城市高层建筑物沉降监测与稳定性分析

吴红波，杨肖肖

(1.陕西理工大学地理科学系，陕西 汉中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢台 055450)

城市高层建筑物沉降监测与稳定性分析

吴红波1，2*，杨肖肖2

(1.陕西理工大学地理科学系，陕西 汉中 723000； 2.河北槐隆建筑工程有限公司，河北 邢台 055450)

沉降监测对于建筑物的安全运营具有重要作用，科学、准确、及时地分析和预报建筑物的变形状况，对建筑物的施工和运营管理极为重要。本文结合沉降变形模型，以石家庄某小区高层建筑物沉降为工程实例，通过12个观测周期10个沉降点的监测，检验了基准点的稳定性，并对高层沉降观测的数据进行处理与分析，了解建筑物在施工及运营期间的实际沉降情况，分析地基在不同荷载作用下随时间的沉降规律，可为建筑施工和运营安全提供帮助。

高层建筑；沉降监测；水准点；沉降速率；沉降量

1 引 言

近年来，国内大中型城市高层建筑日益增多。高层建筑具有质量大、基础埋度深、高度高等特点，《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)中对基础的稳定性、地基承载能力有着严格的要求。通过对高层建筑沉降的研究分析发现，不均匀土质的地基和荷载、复杂的建筑物形体结构、地下水位变化、相邻建筑物间的作用和外界动力影响等因素均会造成建筑物沉降。高层建筑在施工期间，随主体荷载的增加，势必造成主体下沉，其局部不均匀沉降可能导致建筑物发生倾斜或裂缝。为了掌握建筑物的沉降规律，保证建筑物的施工安全须在建筑物的施工及运营期间，对其进行定期监测，根据基准点和监测点的监测数据分析其沉降情况，并采取相应的处理措施，预防建筑物产生结构使用功能的裂缝和主体结构破坏。

2 沉降监测方法

2.1 沉降变形计算模型

(1)第i次沉降观测时A点的沉降量：

(1)

式中：WA为A点的下沉值(mm)；HA，0，HA，i分别为第一次和第i次观测时A点的高程(m)。

(2)第i次观测时的平均下沉量：

(2)

(3)监测点沉降速率：

(3)

式中，Wij-1、Wij分别表示第j-1次和j次观测时i点的沉降量(mm)，T表示两次观测的间隔天数(d)。V为沉降速率的单位为(mm/d)。

3 沉降监测技术设计

3.1 工程概况

本项目以河北省石家庄某小区新建高层民用建筑住宅楼为例，该工程有12个单体工程组成，每单体工程占地面积 860 m2，建筑面积 20 000 m2，工程分为两期进行，属一类工程，抗震七级。一期工程为1#～7#楼的建设，二期工程为8#～12#，地下1层、地上18层，现浇钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用钢筋混凝土筏板基础，建筑结构安全等级二级，地基持力层为砂砾层。

本工程地坪高程 ±0.000 m，绝对标高为 75.700 m。标准冰冻深为 0.7 m，区域地势平坦，高差不大。在施工期间，根据所增加层数和荷载情况逐步监控建筑物的沉降，分析沉降是否正常，对于异常沉降点及时采取措施，保证建筑的施工安全。

3.2 基准网的观测精度及监测点布设

本项目设三个基准点(水准基点BMa，BMb，BMc)，在现场勘测的基础上，沉降观测的水准基点选在点位无变形，稳定性好，坚固，施工影响范围以外的区域，监测期间采用二等水准测量要求施测。

按沉降监测方案，项目以一期工程中的2#楼为例，在2#楼四角点、中点、承重柱上布置6个沉降观测点，各楼变形观测点选在距一楼地面(即 ±0.000 m标高)以上约 0.2 m处，用φ20钢筋制作成90°弯头(L型)的观测头，水平段套丝，长约 6 cm，垂直段长约 4 cm，端头用砂轮机打磨成锥形，锥尖即为观测点，并在墙上挂牌标示，观测点设置大样图如图1所示，观测时间从2015年3月4日～2016年4月27日，历时12个月，观测点位置图，如图2所示。

图1 沉降监测点设置大样图

图2 2#楼沉降监测点布置平面图

根据本工程特点和沉降观测精度要求，本项目仪器采用苏州一光DSZ2+FS1自动安平水准仪和铟钢标尺(±0.5 mm)观测。

4 沉降变形成果分析

4.1 水准基点的稳定性

项目中工作基点为临时的固定点，埋设规格比基准点低，在短期内比较稳定。在施工阶段，观测周期不超过 10 d，进行稳定性检查后，可以代替基准点作为控制点使用。工作基点应1个月～2个月复测，观测过程中，发现观测点不稳定，及时对基点后进行复测。

水准基点是整个沉降观测工作的基准，为保证观测值的高可靠性及稳定性，在施工区(变形区外)共设了BMa、BMb和BMc 3个水准基点，由3个水准基点构成水准附合路线，于2015年4月10日进行了初始值观测后，于2015年7月20日对水准基点进行一次校验检测工作，稳定性分析结果，如表1所示。

