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(zhǔn)備起，到全部工程竣工后的一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)按施工與設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)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(hù)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(dǎo)施工，這是直接為施工服務(wù)的變形觀測；另一部分是在整個(gè)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(shè)計(jì)的正確性，并為有關(guān)地基基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反饋信息。14.2.1 監(jiān)測項(xiàng)目清單 監(jiān)測項(xiàng)目清單見表14-3。表14-3 高層建筑監(jiān)測項(xiàng)目清單 監(jiān)測項(xiàng)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(diǎn)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(yīng)在打樁、井點(diǎn)降水影響范圍以外設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，對距基坑一定范圍的建(構(gòu))筑物上設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，并進(jìn)行沉降觀測。并針對其變形情況，采取安全防護(hù)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(jìn)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(shí)對塔基四角進(jìn)行沉降觀測，檢查塔基下沉和傾斜狀況，以確保塔吊運(yùn)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(jī)打直徑100mm的鉆

3、孔至基礎(chǔ)底面以下300500mm處，在鉆孔套管內(nèi)壓設(shè)特制的測量標(biāo)志，測定其標(biāo)高。當(dāng)套管提出后，測量標(biāo)志即留在原處。待基坑挖至底面時(shí)，測出其標(biāo)高，然后，在澆筑混凝土基礎(chǔ)前，再測一次標(biāo)高，從而得到各點(diǎn)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(xiàng)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(yuǎn)的不同影響。這項(xiàng)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(dāng)澆筑基礎(chǔ)墊層時(shí)，就在墊層上設(shè)計(jì)指定的位置埋設(shè)好臨時(shí)觀測點(diǎn)。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(hù)坡樁的位移觀測無論是鋼板護(hù)坡樁還是混凝土護(hù)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(hù)坡樁基坑一側(cè)500mm左右設(shè)置平行控制線，用經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線法，定期進(jìn)行觀測，以確保護(hù)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(xiàng)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(shí)測一次。實(shí)測時(shí)應(yīng)選在日照有明顯變化的晴天天氣進(jìn)行，從清晨起

5、每一小時(shí)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(dāng)建筑物在平面位置上發(fā)生位移時(shí)，應(yīng)根據(jù)位移的可能情況，在其縱向和橫向上分別設(shè)置觀測點(diǎn)和控制線，用經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線或小角度法進(jìn)行觀測。傾斜觀測1建(構(gòu))筑物豎向傾斜觀測一般要在進(jìn)行傾斜監(jiān)測的建(構(gòu))筑物上設(shè)置上、下二點(diǎn)或上、中、下多點(diǎn)觀測標(biāo)志，各標(biāo)志應(yīng)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(diǎn)的位置，然后根據(jù)高差計(jì)算傾斜量?；蛞阅骋还潭ǚ较?yàn)楹笠暎脺y回法觀測各點(diǎn)的水平角及高差，再進(jìn)行傾斜量的計(jì)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(diǎn)的間距，即可計(jì)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(diǎn) 1）精度要求高 為了能準(zhǔn)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(yīng)小于變形量的110120。為此，變形觀測中應(yīng)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(shí)間性強(qiáng) 各項(xiàng)變形觀測的首期觀測時(shí)間必須按要求及時(shí)進(jìn)行，否則得不到初始數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)觀測失去意義。其它各階段的復(fù)測，也必須根據(jù)工程進(jìn)展定時(shí)進(jìn)行，不得漏測，這樣才能得到準(zhǔn)確的變形量及其變化情況。 3）提交觀測成果要及時(shí) 對于施工期間的變形監(jiān)

