高層建筑物沉降觀測方案設計與實證分析

謝加蒙 李海峰

【摘要】在建筑物施工和投入使用過程中，高層建筑比多層建筑更容易出現沉降現象，因此，必須針對不同工程項目制定科學合理的監測方案，根據監測方案，對建筑物進行周期性觀測，以確保施工階段和運營階段的安全。文章結合四川省德陽市某工程案例，從監測方案設計依據、沉降觀測技術要求、基準點和監測點選取等方面綜合論述沉降觀測的原理、方法、步驟，并針對具體工程案例沉降觀測的結果進行分析。

【關鍵詞】高層建筑;沉降觀測;方案設計;實證分析

1引言

隨著我國城鎮化的逐步推進，城市人口急劇增加，而城市的土地資源是相對有限的，高層建筑、超高層建筑也如雨后春筍。這種復雜的建筑物可能會改變地面原有的狀態，對建筑物的地基增加壓力，因此，必然會讓地基及其周邊的土層產生變形。每一棟建筑物建成后都有較長的使用年限，為了讓使用人能夠在安全的條件從事生產、生活，有必要對其沉降情況定期進行監測。

2沉降觀測的技術要求[1～3]

2.1測量技術人員與儀器設備的要求

沉降觀測是客觀反映建筑物在逐步增加荷載的過程中產生的不均勻沉降，它對高程數據采集的精度要求非常高。因此，在沉降觀測過程中所需的儀器必須是精密光學或電子水準儀，配套使用的水準尺是高精度銦鋼合金水準尺。這樣觀測數據才能達到精度要求。

從事現場數據采集的技術人員必須經過專業訓練，不但能熟練操作儀器，還要有扎實的理論基礎，完成內業數據處理和應對工作過程中出現的技術問題。做到快速、準確地完成任務。

2.2觀測周期

建筑物的沉降觀測必須在規定時間內展開，首次觀測尤為重要，其他階段的復測也要在規定的周期內完成，整個處理過程中不能補測、漏測、編造數據。

2.3監測點的布設

按照規范要求，沉降觀測點應布設在擬監測建筑物的特征點上，以客觀反映整個建筑物的沉降變形情況，監測點必須避開障礙物，而且要便于觀測和長期保護，監測點要埋設穩固的測量標志，不能影響建筑物的使用和美觀，同時還要考慮建筑物基礎的地質、建筑結構等情況，對于重要和薄弱的部位要適當的增加監測點數量。

2.4沉降觀測的原則

沉降觀測需要遵循的原則主要包含五個方面，俗稱“五定”原則，即：（1）監測點必須固定不能發生變化。（2）同一個工程項目的沉降觀測，所使用的儀器設備要固定。（3）同一個工程項目沉降觀測的技術人員要固定。（4）外業采集數據的觀測路線、方法、程序要固定。（5）外業觀測的條件要大概相同。遵循以上原則可以在一定程度上減小測量誤差對觀測數據質量的影響。

2.5施測要求

在進行沉降觀測時所使用的儀器設備必須進行檢測校正。一般而言若儀器連續使用超過3個月，也有必要對儀器設備重新進行檢測校正[4]。實施過程中的觀測程序應符合規范的要求，做到邊觀測、邊記錄，邊計算，邊校核，最大限度地減小測量誤差的影響和超限數據的產生，確保沉降觀測數據的準確性。

3工程實例

3.1工程概況

研究選擇四川省德陽市遠東·名都華府工程為例，該項目位于德陽市旌陽區孝感鎮，共五棟高層建筑，均為住宅，其中1號、2號和4號樓都是25層，3號樓是17層，5號樓是26層。為保證建筑物施工過程和后期運營階段的安全性，按照規范要求必要對其進行變形監測。

