高层建筑物沉降监测及结果分析

刘舜

(陕西铁路工程职业技术学院测绘工程系，陕西渭南714000)

建筑物基础发生较大的沉降或发生明显的不均匀沉降将对工程带来巨大的安全隐患和质量问题。因此，施工期间及竣工后，能够有效地进行监测并通过已有观测数据来预测建筑物地基的变形情况已成为确保建筑物安全的重要工作。以某高层住宅楼工程为例，简单介绍地基沉降监测，并且对沉降监测的结果进行分析与预测。

1 工程概况

该工程为高层住宅楼，该高层住宅楼的主体工程为地下1层，地上31层，建筑长60.8 m、宽28.9 m、高104.4 m。楼层为全剪力墙结构。笔者所在学院受业主委托对该楼进行了沉降监测。

2 基准点及沉降点的布设

为了观测该高层住宅楼的主体沉降，在其影响范围之外的稳定地区埋设了4个基准点(BM1～BM3，BM2b)，及一个工作点(BM2a)。5个点构成基准网并定期进行联测，以检查基准点的稳定性。每次观测都连测基准点与工作点间的高程差，确定工作点新的高程，再从工作点出发观测变形点。每次观测都尽量沿固定的观测路线观测变形点，以降低测量误差，提高观测精度。

图1 沉降点位分布示意

根据楼房设计方案，在该住宅楼上共布设有15个沉降观测点(1#～15#)，点位分布情况如图1所示。

3 沉降点的监测

该住宅楼属于大型高层建筑物，由于它还处在施工建设之中，对其观测的主要内容就是均匀沉降和不均匀沉降，方法采用的是精密水准测量。该测量方法的特点为观测精度高，工作量大，难以多次重复，一般只进行往返测，也就是往返测(符合要求的)高差平均作为高差的最或是值。当评定这种最或是值的精度时，也只有往返测高差之差可资利用，它反映了水准测量各种误差共同作用的结果，具有真误差的性质，它们含有偶然误差的影响也含有系统误差的影响。

3.1 监测任务及监测周期

监测从主体修筑至±0.00开始观测，每增高一层观测1次。共33次，主体封顶后，每两个月观测1次，共6次，竣工后第一年每季度观测1次，第二年每半年观测1次，共6次。通过观测，建筑物已达到稳定即告完成。观测结果应符合国家《建筑变形测量规程》(JGJ/78—97)及《工程测量规范》要求。

3.2 施测方法与技术要求

根据高程精度的要求，观测采用ZEISS厂Ni007水准仪，配合线条式铟瓦合金水准尺，基准点、工作点和沉降观测点组成环线进行观测，测站限差见表1，环线闭合差≤±0.6(mm)，n为测站数。

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3.3 施测要求

对于仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3～6个月应重新对所用仪器、设备进行检校。在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。

此外沉降观测自始至终要遵循“五定”原则。所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本上要一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。这些措施在客观上可以尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。

4 观测精度的确定及最弱点的精度估算

沉降监测的精度主要取决于观测的目的、建筑物的结构和基础的类型。根据国际测量工作者联合会(FIC)提出的变形监测精度要求，如果观测是为了监测建筑物的安全，其观测中误差应小于容许变形值的1/10～1/20;如果观测是为了研究变形的过程，则其中误差比上述数值小得多。根据这一原则，通常采用“以当时可能达到的最高精度”确定变形观测精度。按照上述要求，结合该楼的实际情况，可根据如下公式确定高程观测精度

式中:△为容许变形量值;K为安全系数;t为置信区间内最大误差的比例值。本次监测，K选用1/20=0.05，t选用2，△取40 mm则

即变形观测的精度为≤±1 mm。

沉降点按Ⅱ等水准测量的要求观测，测站高差中误差主要有置平误差(m2)、瞄准误差(mm)、读数误差(md)，且三者是相互独立的，即测站高差(m)按式(2)计算。

式中:τ为水准管分划值，Ni007仪器取τ=10″;s为视线长度，取其最大值为50 m;v为望远镜放大倍数，Ni007仪器为40。代入上式可得:

在闭合水准路线中，高程最弱点位于水准路线的中央，根据沉降监测水准路线、施测方法，最弱点为8号沉降监测点，从基准点BM4观测到8号沉降点的各期观测均小于14站，则平差后最弱点高程中误差(mr)按式(3)计算。

因此，所设计的观测方案完全符合沉降监测的精度要求。

5 沉降观测及成果

从2008年9月23日至2009年2月1日，对该楼实施了16次观测。由于开始建楼时监测点位没有及时做好以及基坑回填等原因，所以在16期观测时该楼房已经建至18层。

在基坑回填间，1#，8#，10#沉降监测点有多期不能观测。从10期开始，15#沉降观测点被标志牌遮挡，不能观测。每次观测均计算环线的闭合差并与限差进行比较，超限则重新观测以确保观测质量。

6 沉降监测结果的综合分析

沉降规律分析研究是沉降工作必不可少的工作阶段，它是(包括)对所采集的数据进行整理、归纳和研究，是监测工作的重要组成部分。规律分析应及时进行，否则监测就失去了意义。因为监测工作的真正价值在于能起到工程安全监测和工程状态说明或预测的作用，及时采取应对措施，保证工程顺利进行，因此，一定要强调观测资料的及时整理和分析，并由此提出工程评价，指导工程施工。

根据该高层住宅楼沉降点各期观测结果，通过平差计算，得到沉降点每期观测的高程值及观测精度(其观测精度符合设计要求)，计算出了每期观测平均沉降量和平均沉降速率，绘制出了1#～15#点(由于篇幅问题这里只选取1#点监测数据做成果表与沉降曲线如表2及图2)和该高层住宅楼沉降点的平均沉降和平均沉降速率曲线图(如表3及图3)，这些图反映了该楼体沉降的过程和速率。

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图2 1#点沉降曲线

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图3 住宅楼沉降曲线

7 结论

综合以上分析资料及图表，得出以下结论。

(1)该高层住宅楼变形监测点的沉降范围为:－15.8～－27.6 mm(15#号沉降监测点除外)，平均沉降变化量为－21.9 mm，由沉降曲线可看出该楼基本呈均匀下沉趋势。

(2)该楼在第11期、12期有约4 mm的沉降值，第13期又有较大回弹(约3 mm)。笔者对此3期及前后几期数据做了认真的检查，也复查了基准网，均未发现观测问题。第11期、12期观测时，正值楼体基坑回填，西安又连降大雪，温度极低。第12期至第13期时天气回暖。此异常可能与天气有关。气温变化对铟瓦合金尺和建筑物本身都有影响，这里采用的是国产铟瓦合金尺，受气温变化影响可能较大。后来的观测数据基本呈平稳下降趋势。

(3)该楼在2008年11月3日到2009年2月1日之间沉降速度较快，2月1日后沉降速度放缓。

(4)从2009年6月28日封顶至今，楼房进行内外装修，荷载继续增加，楼房保持平稳沉降趋势。

［1］李青岳．工程测量学［M］．北京:测绘出版社，1994

［2］JGJ/78－97建筑变形测量规范［S］

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