沉降觀測技術(shù)在高層建筑施工中的應(yīng)用

1、沉降觀測在高層建筑施工應(yīng)用中的技術(shù)控制夏愛民（南京宏亞建設(shè)有限公司）摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，社會的不斷進(jìn)步，高層、超高層及許多大型建(構(gòu))筑物越來越多。高層建筑物施工過程中應(yīng)用沉降觀測加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，并預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，保證建筑結(jié)構(gòu)安全及使用功能，及時反饋信息，加強(qiáng)沉降觀測技術(shù)控制具有重要意義。關(guān)鍵詞：高層建筑物；沉降觀測；技術(shù)控制1.沉降觀測的意義1.1沉降觀測的概念沉降觀測系指建筑在施工期間和初期使用階段，由于建筑物本身的荷重和外力作用下，會使建筑物不同程度地發(fā)生變形，并在建筑物上設(shè)定觀測點(diǎn)（又稱沉降點(diǎn)），利用測量儀器測定沉降點(diǎn)與水準(zhǔn)控制點(diǎn)之間的高差變

2、化量。1.2沉降觀測的重要性隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，社會的不斷進(jìn)步，物質(zhì)文明的極大提高。以及建筑設(shè)計(jì)和施工技術(shù)水平的日臻成熟和完善，同時，我國是一個擁有12億人口的大國，土地資源日漸減少與人口增長之間日益突出的矛盾，我國的高層、超高層及許多大型建(構(gòu))筑物越來越多。建(構(gòu))筑物在施工過程中及建成后一段相當(dāng)長時間內(nèi)都存在著下沉的現(xiàn)象，這是由于：一是自然條件及其變化，溫度與地下水位的季節(jié)性和周期性的變化引起建筑屋呈規(guī)律性沉降等；二是與建筑物本身有關(guān)的一些原因，包括建筑物本身的荷重、結(jié)構(gòu)及機(jī)械運(yùn)行中的震動等產(chǎn)生的沉降。例如建(構(gòu))筑物在修建前，地基中早已存在著來自土堤體本身重量、自重應(yīng)力和修建后的建

3、(構(gòu))筑物荷載通過基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基，使地基原由的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，在附加的各應(yīng)力分量作用下地基土產(chǎn)生了豎向、側(cè)向和剪切變形，導(dǎo)致各點(diǎn)的豎向和側(cè)向位移，建(構(gòu))筑物荷載差異和地基不均勻等原因，基礎(chǔ)各部分的沉降或多或少總是不均勻的使得上部結(jié)構(gòu)之中相應(yīng)地產(chǎn)生額外的應(yīng)力和變形基礎(chǔ)不均勻沉降超過一定的限度，將導(dǎo)致建筑物的開裂、歪斜、甚至破壞；此外由于勘測、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營使用不和理，也都會引起建筑物產(chǎn)生額外的沉降。由此可見研究建筑物地基的沉降，準(zhǔn)確地為技術(shù)部門提供沉降數(shù)據(jù)，將地基的沉降量控制在建筑物允許的范圍之內(nèi)，對于保證建（構(gòu)）筑物在施工過程中的安全性和建（構(gòu)）筑物在竣工后的正常使用壽命，都有很大

4、的意義。在我國的現(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測等均要進(jìn)行沉降觀測。特別是在高層建筑物施工過程中應(yīng)用沉降觀測加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，并預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時反饋信息為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡有效的一手資料，避免了因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡事故。另沉降觀測數(shù)據(jù)資料對建筑物沉降的規(guī)律、預(yù)測沉降的發(fā)展以及施工過程中所受的影響及影響的程度，并能發(fā)現(xiàn)和跟蹤險情的發(fā)展趨勢，分析建筑物的安全性和及時采取安全補(bǔ)救措施，以及對今后改進(jìn)設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)和參考

