高層建筑工程沉降觀測技術的應用分析

朱揚揚 馬 趕 劉可濤

（青島市海陸地理信息集成與應用工程研究中心，山東青島 266000）

隨著我國城市化建設步伐不斷加快，高層建筑的數量逐漸增加，帶來了較多問題，建筑物沉降是較為常見的問題。建筑物沉降不均勻影響了施工進度與質量，施工過程中隨著地上載荷的增加，地基壓縮形變，地基結構受到破壞。為了避免出現以上問題，需要在建筑工程開工前做好地基承載能力數據的建模工作，并在建筑工程的施工中或施工后，觀測沉降量，及時發現工程中問題，做好補救措施，避免影響后續建筑工程施工。

1 高層建筑物的沉降觀測

1.1 產生沉降的原因

軟弱地基的存在導致建筑物產生沉降，軟弱地基具有高壓縮性的特點，土壤比較松散，易發生塌陷，軟弱地基的承載能力比正常地基弱，易引起沉降現象發生。

高層建筑物的重量超出地基承受能力的范圍，高層建筑在施工前，已做好相關地質勘察、地基承載力的分析，若在實際施工的過程中，出現地基承載能力超負荷或鄰近承載負荷極限的情況時，施工團隊應及時修復承載負荷情況，確保建筑物的承受重量在地基的承載能力范圍內，方可繼續進行施工。

1.2 沉降觀測的目的

隨著建筑業的快速發展，建筑物在施工的過程中，地基的承載壓力越來越大，導致地基和地基周圍的環境發生變化，不同建筑物間載荷壓力相互疊加，嚴重影響建筑物在施工期間的安全。工作人員在施工期間應重視建筑物的沉降觀測，沉降觀測可預防不正常沉降、不均勻沉降對建筑物整體結構的影響。

1.3 高層建筑物沉降觀測的重點

（1）合理評估施工現場的環境。

①施工單位在選址前進行現場勘測，全面了解現場地塊的歷史資料及地層資料，分析第四系埋深，整理現場周邊地質破碎帶情況。

②高層建筑物在進行施工前，地勘、評估人員需要使用科學方法對施工環境進行檢測及評估，根據檢測和評估的結果選擇地基施工方式，根據施工方式調整建筑設計，確保符合地基承重能力。

（2）高層建筑物的測點布設。

高層建筑物測點布設應充分考慮建筑設計的承重載荷分布，依據其分布情況合理布設測點，測點點位布設應均勻分布在建筑物周圍。同時考慮建筑承重受力分布情況，將點位布設在易發生沉降的位置，特殊位置應布設差異沉降監測點，重點關注建筑物差異沉降情況，觀測過程應嚴格按照規范采取“三固定”原則。

（3）發現問題、及時處理。

建筑物施工過程中，對均勻沉降要求較為寬泛，如果不均勻沉降達到一定限度，會引起建筑物的樓面傾斜、墻體開裂、主體破壞等情況。因此，應重視沉降監測，通過科學合理的點位布設及觀測方法，及時對不均勻沉降現象提出預警，并采取補救措施，確保工程的質量。

2 高層建筑沉降觀測步驟

2.1 基準點布設、監測點布設

高層建筑沉降觀測基準點的布設，應充分考慮建筑物的實際情況及周邊環境，點位的布設應設置在變形區外不易發生形變或被破壞的區域。點位布設應向下連接至基巖，點位間的距離應適中，不互相影響又便于相互聯測檢核。高層建筑工程在施工中常遇到建筑結構面發生變化的情況，因此，加強與設計單位及施工單位的溝通較為重要。在布設降點位過程中，應重視基坑開挖或回填等過程，避免監測點位被破壞或無法施測等情況發生。

2.2 基準點聯測

根據相關規范要求，遵循經濟適用原則，與待測建筑的距離應大于該建筑基礎最大深度的2倍范圍以外。布設3個以上高程基準點，1個基準點作為項目的高程起算點，利用二等水準聯測各高程基準點，形成閉合環，建立獨立的高程控制網。基準點穩定后（一般情況不少于7 d），可進行基準點的聯測工作，初次水準聯測不少于兩次獨立觀測，滿足閉合差要求后，通過數據平差，確定基準點高程值。

2.3 “三固定”方式沉降觀測

應在點位確定牢固后開展沉降點位的觀測工作，監測工作需在符合技術要求的前提下，做好儀器選取、人員安排、測量路線計劃工作，依據觀測精度要求確定觀測方式，嚴格按照相關作業規范要求進行操作。在測量過程中應重視固定儀器、固定人員、固定觀測路線等，確保滿足監測要求。

