沉降观测技术在高层建筑施工中的应用分析

魏春隆 朱琳

【摘 要】本文结合建筑施工过程中沉降观测的实践，阐述了沉降观测的方法和意义。

【关键词】沉降观测；实施；精度要求；体会

Application of settlement observation technique in high-rise building construction

Wei Chun-long，Zhu Lin

（Jiangxi Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development 901 Geological Brigade Jiangxi 337000）

【Abstract】Combining practical course of construction settlement observation， elaborated methods and significance settlement observation.

【Key words】Settlement observation；Implementation；Accuracy；Experience

随着工业与民用建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建（构）筑物的正常使用寿命和建（构）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（构）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。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。本文结合建筑施工过程中沉降观测的实践，阐述了沉降观测的方法和意义。

1. 沉降观测的实施

1.1 工作基点和观测点标志的布设。

工作基点（以下简称基点）是沉降观测的基准点，应根据工程的沉降施测方案和布网原则的要求建立，而沉降施测方案应根据工程的布局特点、现场的环境条件制订。依据工作经验，一般高层建筑物周围要布设三个基点，且与建筑物相距50m至100m间的范围为宜。基点可利用已有的、稳定性好的埋石点和墙脚水准点，也可以在该区域内基础稳定、修建时间长的建筑物上设置墙脚水准点。若区域内不具备上述条件，则可按相应要求，选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设基点。所布设的基点，在未确定其稳定性前，严禁使用。因此，每次都要测定基点间的高差，以判定它们之间是否相对稳定，并且基点要定期与远离建筑物的高等级水准点联测，以检核其本身的稳定性。

沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图，以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之间要建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。

1.2 沉降观测的周期及施测过程。

（1）沉降观测的周期应能反映出建筑物的沉降变形规律，建（构）筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，从而使整个观测得不到完整的观测结果。其他各阶段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，不得漏测或补测，只有这样，才能得到准确的沉降情况或规律。一般认为建筑在砂类土层上的建筑物，其沉降在施工期间已大部分完成，而建筑在粘土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间只是整个沉降量的一部分，因而，沉降周期是变化的。根据工作经验，在施工阶段，观测的频率要大些，一般按3天、7天、15天确定观测周期，或按层数、荷载的增加确定观测周期，观测周期具体应视施工过程中地基与加荷而定。如暂时停工时，在停工时和重新开工时均应各观测一次，以便检验停工期间建筑物沉降变化情况，为重新开工后沉降观测的方式、次数是否应调整作判断依据。在竣工后，观测的频率可以少些，视地基土类型和沉降速度的大小而定，一般有一个月、两个月、三个月、半年与一年等不同周期。沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。对重点观测和科研项目工程，若最后三个周期观测中每周期的沉降量不大于2倍的测量中误差，可认为已进入稳定阶段。一般工程的沉降观测，若沉降速度小于0.01～0.04mm/d，可认为进入稳定阶段，具体取值应根据各地区地基土的压缩性确定。

（2）根据编制的沉降施测方案及确定的观测周期，首次观测应在观测点稳固后及时进行。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上（基础局边）按设计好的位置埋设沉降观测点（临时的），待临时观测点稳固好，方可进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次，比较观测结果，若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时，我们即可认为首次观测的数据是可靠的。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测，直到+0.00再按规定埋设永久观测点（为便于观测可将永久观测点设于+500mm），然后每施工一层就复测一次，直至竣工。

（3）在施工打桩、基坑开挖以及基础完工后，上部不断加层的阶段进行沉降观测时，必须记载每次观测的施工进度、增加荷载量、仓库进（出）货吨位、建筑物倾斜裂缝等各种影响沉降变化和异常的情况。每周观测

后，应及时对观测资料进行整理，计算出观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量和沉降速度。若出现变化量异常时，应立即通知委托方，为其采取防患措施提供依据，同时适当增加观测次数。

1.3 另者，不同周期的观测应遵循“五定”原则。所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、基点和被观测物上沉降观测点，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。以上措施在客观上能保证尽量减少观测误差的主观不确定性，使所测的结果具有统一的趋向性；能保证各次复测结果与首次观测结果的可比性一致，使所观测的沉降量更真实。

