平均沉降速率0.002mm/d，沉降量較小，速率較慢，進入沉降穩定期。

（3）沉降不均勻性分析

從主體施工開始到360d內，東西兩側平均沉降曲線近似重合，具有很好的一致性，表明整體沉降比較均勻。360d后，東側沉降量稍大于西側，原因是主樓的主體在荷載不再增加的同時，西側裙樓樁基施工結束停止降水，地下水位上升，使地基上部荷載減小而產生回彈。最終整體沉降趨于穩定、均勻。

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）第5.3.4條的規定[2]，高度大于100m的高層建筑整體傾斜值不得大于2.0×10-3。利用沉降曲線計算出因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜值：

根據計算結果，傾斜值最大為1.9×10-4，滿足規范要求。

3.2最終沉降量預測

指數曲線模型假定地基土體沉降增長速率以負指數曲線形式減少的一種經驗推導法，其基本公式為：

求出直線斜率值、截距值，可求出參數η，進而求得任意時刻沉降量。

采用指數曲線法對最終沉降量進行預測，為保證預測準確性，選用主體施工完成后的數據進行預測，預測結果見表4。

由表5可以看到，預測最終沉降量與最后一次觀測沉降量差值在很小的范圍內，得出建筑物沉降已趨于穩定。

4.結論

綜上所述，在高層建筑物建設的過程中，需要對建筑物沉降觀測點的布設方法、觀測精度要求、數據分析方法進行研究，并探究其沉降變化規律。只要做好了監測工作，工程的施工和質量方可得到保證，才能避免出現重大的工程事故，從而保證施工安全地順利進行。

參考文獻：

[1]孫偉.論精密水準測量在地面沉降監測中的應用[J].綠色環保建材，2017（04）：236

[2]錢思眾，樊育豪.高層建筑物地基沉降監測與分析[J].西安科技大學學報，2014.34（03）：285-291