针对观测高层房建沉降变形的阐述

袁伟冬 曲舒宁

摘要：为了保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。本文对观测高层房建沉降变形进行了阐述。

关键词：观测高层房建、沉降变形、问题阐述

中图分类号：TU97文献标识码： A

一、建（构）筑物沉降观测的实施

1、 观测准备阶段

在进行沉降观测的准备阶段，首先应对建（构）筑物进行高程基准点与观测点的布设。

根据《建筑变形测量规范》JGJ8-2007的要求，高程基准点点数不应少于3个，应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及可能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地方；观测点应具有明显的几何中心或轴线，并应符合图像反差大、图案对称、相位差小和本身不变形等要求。

2、 高程基准点与观测点的埋设

高程基准点是整个沉降观测的基准，它的稳定性直接关系着观测成果的可用性，也是单项工程成败的决定因素，所以水准基点必须坚固稳定。高程基准点应按II等水准联测。

观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置，相邻点之间间距15-30米。观测点要符合各施工阶段的观测要求，避开飘窗、排水管等干扰，墙或柱外应大于50mm避免装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖。

3、 观测周期及时间

1）初测

建（构）筑物沉降观测对时间有严格的要求，特别是首次观测。首次观测数据是核定建（构）筑物沉降量的基础数据，必须按时、准确，增加观测次数，提高基础数据的可靠性。

2）施工阶段的观测

施工阶段可在基础底部完工后开始观测，观测时间与基础及荷载有关。建（构）筑物每加高1~2层观测一次，如遇停工在停工时及开工时各观测一次，停工期长可在停工期间每1~2个月观测一次。建（构）筑物封顶后每1~2月观测一次直至竣工。

3）使用阶段的观测

建（构）筑物使用期间的观测视沉降速率而定。一般第一年3~4月观测一次，第二年5~6月观测一次直至沉降速率小于0.04mm/d

4）对于荷载突然增加，长期降雨积水，地震灾害等突发状况，应及时增加观测次数。遇不均匀沉降或沉降速率过快时，应及时报警并逐日或2~3天一次连续观测。

二、高层建筑物基准点和观测点的布设与观测

1、基准点的布设与观测

近些年来，城市建设尤其是大、中型城市建设发展非常迅速，因而，在城市建设中对高层建筑物进行沉降变形观测，拟在其周围附近选取几个（一般要求至少为3个）稳定的位置处直接布设基准点，是很难做到的。鉴于此种情况，设立基准点时宜埋设深层金属管水准基点，即在高层建筑物周围附近兼顾各方面因素，选取几个相对比较稳定的位置且地下无各种管线处，采用钻深孔至基岩层或孔深大于邻近高层建筑物基础的最大深度，内置金属管，管底介实，管顶焊接圆球的形式以示点位。对于一般工程，确认点位确实稳定的，可以设立2一3个:大型重点工程，3个（含3个）以上:观测精度较低的，可以设立1一2个。

基准点的分布;当仅有两个点时，其连线应与高层建筑物的主要轴线平行，或成对角形式:当有3个点时，除某两点的连线与主要轴线平行外，另一点应跨过高层建筑物且对其长边基本构成等腰或3个基点基本构成直角三角形:当多于3个时，除应满足3个的条件外，其余的点应较均匀地分布在高层建筑物的四周，距离可偏远一些。

基准网的观测，除严格按等级标准观测外，在每期观测中，也应定路线、定测站、定观测者、定水准尺，以在成果中尽量消除或减弱系统误差的影响。

2、观测点的布设与观测

由于变形测量观测的点位是动态的，与地形测量、工程控制测量等有较大的区别，因此，每期观测都必须保证外业观测数据的可靠与准确，且对于设备、人员的观测条件是相同的:每期观测除应及时地检查测站各项限差外，还必须及时地计算附、闭合路线的高差闭合差，概算测站中误差，若超限，属于外业问题的必须立即返工，尤其是在工程施工阶段，因受施工环境的影响，观测条件一般较差，观测更应按等级标准执行，注意对观测成果的检查。