5、價值。2. 沉降觀測技術(shù)的控制根據(jù)本人在南京江寧區(qū)協(xié)眾雅居10#、11#、12#樓3套住宅項(xiàng)目，總建筑面積約為35000平方米，由2棟高層1棟多層和其他附屬建筑施工過程中沉降觀測的應(yīng)用，在此對高層建筑施工過程中沉降觀測工作淺談之見。2.1 沉降觀測的基本要求2.1.1 儀器設(shè)備、人員素質(zhì)的要求根據(jù)沉降觀測精度要求高的特點(diǎn)，為能精確地反映出建構(gòu)筑物在不斷加荷作下的沉降情況，我國一般規(guī)定測量的誤差應(yīng)小于變形值的120，為此要求沉降觀測應(yīng)使用高精密水準(zhǔn)儀(S1或S05級)，水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦 合金水準(zhǔn)尺。測量儀器要有計(jì)量權(quán)威部門定期的檢驗(yàn)合格證，使用前要對儀器進(jìn)行檢校。測

6、量人員素質(zhì)的要求：必須接受專業(yè)的學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)，熟練掌握儀器的操作方法和相關(guān)的測量規(guī)程，熟悉測量理論，并能針對不同的工程特點(diǎn)和現(xiàn)場的具體情況而采用不同的觀測方法及觀測程序，對施測過程中出現(xiàn)的一些問題能夠會分析其原因，并能正確的運(yùn)用測量誤差理論知識進(jìn)行平差計(jì)算，做到按時、快速、精確地完成每次觀測任務(wù)。2.1.2 觀測時間的要求 對建構(gòu)筑物的沉降觀測時間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測必須按時進(jìn)行，否則沉降觀測得不到第一手的原始數(shù)據(jù)，對整個觀測得不到完整的沉降觀測意義。其他各階段的觀測，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時進(jìn)行，不得漏測或補(bǔ)測的情況。只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的建筑物沉降量變化情況或規(guī)律。相鄰的兩

7、次時間間隔稱為一個觀測周期，高層建筑物的沉降觀測一般是按一定的時間段為一觀測周期(如：次/30天)或者按建筑物的加荷情況：每升高一層(或數(shù)層)為一觀測周期。在沉降觀測過程中，無論采取何種方式都必須按照制定的沉降測方案中規(guī)定的觀測周期準(zhǔn)時進(jìn)行。2.1.3 觀測點(diǎn)的設(shè)置要求為了能夠準(zhǔn)確地反映出建（構(gòu)）筑物的沉降情況，沉降觀測點(diǎn)要埋設(shè)在最能夠反映沉降特征而且又便于觀測的位置。一般要求在建筑物上設(shè)置的沉降觀測點(diǎn)：縱橫向要對稱、相鄰點(diǎn)之間的間距以1530米為宜，均勻地分布在建筑物的周圍。在通常情況下，設(shè)計(jì)部門已在設(shè)計(jì)圖紙上設(shè)計(jì)有專門的沉降觀測點(diǎn)布置圖。在埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)時要符合各施工階段的觀測要求，特別是

8、要考慮到主體封頂后 裝修裝飾階段因墻或柱飾面施工而破壞或者是掩蓋住了觀測點(diǎn)，從而造成不能連續(xù)觀測而失去觀沉降測意義。2.1.4 沉降觀測從開始到結(jié)束要遵循“五定”的原則所謂“五定”，即通常所說的：沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定；觀測人員要穩(wěn)定；觀測時的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。以上的措施在客觀上能盡量減少觀測誤差的不定性，使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，能較準(zhǔn)確地保證各次觀測結(jié)果與首次觀測結(jié)果的可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實(shí)。2.1.5 觀測的要求儀器、設(shè)備的操作方法與觀測程序要熟悉、準(zhǔn)確。在首次觀測前要對

9、所用儀器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測校正，必要時經(jīng)計(jì)量單位予以鑒定。對測量儀器連續(xù)使用了36個月，要重新對所用儀器、設(shè)備進(jìn)行檢校。另在觀測過程中，操作人員之間要密切相互配合，工作協(xié)調(diào)一致，認(rèn)真仔細(xì)，數(shù)據(jù)記錄真實(shí)、完整無誤，做到步步有校核。另在觀測記錄中，必須注明觀測時的氣象和荷載情況以及工程的進(jìn)展情況，觀測結(jié)束后應(yīng)提交的資料有：沉降觀測成果表；沉降觀測點(diǎn)平面位置和沉降展開圖；沉降速率、時間、沉降量曲線圖；荷載、時間、沉降量曲線圖等。2.1.6報警值的確定按相關(guān)規(guī)范要求提出報警值得要求，沉降觀測數(shù)據(jù)分析表：當(dāng)沉降速度不超過3mm/d，沉降量的總量不小于15 mm；建筑物差異沉降量不超過1/1000，否則報

