沉降觀測技術在高層建筑施工中的應用

1、沉降觀測在高層建筑施工應用中的技術控制夏愛民（南京宏亞建設有限公司）摘要：隨著我國經濟建設的發(fā)展，社會的不斷進步，高層、超高層及許多大型建(構)筑物越來越多。高層建筑物施工過程中應用沉降觀測加強過程監(jiān)控，指導合理的施工工序，并預防在施工過程中出現不均勻沉降，保證建筑結構安全及使用功能，及時反饋信息，加強沉降觀測技術控制具有重要意義。關鍵詞：高層建筑物；沉降觀測；技術控制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，并在建筑物上設定觀測點（又稱沉降點），利用測量儀器測定沉降點與水準控制點之間的高差變

2、化量。1.2沉降觀測的重要性隨著我國經濟建設的發(fā)展，社會的不斷進步，物質文明的極大提高。以及建筑設計和施工技術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)筑物越來越多。建(構)筑物在施工過程中及建成后一段相當長時間內都存在著下沉的現象，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的一些原因，包括建筑物本身的荷重、結構及機械運行中的震動等產生的沉降。例如建(構)筑物在修建前，地基中早已存在著來自土堤體本身重量、自重應力和修建后的建

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

4、的意義。在我國的現行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產設施基礎、動力設備基礎、滑坡監(jiān)測等均要進行沉降觀測。特別是在高層建筑物施工過程中應用沉降觀測加強過程監(jiān)控，指導合理的施工工序，并預防在施工過程中出現不均勻沉降，及時反饋信息為勘察設計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構的破壞或產生影響結構使用功能的裂縫，從而造成巨大的經濟損失和人員傷亡事故。另沉降觀測數據資料對建筑物沉降的規(guī)律、預測沉降的發(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救措施，以及對今后改進設計具有重要的指導和參考

5、價值。2. 沉降觀測技術的控制根據本人在南京江寧區(qū)協眾雅居10#、11#、12#樓3套住宅項目，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 儀器設備、人員素質的要求根據沉降觀測精度要求高的特點，為能精確地反映出建構筑物在不斷加荷作下的沉降情況，我國一般規(guī)定測量的誤差應小于變形值的120，為此要求沉降觀測應使用高精密水準儀(S1或S05級)，水準尺也應使用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦 合金水準尺。測量儀器要有計量權威部門定期的檢驗合格證，使用前要對儀器進行檢校。測

6、量人員素質的要求：必須接受專業(yè)的學習及技能培訓，熟練掌握儀器的操作方法和相關的測量規(guī)程，熟悉測量理論，并能針對不同的工程特點和現場的具體情況而采用不同的觀測方法及觀測程序，對施測過程中出現的一些問題能夠會分析其原因，并能正確的運用測量誤差理論知識進行平差計算，做到按時、快速、精確地完成每次觀測任務。2.1.2 觀測時間的要求 對建構筑物的沉降觀測時間有嚴格的限制條件，特別是首次觀測必須按時進行，否則沉降觀測得不到第一手的原始數據，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，根據工程進展情況必須定時進行，不得漏測或補測的情況。只有這樣，才能得到準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)定的觀測周期準時進行。2.1.3 觀測點的設置要求為了能夠準確地反映出建（構）筑物的沉降情況，沉降觀測點要埋設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置的沉降觀測點：縱橫向要對稱、相鄰點之間的間距以1530米為宜，均勻地分布在建筑物的周圍。在通常情況下，設計部門已在設計圖紙上設計有專門的沉降觀測點布置圖。在埋設沉降觀測點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，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：沉降觀測依據的基準點、工作基點和被觀測物上的沉降觀測點，點位要穩(wěn)定；所用儀器、設備要穩(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，使所測的結果具有統(tǒng)一的趨向性，能較準確地保證各次觀測結果與首次觀測結果的可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實。2.1.5 觀測的要求儀器、設備的操作方法與觀測程序要熟悉、準確。在首次觀測前要對

9、所用儀器的各項指標進行檢測校正，必要時經計量單位予以鑒定。對測量儀器連續(xù)使用了36個月，要重新對所用儀器、設備進行檢校。另在觀測過程中，操作人員之間要密切相互配合，工作協調一致，認真仔細，數據記錄真實、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展情況，觀測結束后應提交的資料有：沉降觀測成果表；沉降觀測點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規(guī)范要求提出報警值得要求，沉降觀測數據分析表：當沉降速度不超過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建筑物的特性以及建設、設計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筑物施工過程中，采用二等水準測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。我在協眾雅居高層建筑工程施工過程中就采用二等水準閉合導線測量的觀測方法，觀測方法取二測回，最大累計沉降量為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。各項觀測指標要求如下： (1) 往返較差附和或環(huán)線閉合差計算式： ha-b±l（n1/2），n表示測站數。(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)沉降觀測點相對于后視點的高差容差 ：±1.0mm(6)水準儀的精度不低于N2級別針對本工程設定的報警值與判別標準為：監(jiān)測項目安全與危害判別內容報警值與判別標準管理標準危害數值注意數值安全數值沉降點的沉降沉降量n1=實測或預測沉降n1>1510n115n1<10沉降點的差異沉降建筑物容許的差異沉降量n2=實測或預測沉降/測點跨間距離n2>1/10001/1500n21/1000n2<1/10002.1.7沉降觀測成果整理及計算要求原始數據要真實可靠，記錄計算要符合施工測量規(guī)范的要求，無涂改現象，