2. 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）第一，往返较差、附和或环线闭合差：△h=∑a-∑b≤1.0，n表示测站数；

（2）第二，前后视距≤30m；

（3）第三，前后视距差≤1.0m；

（4）第四，前后视距累积差≤3.0m；

（5）第五，沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。

3. 工程实例

下面结合工程实例介绍建筑物沉降观测的实施：

3.1 某两幢长分别为24米、宽12米直线连接的连体框架结构的9层建筑物（没有地下层），该建筑物的南面是街道，桩柱离路沿9米，其余三侧均是旧建筑物，且与该建筑物相距10米左右，该建筑物的地基为砂土和中低压缩性粘土。为保证该建筑物在施工、使用和运行中的安全，以及为建筑物的设计、施工、管理提供可靠的资料，对该建筑物的稳定性进行沉降观测。

3.2 根据建筑物沉降观测的技术要求，并结合场地的特点，在该建筑的公路对面，距离该建筑物80米左右的三座修建5年以上的建筑物墙脚上，布设了3个通视良好的墙脚水准点，作为该建筑物沉降观测的基点，并依据水准测量的规范要求与远离该项建筑物的二等水准点进行联测，以确保工作基准点的稳定性和精度要求。在该建筑物的四角、沉降裂缝的两侧以及每隔三个桩柱处共埋设12个固定观测点。

3.3 本沉降观测遵循“五定”原则，采用Ni007自动水平仪配合2米因瓦尺进行二级观测。

3.4 对于二级而言，绝对沉降的观测中误差，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm。差异沉降观测中误差，应小于允许变形值的1/10～1/20，即差异沉降观测精度应根据建筑物的允许沉降值来决定。

即该建筑物两沉降点距离L=12m，按变形允许值S=0.002×12/20=1.2mm，沉降量观测允许中误差M中=1.2×1/2=0.6mm。

将观测结果整理如表2：

3.5 在整个观测过程中，建筑物沉降量、差异沉降量较小，最后一次沉降速率为0.02mm/d°，沉降速率值小于规范规定的稳定阶段标准，因此，认为该建筑物的沉降进入稳定阶段。

3.6 为确保沉降观测的精度，对二级沉降观测的一些限差要求应作适当的提高，具体如下：

第一，基、辅分划读数差为±0.3mm；

第二，基、辅分划所测高差之差为±0.4mm；

第三，附合或环闭合差为±0.5mm，n为测站数。

经多年的实践，上述指标是可以满足的。

4. 几点体会

（1）第一，在施工期间沉降观测次数安排不合理，会导致观测成果不能准确反映沉降曲线的细部变化，因此，施工期间较大荷重增加前后，如基础浇筑、回填土、安装柱子、结构每完成i层、设备安装、设备运转、工业炉砌筑期间、烟囱每增加15m左右等，均应进行观测；当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水及暴雨后，周围大量挖土方等，均应进行观测。

（2）第二，由于现行规范对施工单位施工过程的沉降观测要求不明朗，这对施工单位在建筑物沉降观测精度选择随意性较大，但是精度的高低直接关系到沉降观测成败。对沉降观测精度选择要以既能适合工程特性的需要，又不造成无谓的浪费为原则。本人认为一般高层及重要的建（构）筑物在首次观测过程中，适用精密仪器的设备（高级水准仪、铟合金尺等），在±0.00以上部分按二等以上水准测量方法，采用放大率倍数较大的S2或S3水准仪进行观测，也可以测出较理想的结果。

（3）第三，在沉降观测过程中，当沉降量与时间关系曲线不是单边下行光滑曲线，而是起伏状现象时，这就要分析原因，进行修正。如果第二次观测出现回升，而以后各次观测又逐渐下降，可能是首次观测精度过低，若回升超过5mm时，第一次观测作废，若回升在5mm内，应将第二次与第一次的标高调整一致；如果曲线在某点突然回升，可能是观测点被碰动所致，因此，取相邻另一观测点的相同期间沉降量作为被碰观测点之沉降量；如果曲线自某点起渐渐回升，一般是基点下沉所致，因此，必须通过与高级水准点符合测量，确定基点的下沉量