10、警。2.1.7 沉降觀測精度的要求根據(jù)建筑物的特性以及建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求選擇沉降觀測精度的等級。在沒有其它特別的要求情況下，對一般性的高層建構(gòu)筑物施工過程中，采用二等水準(zhǔn)測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。我在協(xié)眾雅居高層建筑工程施工過程中就采用二等水準(zhǔn)閉合導(dǎo)線測量的觀測方法，觀測方法取二測回，最大累計(jì)沉降量為10mm，且沉降速率小于3mm/d，未發(fā)生報警值的差異沉降值，取得了良好的效果。各項(xiàng)觀測指標(biāo)要求如下： (1) 往返較差附和或環(huán)線閉合差計(jì)算式： ha-b±l（n1/2），n表示測站數(shù)。(或ha-b±1.0（L1/2），L表示觀測路線距離)(2)前后視距 ： 30

11、m(3)前后視距差 ： 1.0m(4)前后視距累積差 3.0m(5)沉降觀測點(diǎn)相對于后視點(diǎn)的高差容差 ：±1.0mm(6)水準(zhǔn)儀的精度不低于N2級別針對本工程設(shè)定的報警值與判別標(biāo)準(zhǔn)為：監(jiān)測項(xiàng)目安全與危害判別內(nèi)容報警值與判別標(biāo)準(zhǔn)管理標(biāo)準(zhǔn)危害數(shù)值注意數(shù)值安全數(shù)值沉降點(diǎn)的沉降沉降量n1=實(shí)測或預(yù)測沉降n1>1510n115n1<10沉降點(diǎn)的差異沉降建筑物容許的差異沉降量n2=實(shí)測或預(yù)測沉降/測點(diǎn)跨間距離n2>1/10001/1500n21/1000n2<1/10002.1.7沉降觀測成果整理及計(jì)算要求原始數(shù)據(jù)要真實(shí)可靠，記錄計(jì)算要符合施工測量規(guī)范的要求，無涂改現(xiàn)象，

12、依據(jù)正確，嚴(yán)謹(jǐn)有序，步步有校核，數(shù)據(jù)結(jié)果有效的原則進(jìn)行成果的整理及計(jì)算。 2.2 具體施測程序及步驟2.2.1設(shè)定水準(zhǔn)控制網(wǎng)根據(jù)工程的布局特點(diǎn)、現(xiàn)場的環(huán)境條件制訂測量施測方案，由建設(shè)單位提供的水準(zhǔn)控制點(diǎn)(或城市精密導(dǎo)線點(diǎn))根據(jù)工程的測量施測方案和布網(wǎng)原則的要求采用“閉合環(huán)”或“往返閉合”的方法建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)。要求： (1)一般高層建筑物周圍要布置三個以上水準(zhǔn)點(diǎn)，通視良好，水準(zhǔn)點(diǎn)的間距不大于100米，(2)在場區(qū)內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個水準(zhǔn)點(diǎn)，并且場區(qū)內(nèi)各水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成閉合圖形，以便閉合檢校。(3)各水準(zhǔn)點(diǎn)要設(shè)在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外，基準(zhǔn)點(diǎn)是沉降觀測的基本控制，應(yīng)保持其堅(jiān)固與

