高層建筑變形監(jiān)測

1、 14.2 高層建筑變形監(jiān)測 高層建筑從施工準備起，到全部工程竣工后的一段時間內(nèi)，應按施工與設計的要求，進行沉降、位移和傾斜等變形觀測。一般分兩部分：一部分是觀測高層建筑施工造成周圍鄰近建(構(gòu))筑物和護坡樁的變形以及日照等對建筑物施工影響的變形，以保證安全和正確指導施工，這是直接為施工服務的變形觀測；另一部分是在整個施工過程中和竣工后，觀測高層建筑各部位的變形，以檢查施工質(zhì)量和工程設計的正確性，并為有關地基基礎與結(jié)構(gòu)設計反饋信息。14.2.1 監(jiān)測項目清單 監(jiān)測項目清單見表14-3。表14-3 高層建筑監(jiān)測項目清單 監(jiān)測項目監(jiān)測內(nèi)容沉降觀測1施工對鄰近建(構(gòu))筑物影響的觀測打樁和采用井點降低水

2、位等，均會使鄰近建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不均勻的沉降、裂縫和位移等變形。為此，應在打樁、井點降水影響范圍以外設基準點，對距基坑一定范圍的建(構(gòu))筑物上設置沉降觀測點，并進行沉降觀測。并針對其變形情況，采取安全防護措施。2施工塔吊基座的沉降觀測高層建筑施工使用的塔吊，噸位和臂長均較大。隨著施工的進展，塔吊可能會因塔基下沉、傾斜而發(fā)生事故。因此，要根據(jù)情況及時對塔基四角進行沉降觀測，檢查塔基下沉和傾斜狀況，以確保塔吊運轉(zhuǎn)安全。3地基回彈觀測一般基坑越深，挖土后基坑底面的原土向上回彈的越多，建筑物施工后其下沉也越大。為了測定地基的回彈值，基坑開挖前，在擬建高層建筑的縱、橫主軸線上，用鉆機打直徑100mm的鉆

3、孔至基礎底面以下300500mm處，在鉆孔套管內(nèi)壓設特制的測量標志，測定其標高。當套管提出后，測量標志即留在原處。待基坑挖至底面時，測出其標高，然后，在澆筑混凝土基礎前，再測一次標高，從而得到各點的地基回彈值。地基回彈值是研究地基土體結(jié)構(gòu)和高層建筑物地基下沉的重要資料。4地基分層和鄰近地面的沉降觀測這項觀測是了解地基下不同深度、不同土層受力的變形情況與受壓層的深度，以及了解建筑物沉降對鄰近地面由近及遠的不同影響。這項觀測的目的和方法基本與地基回彈觀測相同。5建筑物自身的沉降觀測這是高層建筑沉降觀測的主要內(nèi)容。當澆筑基礎墊層時，就在墊層上設計指定的位置埋設好臨時觀測點。一般每施工一層觀測一次，直

4、至竣工。工程竣工后的第一年內(nèi)要測四次，第二年測二次，第三年后每年一次，直至下沉穩(wěn)定為止。一般砂土地基測二年，粘性土地基測五年，軟土地基測十年。位移觀測1護坡樁的位移觀測無論是鋼板護坡樁還是混凝土護坡樁，在基坑開挖后，由于受側(cè)壓力的影響，樁身均會向基坑方向產(chǎn)生位移。為監(jiān)測其位移情況，一般要在護坡樁基坑一側(cè)500mm左右設置平行控制線，用經(jīng)緯儀視準線法，定期進行觀測，以確保護坡樁的安全。2日照對高層建筑物上部位移變形的觀測這項觀測對施工中如何正確控制高層建(構(gòu))筑物的豎向偏差具有重要作用。觀測隨建(構(gòu))筑物施工高度的增加，一般每30m左右實測一次。實測時應選在日照有明顯變化的晴天天氣進行，從清晨起

