高层建筑物地基沉降监测与分析

覃德春

(湖北煤炭地质物探测量队，湖北 武汉 430200)

近年来，城市建设日新月异，高层建筑物越来越多。由于地下土体性质和施工环境的复杂性，在高层建筑的施工和使用期间，荷载条件的不断变化势必引起建筑物地基的不规则下沉，局部不均匀沉降将导致建筑物产生裂缝或者倾斜，严重的会引起主体结构的破坏，造成财产和人员的损失。因此，为保证建筑物的正常施工以及安全使用，对高层建筑定期开展沉降监测并对监测成果进行预测分析已成为工程项目的一项重要环节。

1 工程概况及其地质条件

1.1 工程概况

某建筑位于武汉市武昌区，总建筑面积58 532.5 m2，其中地下面积16 547.2 m2，地上41 985.3 m2；建筑物主要屋面高度101.3 m。本工程为现浇钢筋混凝土框筒结构，地上34层(另有出屋面的电梯间和水箱间共2层)，地下5层；基础形式为天然地基上的平板式筏基，基底标高为-20.15 m。本工程地下室东北侧为三级航道标准堤，东、南、西三面与后期施工的2层地下商业及车库相连，东面为规划网球中心室外训练场，西面为规划体育场室外训练场地。

1.2 地质条件

为保证拟建建筑以及周围建筑的稳定和安全，并全面反映出建筑物地基的变形特征和规律，首先需对场地的地质条件进行分析，为布设监测点提供依据，本工程的地质勘察报告见表1。

2 沉降监测方案

2.1 布设基准点和监测点

根据本项目的布局特点和周边环境，共布置基准点4个，各点均埋设在施工影响范围之外，且间距不大于100 m，场区内各基准点和控制点构成闭合图形，方便闭合检校。监测点布置在建筑物的四角处以及沉降缝的两侧，沿建筑外墙每隔20 m间距也相应布置，一共布设20个监测点，基准点和监测点平面布置见图1。

表1 各土层物理力学指标

图1 基准点和监测点平面布置图

2.3 观测方法和精度要求

采用电子水准仪组成闭合水准路线往返观测，首次观测应在观测点稳固后及时进行，观测应自地上一层开始，浇筑一层砼前，根据图纸设计的观测点位置、标高进行预埋，砼浇筑后，采用DSZ2精密水准仪进行观测，要求每次监测必须采用相同的仪器和观测方法，并且固定观测和立尺人员。

2.4 观测周期

施工期间：主体结构每升高一层进行一次观测，直到竣工为止；工程竣工后：每间隔三个月观测一次，一直到主体结构沉降稳定为止。对于突然发生严重裂缝或大量沉降的特殊情况，应增加观测次数。在沉降观测期间，应定期对基准网进行复测。

3 监测成果分析

我队从2017年9月1日进行首次监测，2018年7月1日完成最后一次监测，对基准点一共监测5次，主楼沉降监测计42次，裙楼沉降观测19次。根据连续监测的情况，选择主楼东侧LZ40、LZ41、LZ42、LZ42-1、LZ42-2 和西侧LZ43、LZ44、LZ45、LZ46共9个点进行分析，绘制监测结果过程曲线图(见图2)。

图2 监测结果过程曲线图

3.1 监测分析

从监测结果过程曲线图分析得出，监测数据随时间的变化趋势比较明显，随着建筑物主体的逐渐升高，荷载不断增加，沉降量随之增大，在主体结构施工完成后，沉降曲线趋于稳定，沉降进入稳定期。

利用建筑物倾斜值计算公式：

q=(Ha-Hb)/Lab(1)

式(1)中Ha、Hb为a、b两点的累计沉降值，Lab为ab点之间的距离。根据沉降数据计算出主楼东西两侧倾斜值的结果为1.5×10-4，满足GB50007—2011《建筑地基基础设计规范》第5.3.4条的规定，高层建筑在高度大于100 m时因地基不均匀沉降引起的建筑物倾斜值应小于2.0×10-3。

3.2 预测最终沉降量

应用指数曲线模型法来预测该建筑物的最终沉降量，指数曲线模型是一种经验推导法，该方法假设地基沉降增长的速率为负指数曲线形式，公式为：

S=S∞-(S∞-Sa)e(ta-t)/ η(2)

式(2)中：S∞为最终沉降量；ta、Sa为任意时刻拟合曲线上的观测时间与沉降量；η为参照实测值求得的参数。将已知数据代入到公式(2)中，计算求得任意时刻的沉降值，为了验证预测沉降值的准确性，选用最近监测的沉降数据进行预测，将预测的沉降值与最后一次实测沉降量进行比较，差值在很小的范围内，说明预测值基本准确，建筑物沉降趋于稳定。

4 结语

高层建筑物的沉降监测难以借鉴以往的经验，也很难从理论上找到定量分析和预测的方法，因此，现场监测显得尤为重要。本文通过实例介绍了沉降监测的整个过程，并对监测数据进行了详细的分析，总结了沉降变化的规律，最终得出以下两点结论：

(1)高层建筑的沉降具有明显的阶段性，与施工荷载和时间呈正相关。应用指数曲线模型可以预测最终沉降量，通过与最后一次观测的沉降值相比较，该模型预测的最终沉降量比较准确。

(2)通过对高层建筑物沉降变化规律的分析，对选择最佳基础方案具有指导意义。