观测点的设置在《工程测量规范》中规定的较为具体，但对于框架结构布设起加密作用的观测点时，其点间距应控制在10m一25m间，尤其是大跨度的或钢结构工程，应邻柱或隔柱布设，以利于较准确地绘制等沉降曲线图及轴线方向的变形分析。对观测点进行组网观测，有条件时，应尽可能多地在基准点上观测，即尽量构成附合条件较多的附合网，以增加多余观测条件，增强网的可靠性。对各点的初期观测，宜观测两次，以确保初期成果的准确性:观测中对发现有异常的点位，应重点观测，且予调查、记事，以便在成果中结合事实，给予确切的解释。

三、沉降观测的精度要求

根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在没有特别要求的情况下，左一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下：

1、往返较差、附和或环线闭合差：△h＝∑a-∑b≤1.0，n表示测站数；

2、前后视距≤30m；第三，前后视距差≤1.0m；

3、前后视距累积差≤3.0m；

4、沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。

四、 建（构）筑物沉降观测的几点要求

1、 水准基点标石及沉降观测标志必须坚固稳定，由专业人员埋设，避免因埋设不规范发生松动、变形等状况影响观测数据不准确的情况发生。

2、 沉降观测标志有变形、损毁、被盗等情况发生，应及时补点、补测，以便及时恢复观测数据。

3、 应始终要遵循“五定”原则，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、在每次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，仪器每半年必须经有资质的计量单位予以鉴定。

五、观测的数据处理与统计分析

1、变形的几何分析与物理解释。传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性，主要包括模型初步鉴别、 模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取3个步骤。变形监测网的参考网、 相对网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外，前述的时间序列分析，灰色理论建模、 卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。

2、变形的物理解释在于确定变形体变形与变形因子之间的函数关系，并对引起变形的原因作出分析和解释，以预报变形发展趋势。根据需要和条件可采用回归分析法和确定函数模型法。回归分析法是以 10个以上周期的长期观测数据为依据，通过分析所测变形与内因、 外因之问的相关性，建立荷载一变形关系的数学模型。当处理两个变量之间关系时， 可采用一元回归分析;当处理一个变量与多个因子之间的关系时，应采用逐步回归分析，通过在回归方程中逐个引入显著因子，剔除不显著因子，获得最佳回归方程( 预报方程) ;而确定函数模型法是以大量变形信息和变形因素的观测资料为依据，利用荷载、 变形体的几何性质和物理性质以及应力一应变间的关系来建立数学模型。当变形体的几何形状和边界条件复杂时，可采用有限单元法;当需要提高函数模型的精确度时，可采用联合使用涵数方法与回归方法的涵数一回归分析方法。回归分析法以实测资料为基础，观测资料愈丰富、 质量愈高，其结果愈可靠，且具有“ 后验” 性质，它与变形的几何分析具有密切的关系，是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。

3、根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系， 除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。

4、把变形体视为一个动态系统， 将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述，以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量，可构造一个典型的运动模型。 状态方程中要加进系统的动态噪声。 卡尔曼滤波的优点是勿需保留用过的观测值序列，按照一套递推算法，把参数估计和预报有机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理;也可用于静态点场、 似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。

结束语：对房屋建筑的变形测量是一项长期、艰巨而细致的基础性工作，必须引起有关方面的高度重视。对于变形测量者来说，在进行房屋建筑变形测量时， 合理确定观测精度，)加强对观测成果进行安全性分析，重视变形预报，要能够预报出滞后沉降量，制定出运营期间的长期变形观测方案，确保房屋建筑的安全运营，更好地保护人民生命和国家财产的安全。

参考文献：

[1] 工程测量规范 GB 50026-2007.中国计划出版社.北京

[2] 宋广平. 三明民用机场填筑体沉降观测及数据处理[J]. 城市勘测

[3]王金清. 深基坑监测方法及其精度成果分析[J]. 广东土木与建筑