中软土地区高层建筑物沉降监测及稳定性探析

李爱国 (苏州市八都建筑有限公司,江苏 苏州 215200)

1 引言

随着国内经济快速发展，城区人口基数迅速增加，土地资源的稀缺性使得现阶段住宅小区的开发主要以高层住宅为主，容积率普遍大于2.0。高层建筑如春笋般迅速建成，但是随着高层建筑物的增加，也带来了一定的安全隐患，其中高层建筑物的沉降是主要关注的问题之一。高层建筑物在建造过程中，随着上部主体荷载的增加，势必会造成结构的下沉，研究发现复杂的建筑造型、不均匀的地质条件、各异的柱荷载、相邻建筑的相互作用、外力荷载及地下水位的突变等均可能会造成建筑物的沉降。因此，为了杜绝安全隐患的发生，保证高层建筑物施工期间的安全，在建筑物的施工及运营期间，对其进行周期性的沉降监测，根据基准点及监测点的监测数据分析，获得建筑物的沉降变形数据，经分析及预测后可了解建筑变形的细节，并采取相应的措施纠正建筑物变形，不仅可有效预防事故的发生，减少经济损失，确保施工的顺利进行，还可以避免建筑物产生结构使用功能的裂缝及主体结构的破坏。

2 高层建筑物的沉降监测方法

2.1 沉降变形计算模型

监测点及监测网的沉降量是监测工作的主要内容，针对监测点a的第i次沉降监测的沉降量可以表述：

第i次监测时监测网的平均沉降量：

监测点i的沉降速率：

公式（1）～（3）中，Wa为监测点a点的沉降量（mm）；Ha0及Hai分别为监测点a的第一次及第i次观测时的高程（m）；Wa’为第i次监测时检测网的平均沉降量，Wij及Wij-1分别代表第j次及第j-1次监测时i点的沉降量（mm），D为监测点i两次观测的间隔天数（d），Vi为监测点i的日沉降速率（mm/d）。

2.2 沉降监测方案设计

高层建筑物的基础土层在受到上部荷载作用下，逐步压缩，土质不同，建筑物的沉降现象也不同，一般而言，黏性土地基建筑物沉降发生在施工完成后，而砂类土地基建筑物沉降主要集中在施工期间。因此，沉降监测点的布设需综合考虑地质情况、结构形式及施工周期。在观测精度相同的条件下，施工期间的监测频率一般为1d、3d或7d，竣工之后的监测周期可设置为1～2个月，施工期间可根据荷载分布情况灵活安排监测次数，建议先将观测点选取后做固定处理并进行第一次初值监测，随后根据荷载的变化分期监测，直至沉降稳定。

沉降监测点建议采用Φ20钢筋制作成L型弯头，水平段长约6cm，垂直段长约4cm，端头可用砂轮机打磨成锥形，锥尖即为监测点，或直接购买预制监测点更为方便，监测点位置需有标牌提示，严禁随意破坏监测点，监测点大样图如图1所示。

图1 监测点大样图

3 高层建筑沉降监测技术

3.1 工程概况

项目以南通市崇川区某新建住宅小区为例，该项目有6栋11F单体组成，总建筑面积12495m2，半地下室，室外设计标高为4.95m（85高程），地下室底板标高 3.90m，III类场地，抗震等级为7度，上部结构为现浇钢筋混凝土框架结构，下部结构为钢筋混凝土筏板基础，基础持力层为粉砂层。本工程为高层住宅项目，本地区该类建筑物一般采用桩基方案，但本工程施工周期较短，且根据检测单位坑底检测报告，基础持力层粉砂层的静载荷试验结果为承载力特征值160kPa，可满足筏板基础设计要求，11F高层住宅采用天然地基的基础方案在中软土地区比较少见。

由于本工程基础方案在本地区建设项目中运用较少，因此需重视施工期间建筑物的沉降量，施工期间根据层数及荷载的增加，分阶段监控建筑物的沉降量，对于出现异常沉降点应及时采取措施，确保建筑物施工期间的安全。

3.2 监测精度及稳定性

本工程共设置3个基准点（分别为BM1、BM2及BM3），水准基点选择在稳定性好、坚固、无变形的位置，仪器采用苏州一光DSZ2+FS1自动安平水准仪和铟钢标尺（精度±0.5mm），监测期间采用二等水准测量要求进行施测。