2.4 數據平差及穩定性分析

測量結束后需參考國家二等水準測量技術要求，使用處理軟件進行數據平差，計算往返測高差不符值、每公里高差偶然中誤差、附和路線或環線閉合差、基準點高程。首期基準點測量和每期復測后，應進行數據處理，獲得各期基準點的高程。沉降觀測時，應根據測量結果對基準點的穩定性進行檢驗分析。基準點復測周期應根據所在位置的穩定性情況進行確定，在建筑物施工過程中，每2個月復測1次，施工結束后應每季度或每半年復測1次。

2.5 匯總統計數據

沉降觀測工作是一項周期性、時效性的工作，時間跨度較大，每次觀測成果的時效性較強。在沉降量計算及報告整理中，應嚴格按照實際的記錄情況，及時統計單次、累計變化結果，對比均勻、不均勻沉降的測量限差，接近限差要求時，應及時提出預警，啟動應急預案。同時，對監測數據輔以荷載變化和時間數據，進行統籌分析，確定統計數據的直觀可分析性。

3 高層建筑工程沉降觀測技術應用的案例分析

3.1 工程簡介

工程為高層住宅小區，以1棟樓為主，層高為32層，建筑物長43 m，寬19 m，樓體為全剪力墻結構。

3.2 沉降觀測實踐

（1）設置基準點和觀測點。

為了保證監測結果基準統一，在變形區以外應設置3個基準點、1個工作基點，建立變形觀測控制網，通過基準點聯測確定其穩定情況。基準點的埋設應采用植筋膠植入建筑承重柱側面，共設置6個沉降觀測點。

（2）制定基準點及建筑物觀測周期。

在樓棟建筑過程中，觀測周期為層數每加高2層觀測一次，主體完工后每季度一次，從第二年開始每半年一次，直至沉降趨于穩定。觀測限差需要符合《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）文件內容的標準。基準點復測周期為建筑物施工過程中2個月復測1次，施工結束后每半年復測1次。基準點聯測高程差值小于0.6 mm，該基準點穩定，可直接使用原高程成果；若大于0.6 mm，基準點不穩定，無法滿足監測的需要，應使用新成果。

針對被破壞的基準點，應及時進行同精度恢復，已不具備恢復條件時，需結合現場實際情況進行重新布設，提供中間成果，在定期完成基準點聯測后，提供統一平差成果。

（3）觀測技術和觀測要求。

監測工作需使用同一設備進行測量；往返觀測應固定一個觀測路線；觀測工作不應在惡劣情況下進行；觀測的儀器應遠離存在振動影響的設備；觀測過程中需詳細記錄觀測數據，嚴禁涂改觀測記錄。

（4）資料的分析和整理。

觀測工作開展時，應同時記錄建筑載荷情況、觀測時間、天氣等相關信息，觀測工作結束后，統一平差，計算各監測點的高程值。與往期數據進行比對，計算單次、累計沉降量，對比限差要求，生成沉降曲線圖，完成相關成果的整理及報告提交，達到預警值并確保監測數據無誤后，啟動預警。100 d的變化速率為0.01～0.04 mm/d，連續兩次半年沉降量≤2 mm時，該建筑物已進入穩定階段。

3.3 觀測結果不合理的原因分析

外業數據采集工作結束后，數據整理過程中易出現一些觀測數據異常波動情況發生。

（1）觀測值的數據突變。

①建筑物發生下沉、上升情況，應確保基準點、工作基點的準確性，避免破壞基準點、工作基點。

②建筑物中某個監測點高程值發生突變，應先檢查監測點的完整情況，通過檢核鄰近監測點高差，確定觀測成果準確性，檢查無誤后，依據突變大小進行相應處理。

（2）曲線表現為階梯狀或者是波動起伏狀。

在正常的情況下，沉降觀測出現的波動值幅度較小，且與觀測方式有關，在測量中誤差附近波動，屬于正常現象。高層建筑施工過程中，由于地上負載增加，地基及各層建筑受到的垂直壓力不斷變化，數據會表現為階梯狀波動，但整體沉降趨勢較為明顯，具有典型的階梯狀特性。工作人員應合理設置觀測方式方法，確保波動起伏情況不掩蓋階梯狀變化特性，通過提高作業人員的作業質量、觀測精度，可提升監測水平，需要統籌考慮經濟等各項因素，科學設置觀測方式方法，合理配置人員設備，確保監測工作的完整性、有效性。

4 結語

高層建筑物的出現，提高了土地集約利用效率，方便了城市合理優化配置公共資源，提高了居民的生活質量。高層建筑的沉降成為影響城市發展的隱形因素，應在施工前期進行大量勘察，在施工中或施工后持續高質量的監測，確定建筑的變形量穩定在可控的范圍內，推進城市持續發展，為人們營造一個安全舒適的居住環境。