3.2監測方案設計依據

本項目主要參考的規范標準如下：

●《建筑變形測量規范》JGJ 8—2016。

●《國家一、二等水準測量規范》GB/T 12897-2006。

●《工程測量規范》GB 50026—2007。

3.3沉降觀測的技術要求

（1）基準點的選擇

本次觀測高程系統采用獨立高程系統，起算點BM1給定一個相對高程值。

（2）建筑物沉降觀測等級的確定

根據《建筑變形測量規范》要求，本次建筑物沉降觀測等級為二等。

（3）監測網測量技術要求

相鄰基準點高差中誤差≤±0.5mm，往返較差和環線閉合差≤√n。

（4）沉降觀測點測量技術要求

沉降監測點測站高差中誤差≤±0.5mm。

（5）儀器、標尺

觀測使用SOKKIA精密水準儀和銦瓦水準尺。儀器經過質檢中心的檢定，并均為有效時間內使用。每次測量前進行i角檢校，視準線誤差（i角）≤15″[5]。

（6）作業時間

作業時間：2019年5月31日至2021年4月15日階段性觀測。

3.4沉降觀測

3.4.1沉降觀測基準點

（1）基準點是整個變形監測最基本的控制點，根據工程需要共設置3個點。為避免沉降觀測的影響，同時便于長期保存，3個點均埋設在沉降影響范圍以外。

（2）基準點構成本次監測工作的首級高程控制網，嚴格按照二等水準規范的相關要求進行觀測。通過基點定期檢測其高程，截止到目前為止已檢測5次。

（3）根據控制點分布情況，高程控制網布設成閉合形式。

3.4.2沉降觀測點

根據建筑物的形狀及特點和《建筑變形測量規范》中的建筑物沉降觀測布點要求，通過實地勘察，各棟樓層沉降觀測點布置如下：

觀測標志均按照相關規范要求布于承重立柱上，并做好保護，防止施工碰撞。觀測點采用精密水準儀按二等水準精度要求進行觀測。各樓觀測點布設數量：根據《建筑變形測量規范》要求，遠東·名都華府1號～5號樓共布置沉降觀測點56個，其中1號樓布置觀測點12個，分別為：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11和1-12;2號樓布置觀測點12個，分別為：2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11和2-12;3號樓布置觀測點8個，分別為：3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7和3-8;4號樓布置觀測點12個，分別為：4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11和4-12;5號樓布置觀測點12個，分別為：5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6、5-7、5-8、5-9、5-10、5-11和5-12。

3.4.3沉降觀測要求

（1）嚴格按測量規范的要求施測。

（2）前后視觀測可以用同一型號水準尺。

（3）采集數據時要避免陽光直射，外業觀測環境大致相同。讀數時成像清晰、穩定。

（4）每次觀測的路線必須固定，觀測、記錄、計算、檢核都必須在現場完成。

（5）基準網應定期檢測，沉降出現異常時應檢測基準網。

（6）沉降觀測出現異常情況及時反饋現場項目部負責人，以便采取應急措施。

4結果與分析

根據施工進度要求，確定本項目監測頻率。第一次觀測時間是2019年5月31日，截止到2021年4月15日，沉降觀測點觀測67個周期，基準點觀測5個周期，共觀測72個周期。

以5號樓為例，該棟樓共26層，選擇12個觀測點。累計沉降量最大值是觀測點5-6，累計沉降量為-22.9mm，累計沉降量最小值是觀測點5-1，累計沉降量為-17.0mm。平均沉降量為-19.6mm。最大沉降差為5.9mm。部分沉降觀測數據如表1、表2所示。

從荷載-時間-沉降量曲線圖（部分曲線圖如圖1、圖2所示）及沉降觀測表中分析發現：5號樓26F最近一次觀測的沉降速率最大值為0.008mm/d，參與速率計算時間間隔分別為：0天，15天，24天，22天，23天，28天，21天，30天，20天，96天，93天，95天，83天，124天。根據《建筑變形測量規范》JGJ 8—2016中7.1.5.4條要求：“當最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d時可認為已進入穩定階段”。

參考文獻：

[1]李秀峰.高層建筑物沉降觀測技術及工程應用結果分析[J].城市勘測，2019（02）：168-169+172.

[2]王婷婷，徐泮林，郭慶坤.建設中高層建筑物的沉降觀測[J].北京測繪，2016（04）：74-77.

[3]王炎，丁衛平.高層建筑物沉降觀測方案設計探討[J].北京測繪，2013（04）：83-85+62.

[4]包雍卿，崔馬軍，黃岳林，等.高層建筑物沉降觀測及形變分析[J].測繪與空間地理信息，2012，35（11）：220-222.

[5]王楠，張郁.超高層建筑物的沉降觀測方法[J].測繪地理信息，2017，42（03）：110-112.

[6]肖英，田鴻，侯平，等.沉降觀測在高層建筑物變形監測中的應用[J].有色金屬設計，2019，46（01）：40-42.

作者簡介：謝加蒙（1980—），男（漢族），四川德陽人，工程師，主要研究方向為工程測量。

基金項目：德陽市2017年第二批應用技術研究與開發項目（2017ZZ064）。