高层建筑沉降观测研究与分析

张 勇 朱永祥 李 西

(滁州职业技术学院土木工程系 安徽滁州 239000)

国家统计局最新发布的数据显示，2017年末，城镇人口占总人口比重(城镇化率)为58.52%，比上年末提高1.17个百分点[1]。随着城市化进程的快速发展，城市土地资源也愈发紧张，为了合理利用资源，城市高层建筑的日益增多就变的顺理成章。城市化过程必然对原有地形、水文等自然环境造成影响，进而增加了勘察设计、施工、运营使用过程中对沉降观测的控制难度。为了保证建筑物的安全施工和使用，减少经济损失，对高层建筑进行沉降观测显得尤其重要。特别是在土质偏软的地区，往往采取基础深埋，深基坑的开挖、桩基对周围土体的挤压，都会引起地基和周围建筑物的变形。综上所述，从建筑物开始建设到建成运营这段时间内，随着建筑物荷载的增加，通过沉降观测数据，分析预测沉降趋势，对后续施工提供参考，是保证建筑质量安全的关键。

1 工程概况

该工程为某市某小区一栋高层住宅，楼建筑面积19 158m2，地上28层，地下1层，总高度82.7m，地基采用筏板基础，结构类型为框架——剪力墙结构。文章简要介绍利用精密水准测量进行沉降观测实例。

2 沉降观测网布设

沉降观测实质就是在建筑物建设过程中建立沉降观测点(高程未知点)，以一定的观测周期根据工作基点(高程已知点)采用一定的水准路线和观测精度测量得到沉降观测点的高程并建立与之对应的时间关系，从而分析沉降的尺度和影响为施工提供决策。

该工程沉降观测网的布设采用三级制：

(1)基准点。基准点是沉降观测的水准基点，为保证水准基点的稳定，应至少远离施工区域100米，设于地质稳定易保持处。每个独立观测网内应保证不少于3个水准基点。

(2)工作基点。为方便观测作业，在施工区域附近(距建筑物30m外)，不受日常施工干扰且能长期保持稳定处埋设两个工作基点，以便就近与建筑物的沉降观测点构成一个水准闭合环。工作基点还应定期与水准基点联测以便校核其数据精度。

(3)沉降观测点。沉降观测点是反映建筑物沉降量的依据，应设立在能够反映建筑物变形特征的位置。

该工程中沉降观测网布设如图1所示。本工程在远离施工区域的稳定处布设了3个基准点(BM1、BM2、BM3)，基准点在建筑施工过程中2月复测1次，施工结束后每半年复测1次。由于基准点与所测建筑物距离较远，为方便观测设立了2个工作基点(GZ1、GZ2)，并在建筑物主体四角及大转角处的基础水平面上埋设8个沉降观测点(GC1-GC8)。每期沉降观测作业开始时，先将工作基点与基准点进行联测，再利用其中一个工作基点(GZ1)与沉降观测点构成闭合环进行水准测量观测。

图1 沉降观测网布设示意图

3 沉降观测原则及方法

3.1 沉降观测的“五定”原则

“五定”即沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降观测点要稳定；所用仪器、设备要固定而且性能要稳定；观测人员要尽量固定；观测时的环境条件应大体一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。遵守以上原则，在客观上能尽量减少不确定性的观测误差，从而保证了观测结果的准确性，使各次观测结果与首次观测的结果更有可比性，所观测的沉降量更可靠[2]。

3.2 沉降观测方法

该沉降观测采用执行《建筑变形测量规范》(JGJ8—2016)，按一等水准测量的要求进行施测[3]。水准观测时的要求见表1，水准观测的限差见表2。

表1 水准观测的视线长度、前后视距和视线高度(m)

表2 水准观测限差(m)

4 观测作业及数据处理分析

4.1 仪器

采用Trimble DiNi03精密电子水准仪及配套2m铟钢条码尺。

4.2 观测周期

(1)基准点观测。水准基点、工作基点构成一个闭合环，严格按国家一等水准测量要求进行观测，确定工作基点的高程。

(2)沉降观测点观测。采用1个工作基点与沉降观测点构成一个闭合环，按国家一等水准测量要求进行观测。观测周期为：在基础工程完工(出水平面)后作第一次观测，以后每二层观测1次，竣工时观测1次。主体结构封顶后每1个月1次，竣工后每季度1次，竣工1年后每半年1次。

4.3 数据处理与分析

(1)数据处理。沉降变形观测最早应用于水坝，从20世纪60年代开始逐渐运用数学模型系统地处理分析变形监测数据。建筑物沉降监测与预报模型是很丰富的，目前研究运用较为成熟的理论体系有回归模型、滤波模型、人工神经网络模型、数据系列模型等[4]。选择适合对应施工工程的模型则需要考虑诸多复杂的因素：自然因素、自身因素和人为因素[5]，费时费力。在实际工程实践中，更多的运用平差软件处理原始观测数据，计算出各沉降点的高程值，及沉降量、沉降速度等，进而分析沉降规律及是否满足规范要求。

该工程沉降数据处理结果见表格3，为了形象直观的表达和利于进一步的分析，在表3基础上绘出建筑物沉降曲线图(见图2)及各点沉降累计值柱状图(见图3)。

表3 各观测点沉降观测成果表(mm)

图2 建筑物沉降曲线图

图3 各观测点沉降累计值柱形图

(2)数据分析。从图2可以看出，伴随着建筑物的开工，建筑物开始下沉。首次观测后曲线并没有发生回升现象，表明首次观测精度较高。从第5-11次观测数据表明建筑物随着荷载的增加，下沉较快。整个曲线没有出现异常点，表明工作基点和观测点比较稳定，满足沉降观测中稳定性的需要。在施工过程中，沉降比较均匀，竣工后平均日沉降量小于0.02mm/d，说明沉降已趋于稳定。另外，需要指出的是，差异沉降对建筑质量安全的危害远大于均匀沉降的危害，在进行的17次观测成果中，沉降观测点中最大沉降量为14.6mm(GC4)，最小沉降量为10.5mm(GC5)，平均累计下沉量为12.26mm，最大差异沉降值为4.1mm。

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)：60m

其中，hmn为m点与n点之间沉降差，△Lmn为m点与n点之间水平距离。取代表性的GC3和GC5计算其倾斜值为0.0003，满足规范要求。通过计算该高层建筑的沉降量及倾斜均满足规范要求。

5 结语

采用高精度水准测量手段对城市高层住宅进行沉降观测，方法可行且精度有保证，满足国家最新的规范要求。在测量的过程中，定期进行基准点和工作基点的稳定性分析可提高监测精度。最后，测量误差存在的客观性，要求观测观测人员在尽量避免不利的外界环境因素下，保持监测的专注性，同时将每次监测成果及时汇总反馈给有关部门，确保建筑物在施工和使用中的安全。