根据施工期间沉降监测方案，在每栋建筑物的4个角点及长边中点处各布设6个沉降监测点，监测点布设高度选在距离室内地面标高上20cm位置，监测时间从2017年5月6日-2018年9月12日，历时约16个月。本文以该住宅区4#楼为例，对施工期的沉降监测成果进行分析，4号沉降监测点的布置见图2所示。

图2 4号楼沉降监测点的布置平面图

4 沉降监测成果分析

4.1 水准基点的稳定性复核

水准基点是整个项目沉降观测工作的基准，需具备较高可靠性及稳定性的要求，本工程在项目北侧共布设了3个水准基点，构成水准附合路线，2017年5月6日对水准基点进行初测，2018年2月底对水准基点进行了校验检测，对其进行稳定性分析如表1所示。

水准基点稳定性分析结果 表1

根据水准基点稳定性校验结果，本项目水准基点的两期高差插值满足《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）的限差要求，稳定性满足本工程测量要求。实际施工监测过程中，若发现水准基点稳定性及可靠性出现问题，应及时对其高程值进行修正，保证项目监测数据的准确性。

4.2 沉降变形分析

对4号楼施工期间的部分沉降监测数据进行整理，分别绘制了1#～6#监测点的沉降量及沉降速率曲线，如图3、图4所示。

图3 1#～6#沉降监测点累计沉降量图

图4 1#～6#沉降监测点沉降速率图

根据4号楼的监测成果可知，1#～6#监测点最大沉降量为23.69mm（6#监测点），最小沉降量为22.61mm（2#监测点），平均累计沉降量为22.89mm，以均匀沉降为主。施工期间，由于本工程采用了筏板基础，基础底标高位于粉砂土上，当基础施工完成后，随着上部荷载的增加，基础下主要受力土层被压缩，土颗粒间间隙减小，再加上基坑施工过程中的降水影响，土层在自重应力作用下亦有所变形，因此各监测点沉降量逐渐增大。在监测初期在自重应力及附加应力双重作用下沉降速率较大，而随着施工的进行，土层由于降水产生的自重应力引起的地基沉降逐渐稳定，此时由上部荷载引起的附加应对建筑物沉降起到主导作用，该阶段沉降继续发生，且各监测点沉降速率接近稳定。从累计沉降量的发展趋势看，随着施工的进行，累计监测时间360d左右，1#～6#监测点的沉降量开始趋于稳定，变化较小，且从沉降速率曲线看，360d后的沉降速率迅速减小且趋于平稳，说明该建筑物在大楼封顶（2018年4月3日）后约1个月内仍有沉降发生，无外部荷载增加，建筑物的沉降速率明显减小，逐步进入稳步沉降阶段，建筑物沉降大部分发生在施工阶段，而装修阶段的沉降量较小，但仍不可忽视，本项目封顶后1个月内的沉降速率为（0.0395mm/d～0.051mm/d），未 达 到《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）中规 定 的“ 沉降 速率 小 于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，仍需进行监测。

当建筑物封顶后进行内部水电安装及装修阶段时，地基沉降量也趋于平稳，监测日400d～480d期间累计沉降量为0.57 mm ～1.27mm，相比于施工期间沉降量而言较小，且该监测周期内建筑物的 沉 降 速 率 为 0.00175mm/d～0.02875mm/d，小于《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）中规定的“沉降速率小于 0.01mm/d～0.04mm/d）”的要求，可判定该建筑物处于沉降稳定阶段。

5 结语

为确保建筑物、人身及财产安全，高层建筑进行施工及运行阶段的沉降监测工作是必不可少的环节，本文主要分析了南通某住宅小区采用筏板基础的高层建筑物施工及装修期间的沉降监测工作。从监测结果可知，水准基点在监测期间始终保持较好的稳定性及准确性，建筑物各监测点的沉降差较小，未出现不均匀沉降，平均累计沉降量为22.89mm。各监测点沉降速率呈现初期增大，中期平稳，后期减小的趋势，反映出建筑物随着荷载的增加直至封顶装修期间整体沉降趋于平稳。且在封顶后约30d内的沉降量与施工期间相当，随后建筑物沉降才进入稳定发展阶段，直至满足规范的要求。通过了解该项目在施工及运行阶段的沉降数据，掌握地基土随施工荷载的变形规律，可指导建筑施工及建筑后期的维护工作。