5、每一小時觀測一次，至次日清晨，以測得其位移變化數(shù)值與方向，并記錄向陽面與背陽面的溫度。豎向位置以使用天頂法為宜。3建筑物本身的位移觀測由于地質(zhì)或其它原因，當建筑物在平面位置上發(fā)生位移時，應根據(jù)位移的可能情況，在其縱向和橫向上分別設置觀測點和控制線，用經(jīng)緯儀視準線或小角度法進行觀測。傾斜觀測1建(構(gòu))筑物豎向傾斜觀測一般要在進行傾斜監(jiān)測的建(構(gòu))筑物上設置上、下二點或上、中、下多點觀測標志，各標志應在同一豎直面內(nèi)。用經(jīng)緯儀正倒鏡法，由上而下投測各觀測點的位置，然后根據(jù)高差計算傾斜量?；蛞阅骋还潭ǚ较驗楹笠?，用測回法觀測各點的水平角及高差，再進行傾斜量的計算。2建(構(gòu))筑物不均勻下沉對豎向傾斜影響

6、的觀測這是高層建筑中最常見的傾斜變形觀測，利用沉降觀測的數(shù)據(jù)和觀測點的間距，即可計算由于不均勻下沉對傾斜的影響。14.2.2 變形監(jiān)測的特點 1）精度要求高 為了能準確地反映出建(構(gòu))筑物的變形情況，一般規(guī)定測量的誤差應小于變形量的110120。為此，變形觀測中應使用精密測量儀器和精密的測量方法。具體精度要求參見第8章第8.2節(jié)的表8-1表8-3。 2）觀測時間性強 各項變形觀測的首期觀測時間必須按要求及時進行，否則得不到初始數(shù)據(jù)，從而使整個觀測失去意義。其它各階段的復測，也必須根據(jù)工程進展定時進行，不得漏測，這樣才能得到準確的變形量及其變化情況。 3）提交觀測成果要及時 對于施工期間的變形監(jiān)

7、測，一定要及時提交監(jiān)測成果，以便進行信息化施工。另外，觀測成果要可靠、資料要完整，這是進行變形分析的需要，否則得不到符合實際的結(jié)果。14.2.3 變形監(jiān)測的基本措施 為了保證變形觀測成果的精度，除按規(guī)定時間一次不漏的進行觀測外，在觀測中應采取“一穩(wěn)定、四固定”的基本措施。 1）一穩(wěn)定 一穩(wěn)定是指變形觀測依據(jù)的基準點和工作基點，其點位要穩(wěn)定?；鶞庶c是變形觀測的基本依據(jù)，每項工程至少要有3個穩(wěn)固可靠的基準點，并每半年復測一次，工作基點是觀測中直接使用的依據(jù)點，要選在距觀測點較近但比較穩(wěn)定的地方。對通視條件較好或觀測項目較少的高層建筑，可不設工作基點，而直接依據(jù)基準點觀測。變形觀測點應設在被觀測物上

8、最能反映變形特征，且便于觀測的位置。 2）四固定 四固定是指：所用儀器、設備要固定；觀測人員要固定；觀測的時間要固定；觀測的路線、鏡位、程序和方法要固定。14.2.4 電子水準儀在高層建筑沉降觀測中的應用 日本TOPCON公司生產(chǎn)的電子水準儀DL-101C的標稱精度為 0.4mm/km，完全能夠達到沉降觀測所需要的二等水準測量的精度要求。筆者利用電子數(shù)字水準儀DL-101C進行高層建筑的沉降觀測，取得良好效果。 1）儀器實測精度分析 我們用電子數(shù)字水準儀DL-101C對南京某高層住宅樓（28層）進行了沉降觀測，從該樓0.000開始至封頂期間共進行了26次沉降觀測，每蓋一層觀測一次。每次觀測均構(gòu)

9、成一條閉合水準路線，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可以求得當次的高差閉合差，監(jiān)測中有6次觀測因現(xiàn)場條件的原因而沒有閉合?，F(xiàn)將20次實測高差閉合差fh （即W）列于表14-4。表14-4 沉降觀測實測精度分析表序號m測站數(shù)n閉合差W(mm)W2(10-4)序號m測站數(shù)n閉合差W(mm)W2(10-4)16-0.214411160.431849260.04161260.26676360.331089136-0.1112146-0.152251460.623844560.472209156-0.25625660.31961166-0.1832476-0.17289176-0.46211686-0.0636186-0.

