高层建筑工程沉降观测技术的应用分析

2021-04-12朱扬扬刘可涛

智能城市 2021年11期

朱扬扬马赶刘可涛

（青岛市海陆地理信息集成与应用工程研究中心，山东青岛 266000）

随着我国城市化建设步伐不断加快，高层建筑的数量逐渐增加，带来了较多问题，建筑物沉降是较为常见的问题。建筑物沉降不均匀影响了施工进度与质量，施工过程中随着地上载荷的增加，地基压缩形变，地基结构受到破坏。为了避免出现以上问题，需要在建筑工程开工前做好地基承载能力数据的建模工作，并在建筑工程的施工中或施工后，观测沉降量，及时发现工程中问题，做好补救措施，避免影响后续建筑工程施工。

1 高层建筑物的沉降观测

1.1 产生沉降的原因

软弱地基的存在导致建筑物产生沉降，软弱地基具有高压缩性的特点，土壤比较松散，易发生塌陷，软弱地基的承载能力比正常地基弱，易引起沉降现象发生。

高层建筑物的重量超出地基承受能力的范围，高层建筑在施工前，已做好相关地质勘察、地基承载力的分析，若在实际施工的过程中，出现地基承载能力超负荷或邻近承载负荷极限的情况时，施工团队应及时修复承载负荷情况，确保建筑物的承受重量在地基的承载能力范围内，方可继续进行施工。

1.2 沉降观测的目的

随着建筑业的快速发展，建筑物在施工的过程中，地基的承载压力越来越大，导致地基和地基周围的环境发生变化，不同建筑物间载荷压力相互叠加，严重影响建筑物在施工期间的安全。工作人员在施工期间应重视建筑物的沉降观测，沉降观测可预防不正常沉降、不均匀沉降对建筑物整体结构的影响。

1.3 高层建筑物沉降观测的重点

（1）合理评估施工现场的环境。

①施工单位在选址前进行现场勘测，全面了解现场地块的历史资料及地层资料，分析第四系埋深，整理现场周边地质破碎带情况。

②高层建筑物在进行施工前，地勘、评估人员需要使用科学方法对施工环境进行检测及评估，根据检测和评估的结果选择地基施工方式，根据施工方式调整建筑设计，确保符合地基承重能力。

（2）高层建筑物的测点布设。

高层建筑物测点布设应充分考虑建筑设计的承重载荷分布，依据其分布情况合理布设测点，测点点位布设应均匀分布在建筑物周围。同时考虑建筑承重受力分布情况，将点位布设在易发生沉降的位置，特殊位置应布设差异沉降监测点，重点关注建筑物差异沉降情况，观测过程应严格按照规范采取“三固定”原则。

（3）发现问题、及时处理。

建筑物施工过程中，对均匀沉降要求较为宽泛，如果不均匀沉降达到一定限度，会引起建筑物的楼面倾斜、墙体开裂、主体破坏等情况。因此，应重视沉降监测，通过科学合理的点位布设及观测方法，及时对不均匀沉降现象提出预警，并采取补救措施，确保工程的质量。

2 高层建筑沉降观测步骤

2.1 基准点布设、监测点布设

高层建筑沉降观测基准点的布设，应充分考虑建筑物的实际情况及周边环境，点位的布设应设置在变形区外不易发生形变或被破坏的区域。点位布设应向下连接至基岩，点位间的距离应适中，不互相影响又便于相互联测检核。高层建筑工程在施工中常遇到建筑结构面发生变化的情况，因此，加强与设计单位及施工单位的沟通较为重要。在布设降点位过程中，应重视基坑开挖或回填等过程，避免监测点位被破坏或无法施测等情况发生。

2.2 基准点联测

根据相关规范要求，遵循经济适用原则，与待测建筑的距离应大于该建筑基础最大深度的2倍范围以外。布设3个以上高程基准点，1个基准点作为项目的高程起算点，利用二等水准联测各高程基准点，形成闭合环，建立独立的高程控制网。基准点稳定后（一般情况不少于7 d），可进行基准点的联测工作，初次水准联测不少于两次独立观测，满足闭合差要求后，通过数据平差，确定基准点高程值。

2.3 “三固定”方式沉降观测

应在点位确定牢固后开展沉降点位的观测工作，监测工作需在符合技术要求的前提下，做好仪器选取、人员安排、测量路线计划工作，依据观测精度要求确定观测方式，严格按照相关作业规范要求进行操作。在测量过程中应重视固定仪器、固定人员、固定观测路线等，确保满足监测要求。