由表1可见，水准基点的两期高差差值满足《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)规范限差要求。每次水准基点稳定性检测工作完成后，应该及时对非稳定的水准基点的高程值进行修正，保障监测点观测数据的准确性。

4.2 沉降变形分析

分别绘制1#～10#监测点沉降量和沉降速率，分别如图3和图4所示；分别绘制沉降量最大的1#监测点和沉降量最小的7#监测点的沉降-荷载随时间变化的曲线图如图5、图6所示。

图3 1#～10#监测点累计沉降量图

图4 1#～10#沉降速率图

由图3分析，2015年3月4日～2015年10月20日监测期间，最大累计沉降量为 6.60 mm(1#监测点)，最小累计沉降量为 2.30 mm(7#监测点)，平均累计沉降量为 4.48 mm。在主体施工初期，所建大楼基础桩基不稳定，当荷载增加时，沉降速率趋于变大。此外，在2015年3月4日～4月20日监测期间，受建筑物的施工以及外界影响，各监测点的沉降量和沉降速度略微增大，随着荷载的不断增加，大楼桩基逐渐趋于稳定状态。

由图4分析，在2015年3月4日～2015年10月20日监测期间，时间间隔分别为 10 d、12 d、24 d、21 d、34 d、40 d、24 d、24 d、23 d十个监测时间段，平均沉降速率分别为-0.016 mm/d、-0.018 mm/d、-0.015 mm/d、-0.019 mm/d、-0.018 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.018 mm/d、-0.017 mm/d、-0.016 mm/d。4#监测点沉降速率最小，沉降速率值为-0.019mm/d。从沉降曲线的沉降趋势来看，累计监测时间 141 d，即2015 年7月25日以后所有监测点的沉降速率曲线开始趋缓，表明建筑物在2015年7月25日以后，因大楼封顶后，荷载增速率减慢，各监测点下沉变形较小，而逐步进入稳定沉降阶段。在使用阶段，建筑物无施工影响，不再增加荷载，地基沉降也位于平稳状态。依据《建筑变形测量规范》(JGJ8-2016)规范规定：“沉降速率小于 0.01 mm/d～0.04 mm/d，界定已进入沉降稳定阶段”，判别该建筑物进入沉降稳定阶段。

图5 1#监测点沉降-荷载-时间曲线图

图6 7#监测点沉降-荷载-时间曲线图

由图5、图6可见，在2015年9月13日前，为施工阶段，该建筑物沉降量随时间的推移和楼层(荷载)的增加呈现逐渐增大的关系。在2015年9月13日～2016年1月23日为装修阶段，2016年1月23日～2016年4月27日为使用阶段，装修和使用阶段沉降量趋于稳定。

5 结 论

沉降测量是建筑工程施工和运行阶段必不可缺的环节，本研究对石家庄某小区高层建筑进行了12个观测周期10个沉降点的沉降监测。由监测结果分析，从建筑物各个方向沉降来看，各沉降点的差异沉降小，最大沉降量为 6.60 mm(1#监测点)，最小沉降量为 2.30 mm(7#监测点)，平均累计沉降量为 4.48 mm。各沉降观测点位的沉降速率均较小，平均沉降速率为 0.020 mm/d，反映出建筑物整体沉降趋向平衡、稳定。通过项目实例了解了建筑物在施工及运营期间的实际沉降情况，掌握地基在不同荷载作用下随时间的沉降规律，为建筑施工和运营安全提供数据保证。

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Analysis on the Settlement Monitoring and the Stability of Urban High Buildings

Wu Hongbo1，2，Yang Xiaoxiao2

(1.Department of Geographic Sciences，Shaanxi SCI-TECH University，Hanzhong 723000，China； 2.Hebei Huai Long Construction Co.，Ltd.，Xingtai 055450，China)

Application of the settlement observation may always play an important role for the safe operation of buildings，and is also important to analyze and forecast on the deformed condition of the building，construction and operational management of the building. The subsidence deformation model is employed on the settlement observation of the high buildings in Shijiazhuang City. The process of the settlement monitoring contained 12 observation period and 10 settlement sites on the study. While the stability of the 12 benchmarks is tested and qualified，the high buildings settlement observation data could understand the actual foundation conditions during the period of construction and operation of the settlement. We analyze the law of the settlement of foundation master with the different loads under the time-varying circumstances，and the results could provide help for the construction and operation safety.

high-rise buildings；subsidence monitoring；standard point；sedimentation rate；settlement

1672-8262(2017)01-101-04

P196

B

2016—05—17 作者简介：吴红波(1984—)，男，博士，工程师，从事地理测绘与GIS应用的教研工作。 基金项目：国家自然科学基金青年项目(41601067)；河北省高校科学研究计划项目(SZ151143)；陕西理工大学人才启动科研资助项目(SLGQD16-09)。