10、28784960.193611960.011106-0.5227042060.26676ww1.9347，m20，n6；每測站高差中誤差： ；沉降觀測最弱點高程測量精度：。 從表中的統(tǒng)計計算可知，電子數(shù)字水準儀DL-101C應用于高層建筑的沉降觀測，雖然現(xiàn)場觀測條件較差，但其實測精度是比較高的，完全能夠滿足沉降觀測的精度要求。 2）數(shù)據(jù)通訊DL-101C電子數(shù)字水準儀，帶有PCMCIA卡（以下簡稱PC卡），PC卡與儀器內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)通訊可通過儀器菜單“工具模式(Utility)”的操作來實現(xiàn)（詳見儀器操作手冊）。存有數(shù)據(jù)的PC卡，可直接插入到電腦的PC卡驅(qū)動器中，從而將測量數(shù)據(jù)傳輸給電腦。臺式

11、電腦一般沒有PC卡驅(qū)動器，而筆記本電腦大都配有12個PC卡驅(qū)動器。因為windows98都不能自動搜索到該硬件，因此，需要人為地在計算機C盤根目錄下的系統(tǒng)文件config.sys中添加兩句：device=c:windowssystemcsmapper.sysdevice=c:windowssystemcarddrv.exe /slot=2若電腦只有1個PC卡驅(qū)動器，則第二句應改為：device=c:windowssystemcarddrv.exe /slot=1然后重新啟動計算機即可。PC卡驅(qū)動器在電腦中標識為“可移動磁盤X：（X為該電腦盤符序號）”。因此，儀器內(nèi)存與電腦之間的數(shù)據(jù)通訊，通過P

12、C卡可很方便地實現(xiàn)，而無需使用卡讀器。 3）應用軟件開發(fā) 電子數(shù)字水準儀最大的一個優(yōu)點是野外觀測數(shù)據(jù)能自動記錄并存儲在儀器內(nèi)存中，通過PC卡，又可將儀器內(nèi)存中的原始觀測數(shù)據(jù)傳送到電腦，這就為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的自動化提供了方便。沉降觀測是定期進行觀測的，觀測周期長，觀測次數(shù)多，人工進行成果整理費時費力，且容易發(fā)生差錯，因此，為了提高工作效率，進行應用軟件開發(fā)是很有必要的。 筆者選用了Visual Basic 5.0作為軟件開發(fā)平臺，已開發(fā)出沉降觀測內(nèi)業(yè)處理軟件(for windows95)。軟件開發(fā)的總體設想是：將各次觀測的平差成果存入到某一指定數(shù)據(jù)文件中，然后通過編程進行沉降觀測的成果整理，如計算

13、各點的本次沉降量、累計沉降量等，還可讓計算機繪制沉降曲線圖。 軟件界面很友好，可視化操作，使用簡單、方便。軟件主要功能有：（1）讀取PC卡數(shù)據(jù)后，能自動進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，并進行平差計算，然后將平差計算的當次沉降觀測高程成果自動添加到某一個指定的數(shù)據(jù)文件中；（2）能生成沉降成果表格文件；（3）能繪制沉降曲線圖；（4）有在線幫助功能，按F1鍵，便可得到在線操作幫助。 4）實例結(jié)果 南京某高層住宅沉降觀測點平面位置布置圖見圖14-2。利用該軟件計算得到的沉降成果電子表格見表14-5（注：因保密原因，表中只列出了部分點的數(shù)據(jù)），沉降曲線圖見圖14-3。有此軟件支持，可以實現(xiàn)沉降觀測內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)。