12、依據正確，嚴謹有序，步步有校核，數據結果有效的原則進行成果的整理及計算。 2.2 具體施測程序及步驟2.2.1設定水準控制網根據工程的布局特點、現場的環(huán)境條件制訂測量施測方案，由建設單位提供的水準控制點(或城市精密導線點)根據工程的測量施測方案和布網原則的要求采用“閉合環(huán)”或“往返閉合”的方法建立水準控制網。要求： (1)一般高層建筑物周圍要布置三個以上水準點，通視良好，水準點的間距不大于100米，(2)在場區(qū)內任何地方架設儀器至少后視到兩個水準點，并且場區(qū)內各水準點構成閉合圖形，以便閉合檢校。(3)各水準點要設在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外，基準點是沉降觀測的基本控制，應保持其堅固與

13、穩(wěn)定。一般應埋設在較遠的基石或深埋于原狀土內，根據工程的大小，地形地質的條件以及觀測的精度要求，只要變形遠小于觀測誤差，則可認為是穩(wěn)定的。水準點的埋深要符合二等水準測量的要求(大于1.5米)。根據工程特點，建立合理的水準控制網，與基準點聯測，平差計算出各水準點的高程。2.2.2建立固定的觀測路線由場區(qū)水準控制網，并依據沉降觀測點的埋設要求或圖紙設計的沉降觀測點布點圖，確定沉降觀測點的位置。在控制點與沉降觀測點之間建立固定的觀測路線，并在架設儀器站點與轉點處作好標記樁，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編制的工程施測方案及確定的觀測周期，首次觀測應在觀測點安穩(wěn)固后及時進行。

14、一般高層建筑物有一或數層地下結構，首次觀測應自基礎開始，在基礎的縱橫軸線上(基礎局邊)按設計好的位置埋設沉降觀測點(臨時的)，等臨時觀測點穩(wěn)固好，進行首次觀測。首次觀測的沉降觀測點高程值是以后各次觀測用以比較的基礎，其精度要求非常高，施測時一般用S1或S05級精密水準儀。并且要求每個觀測點首次高程應在同期觀測兩次后決定?；A需要觀測基坑的回彈，回彈觀測點一般沿基坑縱、橫軸線或在能反映基坑回彈特征的其他位置上設立。根據工程測量規(guī)范規(guī)定回彈觀測點高程一般測定3次；第一次在基坑開挖前；第二次在基坑開挖后；第三次在澆筑基礎之前進行，回彈觀測點的測量的高差中誤差因不大于±1mm。隨著建筑物主體

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

16、表匯總(1)、根據各觀測周期平差計算的沉降量，列統(tǒng)計表，進行匯總。(2)、繪制各觀測點的下沉曲線，首先建立下沉曲線坐標，橫坐標為時間坐標，縱坐標上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。將統(tǒng)計表中各觀測點對應的觀測周期所測得沉降量畫于坐標中，并將相應的荷載值也畫于坐標中，連線，就得到對應于荷載值的沉降曲線。(3) 根據沉降量統(tǒng)計表和沉降曲線圖，我們可以預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主管部門，準確地指導施工。特別是建設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算出因地基不均勻沉降引起的建筑物傾斜度計算式：q=Cm

17、-Cn/LmnCm,Cn分別為m，n點的總沉降量Lmn為m，n點的距離。對沉降觀測的成果分析，我們還可以找出同一地區(qū)類似結構形式建筑物影響其沉降的主要因素，指導施工單位編好施工組織設計以及正確地指導施工具有重要意義。同樣也為勘察設計單位提供寶貴的一手資料，設計出更完善的施工圖紙。 2.2.6觀測在運用中的注意事項：(1)嚴格按測量規(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。(6)隨時觀測，及時檢核計算，觀測時要次測成。(7)在雨季前后均要聯測，檢查水準點的標高是否有變

18、動。(8)將各次所觀測沉降情況及時反饋有關部門，當建筑物每天(24h)連續(xù)沉降量超過1mm時應停止施工，會同有關部門采取應急措施。3. 沉降觀測技術在運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系到沉降觀測數據能否準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也保證了觀測結果的準確性。這樣，我本人認為在一般高層及重要的建(構)筑物在首次觀測過程中適用精密儀器的設備(高

19、級水準儀、銦 合金尺等)在±000以上部分按二等以上水準測量方法，采用放大率倍數較大的S2或S3水準儀進行觀測，也可以測出較理想的結果。3.2建筑物的沉降量與時間關系3.2.1沉降量與時間關系曲線在沉降觀測過程中，沉降量與時間關系曲線不是單邊下行光滑曲線，而是起伏狀現象的。這就是分析原因，進行修正。 3.2.2第二次觀測數據出現回升而以后各次下降的原因第二次觀測出現回升，而以后各次觀測又出現逐漸下降的現象?？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，第二次與第一次調整標高一致。3.2.3時間曲線在某點突然回升現象的分析時間曲線在某點突然回升，其原因是：水準點或觀測點被碰動所致且水準點碰動后標高低于碰前標高，觀測點碰后高于碰前。處理方法是：取相鄰另一觀測點的相同期間沉降量作為被碰觀測點之沉降量。3.2.4時間曲線自某點起漸漸回升現象的分析時間曲線自某點起漸漸回升，其原因是：一般是水準點下沉所致。處理方法是：確定水準點的下沉值，并采取用符合