中軟土地區高層建筑物沉降監測及穩定性探析

李愛國 (蘇州市八都建筑有限公司,江蘇 蘇州 215200)

1 引言

隨著國內經濟快速發展，城區人口基數迅速增加，土地資源的稀缺性使得現階段住宅小區的開發主要以高層住宅為主，容積率普遍大于2.0。高層建筑如春筍般迅速建成，但是隨著高層建筑物的增加，也帶來了一定的安全隱患，其中高層建筑物的沉降是主要關注的問題之一。高層建筑物在建造過程中，隨著上部主體荷載的增加，勢必會造成結構的下沉，研究發現復雜的建筑造型、不均勻的地質條件、各異的柱荷載、相鄰建筑的相互作用、外力荷載及地下水位的突變等均可能會造成建筑物的沉降。因此，為了杜絕安全隱患的發生，保證高層建筑物施工期間的安全，在建筑物的施工及運營期間，對其進行周期性的沉降監測，根據基準點及監測點的監測數據分析，獲得建筑物的沉降變形數據，經分析及預測后可了解建筑變形的細節，并采取相應的措施糾正建筑物變形，不僅可有效預防事故的發生，減少經濟損失，確保施工的順利進行，還可以避免建筑物產生結構使用功能的裂縫及主體結構的破壞。

2 高層建筑物的沉降監測方法

2.1 沉降變形計算模型

監測點及監測網的沉降量是監測工作的主要內容，針對監測點a的第i次沉降監測的沉降量可以表述：

第i次監測時監測網的平均沉降量：

監測點i的沉降速率：

公式（1）～（3）中，Wa為監測點a點的沉降量（mm）；Ha0及Hai分別為監測點a的第一次及第i次觀測時的高程（m）；Wa’為第i次監測時檢測網的平均沉降量，Wij及Wij-1分別代表第j次及第j-1次監測時i點的沉降量（mm），D為監測點i兩次觀測的間隔天數（d），Vi為監測點i的日沉降速率（mm/d）。

2.2 沉降監測方案設計

高層建筑物的基礎土層在受到上部荷載作用下，逐步壓縮，土質不同，建筑物的沉降現象也不同，一般而言，黏性土地基建筑物沉降發生在施工完成后，而砂類土地基建筑物沉降主要集中在施工期間。因此，沉降監測點的布設需綜合考慮地質情況、結構形式及施工周期。在觀測精度相同的條件下，施工期間的監測頻率一般為1d、3d或7d，竣工之后的監測周期可設置為1～2個月，施工期間可根據荷載分布情況靈活安排監測次數，建議先將觀測點選取后做固定處理并進行第一次初值監測，隨后根據荷載的變化分期監測，直至沉降穩定。

沉降監測點建議采用Φ20鋼筋制作成L型彎頭，水平段長約6cm，垂直段長約4cm，端頭可用砂輪機打磨成錐形，錐尖即為監測點，或直接購買預制監測點更為方便，監測點位置需有標牌提示，嚴禁隨意破壞監測點，監測點大樣圖如圖1所示。

圖1 監測點大樣圖

3 高層建筑沉降監測技術

3.1 工程概況

項目以南通市崇川區某新建住宅小區為例，該項目有6棟11F單體組成，總建筑面積12495m2，半地下室，室外設計標高為4.95m（85高程），地下室底板標高 3.90m，III類場地，抗震等級為7度，上部結構為現澆鋼筋混凝土框架結構，下部結構為鋼筋混凝土筏板基礎，基礎持力層為粉砂層。本工程為高層住宅項目，本地區該類建筑物一般采用樁基方案，但本工程施工周期較短，且根據檢測單位坑底檢測報告，基礎持力層粉砂層的靜載荷試驗結果為承載力特征值160kPa，可滿足筏板基礎設計要求，11F高層住宅采用天然地基的基礎方案在中軟土地區比較少見。

由于本工程基礎方案在本地區建設項目中運用較少，因此需重視施工期間建筑物的沉降量，施工期間根據層數及荷載的增加，分階段監控建筑物的沉降量，對于出現異常沉降點應及時采取措施，確保建筑物施工期間的安全。

3.2 監測精度及穩定性

本工程共設置3個基準點（分別為BM1、BM2及BM3），水準基點選擇在穩定性好、堅固、無變形的位置，儀器采用蘇州一光DSZ2+FS1自動安平水準儀和銦鋼標尺（精度±0.5mm），監測期間采用二等水準測量要求進行施測。