14、圖14-2 某高層住宅沉降觀測點布置圖表14-5 南京某高層住宅部分沉降觀測點沉降監(jiān)測成果表 (單位：mm)觀測日期觀測點號101104106110112第23期97.08.30（第23層）高 程 值8011.48007.98009.38000.0本次沉降-0.7-0.6-0.9-1.1累計沉降-11.7-11.1-13.7-16.0第24期97.09.05（第24層）高 程 值8010.48007.08008.17998.3本次沉降-1.0-0.9-1.2-1.7累計沉降-12.7-12.0-14.9-17.7第25期97.09.13（第25層）高 程 值8010.38006.88007.9

15、7998.0本次沉降-0.1-0.2-0.2-0.3累計沉降-12.8-12.2-15.1-18.0第26期97.09.18（第26層）高 程 值8009.58005.88006.57996.8本次沉降-0.8-1.0-1.4-1.2累計沉降-13.6-13.2-16.5-19.2第27期97.09.24（第27層）高 程 值8008.48005.08005.87995.6本次沉降-1.1-0.8-0.7-1.2累計沉降-14.7-14.0-17.2-20.4第28 期97.09.29（第28層）高 程 值8007.88004.48004.97994.7本次沉降-0.6-0.6-0.9-0.9

16、累計沉降-15.3-14.6-18.1-21.3圖14-3 沉降曲線圖 另外，本軟件同樣適用于常規(guī)儀器沉降觀測的內(nèi)業(yè)處理。利用光學精密水準儀（如Ni007，NA2等）進行沉降觀測時，記錄方式有電子手簿記錄和人工記錄兩種，如果是電子手簿記錄，則先要設法將電子手簿記錄的原始數(shù)據(jù)傳送到電腦，本軟件亦可對此原始記錄數(shù)據(jù)進行平差計算、自動生成沉降成果電子表格和繪制沉降曲線圖。如果是手工記錄，則要將各次觀測平差成果通過人工輸入到電腦，并保存在一數(shù)據(jù)文件中，利用本軟件可以自動生成沉降成果電子表格和繪制沉降曲線圖。 5）應用前景 將電子數(shù)字水準儀應用于沉降觀測，有以下優(yōu)點： （1）效率高。由于儀器重量輕，又是

17、自動讀數(shù)，作業(yè)員勞動強度大大減輕，觀測速度快，且無需記錄員，大大提高了工作效率； （2）精度高。測量高差閉合差都能滿足沉降觀測的限差要求，從表14-4中的數(shù)據(jù)可以看出，大部分的測量高差閉合差fh的絕對值小于0.4mm，說明電子數(shù)字水準儀的性能穩(wěn)定； （3）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動化。利用PCMCIA卡記錄數(shù)據(jù)，可很方便地與電腦實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，再利用應用軟件，可自動生成沉降成果電子表格、自動繪制沉降曲線圖等，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作變得非常輕松、迅速。電子數(shù)字水準儀應用于其它領域，同樣有上述優(yōu)點。因此，電子數(shù)字水準儀代表了當今水準測量發(fā)展的方向，有著廣闊的應用前景。14.2.5 某高教公寓主體沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 1

18、）概況 為高質(zhì)量地建設南京某高教公寓，掌握大樓施工過程中的變形情況，建設單位委托東南大學對南京某高教公寓A、B兩大樓主體進行沉降監(jiān)測?，F(xiàn)將A大樓主體施工階段的沉降監(jiān)測情況作簡要介紹。 2）沉降監(jiān)測成果 南京某高教公寓A大樓布設了12個沉降觀測點。根據(jù)工程測量規(guī)范，主體施工階段，大樓每施工12層觀測一次。A幢是在1998年10月19日基礎施工完畢之后作首次觀測的，至1999年月20日結(jié)構(gòu)封頂（32層）共進行了20次觀測，觀測結(jié)果見表14-6。表14-6 A幢沉降監(jiān)測累計沉降量成果表（單位：mm）觀測日期20120220320420520620720820921021121298/10/19-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.099/05/20-9.2-5.3-10.2-9.3-5.4-5.4-7.1-10.2-11.5-9.6-8.1-12.7 3）沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 （1）累計沉降量分析 從表14-6中可以看出，A幢累計沉降量最大值是-12.7mm（212點），212點的平均下沉速度為-0.060mm/d（即每天下沉0.060mm）；