13、穩(wěn)定。一般應(yīng)埋設(shè)在較遠(yuǎn)的基石或深埋于原狀土內(nèi)，根據(jù)工程的大小，地形地質(zhì)的條件以及觀測的精度要求，只要變形遠(yuǎn)小于觀測誤差，則可認(rèn)為是穩(wěn)定的。水準(zhǔn)點(diǎn)的埋深要符合二等水準(zhǔn)測量的要求(大于1.5米)。根據(jù)工程特點(diǎn)，建立合理的水準(zhǔn)控制網(wǎng)，與基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，平差計(jì)算出各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程。2.2.2建立固定的觀測路線由場區(qū)水準(zhǔn)控制網(wǎng)，并依據(jù)沉降觀測點(diǎn)的埋設(shè)要求或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的沉降觀測點(diǎn)布點(diǎn)圖，確定沉降觀測點(diǎn)的位置。在控制點(diǎn)與沉降觀測點(diǎn)之間建立固定的觀測路線，并在架設(shè)儀器站點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)處作好標(biāo)記樁，保證各次觀測均沿統(tǒng)一路線。2.2.3沉降觀測施測要求根據(jù)編制的工程施測方案及確定的觀測周期，首次觀測應(yīng)在觀測點(diǎn)安穩(wěn)固后及時進(jìn)行。

14、一般高層建筑物有一或數(shù)層地下結(jié)構(gòu)，首次觀測應(yīng)自基礎(chǔ)開始，在基礎(chǔ)的縱橫軸線上(基礎(chǔ)局邊)按設(shè)計(jì)好的位置埋設(shè)沉降觀測點(diǎn)(臨時的)，等臨時觀測點(diǎn)穩(wěn)固好，進(jìn)行首次觀測。首次觀測的沉降觀測點(diǎn)高程值是以后各次觀測用以比較的基礎(chǔ)，其精度要求非常高，施測時一般用S1或S05級精密水準(zhǔn)儀。并且要求每個觀測點(diǎn)首次高程應(yīng)在同期觀測兩次后決定?；A(chǔ)需要觀測基坑的回彈，回彈觀測點(diǎn)一般沿基坑縱、橫軸線或在能反映基坑回彈特征的其他位置上設(shè)立。根據(jù)工程測量規(guī)范規(guī)定回彈觀測點(diǎn)高程一般測定3次；第一次在基坑開挖前；第二次在基坑開挖后；第三次在澆筑基礎(chǔ)之前進(jìn)行，回彈觀測點(diǎn)的測量的高差中誤差因不大于±1mm。隨著建筑物主體

15、結(jié)構(gòu)每升高一層，臨時觀測點(diǎn)移上一層并進(jìn)行觀測直到十000再按規(guī)定埋設(shè)永久觀測點(diǎn)(為便于觀測可將永久觀測點(diǎn)設(shè)于十500mm)。然后每施工一層就復(fù)測一次，施工期測定觀測點(diǎn)通常不少于4次，以便得出荷重與沉降的關(guān)系；對于建造在深度為8-10以上的基坑中的基礎(chǔ)，沉降觀測貫穿整個工程直至竣工。2.2.4沉降觀測數(shù)據(jù)計(jì)算將每一的次觀測記錄整理檢查無誤后，進(jìn)行平差計(jì)算，求出各次每個觀測點(diǎn)的高程值。從而確定出沉降量。某一個觀測點(diǎn)的每周期沉降量計(jì)算式： cH（n，I）-H（n，I -1） n表示某個觀測點(diǎn)號，I表示觀測周期數(shù)(I1，2，3)且 H1H0累計(jì)沉降量計(jì)算式： Cc(n)，n表示觀測點(diǎn)號。2.2.5統(tǒng)計(jì)

16、表匯總(1)、根據(jù)各觀測周期平差計(jì)算的沉降量，列統(tǒng)計(jì)表，進(jìn)行匯總。(2)、繪制各觀測點(diǎn)的下沉曲線，首先建立下沉曲線坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為時間坐標(biāo)，縱坐標(biāo)上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。將統(tǒng)計(jì)表中各觀測點(diǎn)對應(yīng)的觀測周期所測得沉降量畫于坐標(biāo)中，并將相應(yīng)的荷載值也畫于坐標(biāo)中，連線，就得到對應(yīng)于荷載值的沉降曲線。(3) 根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖，我們可以預(yù)測建筑物的沉降趨勢，將建筑物的沉降情況及時的反饋到有關(guān)主管部門，準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工。特別是建設(shè)在沉降性較大的地基上的建筑物或重要建筑物的不均勻沉降監(jiān)測的觀測顯得更為重要。利用沉降曲線還可計(jì)算出因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜度計(jì)算式：q=Cm