7、測，一定要及時(shí)提交監(jiān)測成果，以便進(jìn)行信息化施工。另外，觀測成果要可靠、資料要完整，這是進(jìn)行變形分析的需要，否則得不到符合實(shí)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(shí)間一次不漏的進(jìn)行觀測外，在觀測中應(yīng)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(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，其點(diǎn)位要穩(wěn)定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是變形觀測的基本依據(jù)，每項(xiàng)工程至少要有3個(gè)穩(wěn)固可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)，并每半年復(fù)測一次，工作基點(diǎn)是觀測中直接使用的依據(jù)點(diǎn)，要選在距觀測點(diǎn)較近但比較穩(wěn)定的地方。對通視條件較好或觀測項(xiàng)目較少的高層建筑，可不設(shè)工作基點(diǎn)，而直接依據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測。變形觀測點(diǎn)應(yīng)設(shè)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(shè)備要固定；觀測人員要固定；觀測的時(shí)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(zhǔn)儀在高層建筑沉降觀測中的應(yīng)用 日本TOPCON公司生產(chǎn)的電子水準(zhǔn)儀DL-101C的標(biāo)稱精度為 0.4mm/km，完全能夠達(dá)到沉降觀測所需要的二等水準(zhǔn)測量的精度要求。筆者利用電子數(shù)字水準(zhǔn)儀DL-101C進(jìn)行高層建筑的沉降觀測，取得良好效果。 1）儀器實(shí)測精度分析 我們用電子數(shù)字水準(zhǔn)儀DL-101C對南京某高層住宅樓（28層）進(jìn)行了沉降觀測，從該樓0.000開始至封頂期間共進(jìn)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(zhǔn)路線，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可以求得當(dāng)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。現(xiàn)將20次實(shí)測高差閉合差fh （即W）列于表14-4。表14-4 沉降觀測實(shí)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(diǎn)高程測量精度：。 從表中的統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知，電子數(shù)字水準(zhǔn)儀DL-101C應(yīng)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(shí)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(zhǔn)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(shí)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(dòng)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(dòng)器，而筆記本電腦大都配有12個(gè)PC卡驅(qū)動(dòng)器。因?yàn)閣indows98都不能自動(dòng)搜索到該硬件，因此，需要人為地在計(jì)算機(jī)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(gè)PC卡驅(qū)動(dòng)器，則第二句應(yīng)改為：device=c:windowssystemcarddrv.exe /slot=1然后重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)即可。PC卡驅(qū)動(dòng)器在電腦中標(biāo)識為“可移動(dòng)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(shí)現(xiàn)，而無需使用卡讀器。 3）應(yīng)用軟件開發(fā) 電子數(shù)字水準(zhǔn)儀最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是野外觀測數(shù)據(jù)能自動(dòng)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(dòng)化提供了方便。沉降觀測是定期進(jìn)行觀測的，觀測周期長，觀測次數(shù)多，人工進(jìn)行成果整理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易發(fā)生差錯(cuò)，因此，為了提高工作效率，進(jìn)行應(yīng)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(shè)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(jìn)行沉降觀測的成果整理，如計(jì)算

13、各點(diǎn)的本次沉降量、累計(jì)沉降量等，還可讓計(jì)算機(jī)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(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行平差計(jì)算，然后將平差計(jì)算的當(dāng)次沉降觀測高程成果自動(dòng)添加到某一個(gè)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(shí)例結(jié)果 南京某高層住宅沉降觀測點(diǎn)平面位置布置圖見圖14-2。利用該軟件計(jì)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(diǎn)的數(shù)據(jù)），沉降曲線圖見圖14-3。有此軟件支持，可以實(shí)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(diǎn)布置圖表14-5 南京某高層住宅部分沉降觀測點(diǎn)沉降監(jiān)測成果表 (單位：mm)觀測日期觀測點(diǎn)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(xué)精密水準(zhǔn)儀（如Ni007，NA2等）進(jìn)行沉降觀測時(shí)，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(shè)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(jìn)行平差計(jì)算、自動(dòng)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(dòng)生成沉降成果電子表格和繪制沉降曲線圖。 5）應(yīng)用前景 將電子數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)用于沉降觀測，有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）效率高。由于儀器重量輕，又是

17、自動(dòng)讀數(shù)，作業(yè)員勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǔn)儀的性能穩(wěn)定； （3）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。利用PCMCIA卡記錄數(shù)據(jù)，可很方便地與電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，再利用應(yīng)用軟件，可自動(dòng)生成沉降成果電子表格、自動(dòng)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(zhǔn)儀應(yīng)用于其它領(lǐng)域，同樣有上述優(yōu)點(diǎn)。因此，電子數(shù)字水準(zhǔn)儀代表了當(dāng)今水準(zhǔn)測量發(fā)展的方向，有著廣闊的應(yīng)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(shè)南京某高教公寓，掌握大樓施工過程中的變形情況，建設(shè)單位委托東南大學(xué)對南京某高教公寓A、B兩大樓主體進(jìn)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(shè)了12個(gè)沉降觀測點(diǎn)。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(chǔ)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(jìn)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(jì)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(jì)沉降量分析 從表14-6中可以看出，A幢累計(jì)沉降量最大值是-12.7mm（212點(diǎn)），212點(diǎn)的平均下沉速度為-0.060mm/d（即每天下沉0.060mm）；