浅谈沉降观测技术在高层建筑施工中的应用

彭凤珍　吴明凤

【摘 要】高层建筑物从基础施工到竣工验收及使用整个过程中， 由于受荷载不断增加等因素的影响， 往往产生不同沉降变形。如果沉降变形超过一定限度， 就会影响建筑物的正常使用， 甚至危及安全。因此高层建筑施工中的进行沉降观测，能够有效的对施工过程进行监控， 通过对观测成果进行分析研究， 掌握建筑物的沉降动态。本文结合信阳明辉·阿卡迪亚住宅小区沉降观测工作实践，重点阐述了沉降观测技术要求和线路的确定、沉降观测点的布设及观测方法等内容。

【关键词】高层建筑；沉降观测；技术分析；沉降量

1 项目慨况

信阳明辉·阿卡迪亚住宅小区是河南省五一农场委托信阳市明辉置业有限公司开发的重点工程，位于信阳市羊山新区新七大道与新二十街交叉口东南角，工程用地面积91262.7m2，总建筑面积155312.55m2，容积率2.41，工程建筑抗震设防类别为丙类建筑，抗震设防烈度为6度，结构设计使用年限50年，建筑物共12栋楼（编号为1#--12#），其中1#、#楼26层，3#～2#楼18层，，属于大型高层建筑，自2013年1月开始，2014年7月竣工，受信阳市明辉置业有限公司的委托，我单位承担此小区12栋楼整个施工过程的沉降观测，历时一年零十个月时间，累计观测28次，对整个工程施工过程进行了全面监测，取得了合格的观测成果。

2 执行的技术规范

（1）《工程测量规范》（GB 50026-2007）；

（2）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）；

（3）《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）；

（4）《建筑物沉降观测方法》（DGJ32/J 18-2006）；

（5）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）；

（6）测绘成果质量检查与验收》（GB/T 24356-2009）。

3 观测点位设和观测方法

3.1 基准点的布设

基准点是测量建筑物沉降量的基点，选择合适的高程基准点是关键。一方面要保证高程基准点稳定牢固、能够长期保存和便于使用，另一方面又要避免气温变化过大对高程基准点的影响。每个高程基准点要求埋设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外。高程基准点的埋深符合二等水准测量的要求。信阳明辉·阿卡迪亚住宅小区施工时分为六个项目部，各个项目部施工过程中都有围墙封闭，受场地条件、通视条件的限制，根据实际状况，本项目埋设高程基准点共6个命名为BM1至BM6，各个基准点至少有两个点相通视，并且各水准点联测构成闭合图形，以便校核。埋设样图为“混凝土柱基本水准标石”。

3.2 沉降观测点的布设

沉降观测点设置按湖北天一建筑设计有限公司设计的柱网平面布置图要求埋设，沉降观测点设置大部分设在高层建筑物主体四角、大转角处、外墙周边等重要部位，本次沉降观测共设置沉降观测点113个，点名为n#～Jn，其中n#为楼号；Jn为沉降点号，沉降观测点标志形状为直径为12毫米钢筋制作成的勾型螺钉，锥尖向上，尖头离建筑物墙面不少于5厘米，距标准地面0.5米左右。观测点的正上方 3.5 米及附近 2 米的范围内不能有影响观测的障碍物。

3.3 观测人员要求

项目实施前，观测员连续三天熟练掌握仪器、设备的操作方法，确保观测程序准确、正确无误。在首次观测前对所用仪器的各项指标进行了检验校正，连续使用 3—6个月重新检校仪器。在观测过程中，观测员和立尺员做到了相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有限差，结果有校核。原始数据记录和成果平差计算时有2个以上人员上参与计算和检查，保证了观测数据和计算成果100%正确，观测时自始至终遵循“五定”原则，即所设定的沉降观测的基准点、被观测建筑物上的沉降观测点，点位稳定；所用仪器固定（一直用日本产SDL30M数字水准仪，2米铟钢尺）；观测人员固定（一直就是固定四人）；观测时的环境条件固定，要避免阳光直射，且各观测环境基本一致；成像清晰、稳定时再存储数据；随时观测，随时检核计算，观测时要一气呵成；观测路线、尺位、程序和方法都固定。在雨季前后联测、检查水准点的成果是否有变动；这些措施客观上尽量减少观测误差的不定性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性，使所观测的结果更真实，更符合实际。每次观测结果后，将各次所观测沉降情况及时反馈施工单位，当建筑物每天（24h）连续沉降量超过1mm时应停止。

3.4 观测时间要求

高层建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，而且整个观测得不到完整的观测意义，其它阶段的复测，根据工程进展情况必要性定时进行，不得漏测或补测，相邻两次时间间隔为一个周期，本次观测按建筑物每升高一层为一观测周期，工程竣工后，三月、半年再观测一次。