2.4 数据平差及稳定性分析

测量结束后需参考国家二等水准测量技术要求，使用处理软件进行数据平差，计算往返测高差不符值、每公里高差偶然中误差、附和路线或环线闭合差、基准点高程。首期基准点测量和每期复测后，应进行数据处理，获得各期基准点的高程。沉降观测时，应根据测量结果对基准点的稳定性进行检验分析。基准点复测周期应根据所在位置的稳定性情况进行确定，在建筑物施工过程中，每2个月复测1次，施工结束后应每季度或每半年复测1次。

2.5 汇总统计数据

沉降观测工作是一项周期性、时效性的工作，时间跨度较大，每次观测成果的时效性较强。在沉降量计算及报告整理中，应严格按照实际的记录情况，及时统计单次、累计变化结果，对比均匀、不均匀沉降的测量限差，接近限差要求时，应及时提出预警，启动应急预案。同时，对监测数据辅以荷载变化和时间数据，进行统筹分析，确定统计数据的直观可分析性。

3 高层建筑工程沉降观测技术应用的案例分析

3.1 工程简介

工程为高层住宅小区，以1栋楼为主，层高为32层，建筑物长43 m，宽19 m，楼体为全剪力墙结构。

3.2 沉降观测实践

（1）设置基准点和观测点。

为了保证监测结果基准统一，在变形区以外应设置3个基准点、1个工作基点，建立变形观测控制网，通过基准点联测确定其稳定情况。基准点的埋设应采用植筋胶植入建筑承重柱侧面，共设置6个沉降观测点。

（2）制定基准点及建筑物观测周期。

在楼栋建筑过程中，观测周期为层数每加高2层观测一次，主体完工后每季度一次，从第二年开始每半年一次，直至沉降趋于稳定。观测限差需要符合《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）文件内容的标准。基准点复测周期为建筑物施工过程中2个月复测1次，施工结束后每半年复测1次。基准点联测高程差值小于0.6 mm，该基准点稳定，可直接使用原高程成果；若大于0.6 mm，基准点不稳定，无法满足监测的需要，应使用新成果。

针对被破坏的基准点，应及时进行同精度恢复，已不具备恢复条件时，需结合现场实际情况进行重新布设，提供中间成果，在定期完成基准点联测后，提供统一平差成果。

（3）观测技术和观测要求。

监测工作需使用同一设备进行测量；往返观测应固定一个观测路线；观测工作不应在恶劣情况下进行；观测的仪器应远离存在振动影响的设备；观测过程中需详细记录观测数据，严禁涂改观测记录。

（4）资料的分析和整理。

观测工作开展时，应同时记录建筑载荷情况、观测时间、天气等相关信息，观测工作结束后，统一平差，计算各监测点的高程值。与往期数据进行比对，计算单次、累计沉降量，对比限差要求，生成沉降曲线图，完成相关成果的整理及报告提交，达到预警值并确保监测数据无误后，启动预警。100 d的变化速率为0.01～0.04 mm/d，连续两次半年沉降量≤2 mm时，该建筑物已进入稳定阶段。

3.3 观测结果不合理的原因分析

外业数据采集工作结束后，数据整理过程中易出现一些观测数据异常波动情况发生。

（1）观测值的数据突变。

①建筑物发生下沉、上升情况，应确保基准点、工作基点的准确性，避免破坏基准点、工作基点。

②建筑物中某个监测点高程值发生突变，应先检查监测点的完整情况，通过检核邻近监测点高差，确定观测成果准确性，检查无误后，依据突变大小进行相应处理。

（2）曲线表现为阶梯状或者是波动起伏状。

在正常的情况下，沉降观测出现的波动值幅度较小，且与观测方式有关，在测量中误差附近波动，属于正常现象。高层建筑施工过程中，由于地上负载增加，地基及各层建筑受到的垂直压力不断变化，数据会表现为阶梯状波动，但整体沉降趋势较为明显，具有典型的阶梯状特性。工作人员应合理设置观测方式方法，确保波动起伏情况不掩盖阶梯状变化特性，通过提高作业人员的作业质量、观测精度，可提升监测水平，需要统筹考虑经济等各项因素，科学设置观测方式方法，合理配置人员设备，确保监测工作的完整性、有效性。