根據施工期間沉降監測方案，在每棟建筑物的4個角點及長邊中點處各布設6個沉降監測點，監測點布設高度選在距離室內地面標高上20cm位置，監測時間從2017年5月6日-2018年9月12日，歷時約16個月。本文以該住宅區4#樓為例，對施工期的沉降監測成果進行分析，4號沉降監測點的布置見圖2所示。

圖2 4號樓沉降監測點的布置平面圖

4 沉降監測成果分析

4.1 水準基點的穩定性復核

水準基點是整個項目沉降觀測工作的基準，需具備較高可靠性及穩定性的要求，本工程在項目北側共布設了3個水準基點，構成水準附合路線，2017年5月6日對水準基點進行初測，2018年2月底對水準基點進行了校驗檢測，對其進行穩定性分析如表1所示。

水準基點穩定性分析結果 表1

根據水準基點穩定性校驗結果，本項目水準基點的兩期高差插值滿足《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）的限差要求，穩定性滿足本工程測量要求。實際施工監測過程中，若發現水準基點穩定性及可靠性出現問題，應及時對其高程值進行修正，保證項目監測數據的準確性。

4.2 沉降變形分析

對4號樓施工期間的部分沉降監測數據進行整理，分別繪制了1#～6#監測點的沉降量及沉降速率曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 1#～6#沉降監測點累計沉降量圖

圖4 1#～6#沉降監測點沉降速率圖

根據4號樓的監測成果可知，1#～6#監測點最大沉降量為23.69mm（6#監測點），最小沉降量為22.61mm（2#監測點），平均累計沉降量為22.89mm，以均勻沉降為主。施工期間，由于本工程采用了筏板基礎，基礎底標高位于粉砂土上，當基礎施工完成后，隨著上部荷載的增加，基礎下主要受力土層被壓縮，土顆粒間間隙減小，再加上基坑施工過程中的降水影響，土層在自重應力作用下亦有所變形，因此各監測點沉降量逐漸增大。在監測初期在自重應力及附加應力雙重作用下沉降速率較大，而隨著施工的進行，土層由于降水產生的自重應力引起的地基沉降逐漸穩定，此時由上部荷載引起的附加應對建筑物沉降起到主導作用，該階段沉降繼續發生，且各監測點沉降速率接近穩定。從累計沉降量的發展趨勢看，隨著施工的進行，累計監測時間360d左右，1#～6#監測點的沉降量開始趨于穩定，變化較小，且從沉降速率曲線看，360d后的沉降速率迅速減小且趨于平穩，說明該建筑物在大樓封頂（2018年4月3日）后約1個月內仍有沉降發生，無外部荷載增加，建筑物的沉降速率明顯減小，逐步進入穩步沉降階段，建筑物沉降大部分發生在施工階段，而裝修階段的沉降量較小，但仍不可忽視，本項目封頂后1個月內的沉降速率為（0.0395mm/d～0.051mm/d），未 達 到《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）中規 定 的“ 沉降 速率 小 于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，仍需進行監測。

當建筑物封頂后進行內部水電安裝及裝修階段時，地基沉降量也趨于平穩，監測日400d～480d期間累計沉降量為0.57 mm ～1.27mm，相比于施工期間沉降量而言較小，且該監測周期內建筑物的 沉 降 速 率 為 0.00175mm/d～0.02875mm/d，小于《建筑變形測量規范》（JGJ8-2016）中規定的“沉降速率小于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，可判定該建筑物處于沉降穩定階段。

5 結語

為確保建筑物、人身及財產安全，高層建筑進行施工及運行階段的沉降監測工作是必不可少的環節，本文主要分析了南通某住宅小區采用筏板基礎的高層建筑物施工及裝修期間的沉降監測工作。從監測結果可知，水準基點在監測期間始終保持較好的穩定性及準確性，建筑物各監測點的沉降差較小，未出現不均勻沉降，平均累計沉降量為22.89mm。各監測點沉降速率呈現初期增大，中期平穩，后期減小的趨勢，反映出建筑物隨著荷載的增加直至封頂裝修期間整體沉降趨于平穩。且在封頂后約30d內的沉降量與施工期間相當，隨后建筑物沉降才進入穩定發展階段，直至滿足規范的要求。通過了解該項目在施工及運行階段的沉降數據，掌握地基土隨施工荷載的變形規律，可指導建筑施工及建筑后期的維護工作。