3.5 观测方法要求

本次沉降观测的级别为二级，二等水准观测，要求每公里水准测量偶然中误差M△≤1 mm，每公里水准测量全中误差MW≤2 mm，采用日本产SDL30M高精度数字水准仪、闭合环观测法，首先以BM1为原点，假定其高程为100米，选好固定水准路线，沿路线观测每个点将六个高程基准点连成一个水准闭合环，对水准闭合环连续观测两次，然后平差两次水准观测成果，计算六个高程基准点高差，求算六个高程基准点高程，一个月后再用同样方法，再重复观测一次取中数计算各个点成果，从四次观测结果看，环线闭合差最小0.28mm，最大为0.37mm，均在规范规定的限差之内，并且限差最小，所以最终所获取基准点精度较高。

沉降观测点的施测方法是采用水准闭合环测量法，观测时采用固定路线，观测时将两个以上基准点）和沉降观测点连成一个水准闭合环。每次观测都固定用同一个高程基准点作为起算点，严格用同一根标尺立沉降观测点，同时固定测站点位，偶数站闭合，这样可有效消除仪器和标尺对观测成果系统误差的影响。前后视距用SDL30M数字水准仪自动读取，前后视距测量控制在精度为1厘米左右，视线高度大于0.3m，视线长度≤50m、≥3m，前后视距差≤2m，前后视距累积差≤3.0m，重复测量次数不少于3次，取平均数做为最后结果，环线闭合差≤±1.0√n（mm） ，n为测站数。总共累计观测20次，闭合差最大的为1.94mm，最小的为0.01mm，观测点测站高差中误差为0.5毫米，施工前数字水准仪经河南省计量科学研究院进行检定和核准，检定结果为合格。

4 成果评定

观测成果结束后，将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而计算出沉降量。某个观测点的每周期沉降量：△c=Hh，I—Hn，I -1 .n表示某个观测点，I表示观测周期数（I=1，2，3……）且 H1=H0，累计沉降量：△C=∑△c（n），n表示观测点号。汇总沉降观测点高程统计表、沉降观测点累计沉降量汇总表，按表的内容绘制时间与沉降量关系曲线图，首先建立沉降曲线坐标系，以沉降量s为纵轴，以时间t为横轴，组成直角坐标系。然后，以每次累计沉降量为纵坐标，以每次观测日期为横坐标，标出沉降观测点的位置。最后，用曲线将标出的各点连接起来，汇成曲线图，如附图1。按照沉降量与时间关系曲线判定稳定标准，本次高层建筑以最后100d的沉降速度小于0.01 ～0.04㎜/d为稳定标准。根据沉降曲线图分析结果如下： 1#至12#楼最后100d天沉降速率在0.002mm/d至0.008 mm/d之间；沉降速率都在允许范围之内，说明建筑物达到了稳定标准。根据沉降量统计表和沉降曲线图，可预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时反馈有关主管部门，正确地指导施工。特别在沉陷性较大的地基上对重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。

5 经验总结

施工开始时，应按照有关技术规范及工程的要求，结合现场的实际情况，综合运用测量、建筑、地质及相关知识，确定建筑物沉降观测等级、选定能反映变形特征的水准点、沉降观测点、设计好沉降观测方案。一个好的观测方案在整个过程中，至关重要，观测点的布设在沉降观测中是一个很重要的环节，布设的优劣，科学与否直接影响到观测数据能否正确反映建筑物的沉降和变形。其次，在具体观测中，一定要坚持“五定”原则，作到在测量过程中，始终要严格的遵守规范要求，严格操作规程，这样就可以减少数据中的粗差，由于建筑物变形是一个渐变过程，是时间的函数，而且变形速度也是不均匀的，我们进行的沉降观测次数是有限的，所以，合理的选择连续观测的周期，对于正确分析变形结果是很重要的，不要盲目的增加观测次数和缩短观测周期，以免在变形变化较小时，前后两次观测数据在观测误差范围内跳动，既浪费人力物力，又达不到观测的目的。

6 问题探讨

（1）确定建筑物沉降观测精度的合理性。对沉降观测精度选择既不能太高也不能太低，适合高层建筑物工程需要。既不浪费时间也要保证观测结果的准确性。这样，本人认为一般高层及重要的建筑物在观测过程中利用精密的仪器设备（日产SDL30m数字水准仪、2米铟合金尺等）按二等以上水准测量方法施工，可以取得较理想的结果。

（2）在沉降观测过程中，沉降量与时间关系曲线不是渐变下行光滑曲线，而是起伏状现象。分析原因为：①第二次观测出现回升，而以后各次观测又逐渐下降。可能是首次观测时地基不稳定，若回升超过3mm时，第一次观测作废，若回升3mm内，第二次与第一次调整高程一致。②曲线在某点突然回升，原因：所采用的基准点或观测点被碰动所致且基准点碰动后标高低于碰前标高，致使观测点碰后高于碰前。处理办法：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。③曲线自某点起渐渐回升，原因：一般是基准点下沉所致。办法：确定水准点下沉值，与高级水准点联测，计算下沉值，然后推算沉降点沉降量。

【参考文献】

[1]JGJ8-2007 建筑变形测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]张正禄.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

[3]郑庄生，编.建筑工程测量[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[4]李青岳，陈永奇.工程测量学[M].北京：测绘出版社，2008：266-356.

[5]国家一、二等水准测量规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[责任编辑：杨玉洁]