17、-Cn/LmnCm,Cn分別為m，n點(diǎn)的總沉降量Lmn為m，n點(diǎn)的距離。對沉降觀測的成果分析，我們還可以找出同一地區(qū)類似結(jié)構(gòu)形式建筑物影響其沉降的主要因素，指導(dǎo)施工單位編好施工組織設(shè)計(jì)以及正確地指導(dǎo)施工具有重要意義。同樣也為勘察設(shè)計(jì)單位提供寶貴的一手資料，設(shè)計(jì)出更完善的施工圖紙。 2.2.6觀測在運(yùn)用中的注意事項(xiàng)：(1)嚴(yán)格按測量規(guī)范的要求施測。(2)前后視觀測最好用同一水平尺。(3)各次觀測必須按照固定的觀測路線進(jìn)行。(4)觀測時要避免陽光直射，且各觀測環(huán)境基本一致。(5)成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)。(6)隨時觀測，及時檢核計(jì)算，觀測時要次測成。(7)在雨季前后均要聯(lián)測，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高是否有變

18、動。(8)將各次所觀測沉降情況及時反饋有關(guān)部門，當(dāng)建筑物每天(24h)連續(xù)沉降量超過1mm時應(yīng)停止施工，會同有關(guān)部門采取應(yīng)急措施。3. 沉降觀測技術(shù)在運(yùn)用中存在的一些問題及其處理方法3.1建筑物沉降觀測精度的合理性。由于現(xiàn)行規(guī)范對施工單位施工過程的沉降觀測要求不明朗，這對施工單位在建筑物沉降觀測精度選擇隨意性較大，但是沉降觀測精度的高低直接關(guān)系到沉降觀測數(shù)據(jù)能否準(zhǔn)確地反映建筑物的沉降。故而對沉降觀測精度的選擇既不能太高也不能太低，只要合理適宜，適合工程特性的需要。既不造成無謂的才力浪費(fèi)也保證了觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。這樣，我本人認(rèn)為在一般高層及重要的建(構(gòu))筑物在首次觀測過程中適用精密儀器的設(shè)備(高

19、級水準(zhǔn)儀、銦 合金尺等)在±000以上部分按二等以上水準(zhǔn)測量方法，采用放大率倍數(shù)較大的S2或S3水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，也可以測出較理想的結(jié)果。3.2建筑物的沉降量與時間關(guān)系3.2.1沉降量與時間關(guān)系曲線在沉降觀測過程中，沉降量與時間關(guān)系曲線不是單邊下行光滑曲線，而是起伏狀現(xiàn)象的。這就是分析原因，進(jìn)行修正。 3.2.2第二次觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)回升而以后各次下降的原因第二次觀測出現(xiàn)回升，而以后各次觀測又出現(xiàn)逐漸下降的現(xiàn)象?？赡苁鞘状斡^測精過低，若回升超過5mm時，第一次觀測作廢，若回升5mm內(nèi)，第二次與第一次調(diào)整標(biāo)高一致。3.2.3時間曲線在某點(diǎn)突然回升現(xiàn)象的分析時間曲線在某點(diǎn)突然回升，其原因是：水準(zhǔn)點(diǎn)或觀測點(diǎn)被碰動所致且水準(zhǔn)點(diǎn)碰動后標(biāo)高低于碰前標(biāo)高，觀測點(diǎn)碰后高于碰前。處理方法是：取相鄰另一觀測點(diǎn)的相同期間沉降量作為被碰觀測點(diǎn)之沉降量。3.2.4時間曲線自某點(diǎn)起漸漸回升現(xiàn)象的分析時間曲線自某點(diǎn)起漸漸回升，其原因是：一般是水準(zhǔn)點(diǎn)下沉所致。處理方法是：確定水準(zhǔn)點(diǎn)的下沉值，并采取用符合