沉降观测技术在装配式高层建筑施工中的应用研究

摘要：为实现对建筑施工中沉降的高精度观测，引进沉降观测技术，以某装配式建筑为例，对高层建筑在施工中的沉降观测方法展开设计。建立装配式高层建筑施工观测中的GPS控制网；结合施工现场具体需求，应至少设置4个水准基点，水准基点的布置采用闭合环状方式设计；观测点点位需要拟建在建筑物上，例如建筑物的四角；设计建筑施工中观测精度与周期，按照规范进行观测成果数据的处理，并通过对建筑沉降量的计算，完成观测方法的研究。设计实例应用实验，实验结果证明：本文设计的方法不仅可以实现对建筑沉降的观测，还可以将观测结果偏差控制在一个相对较小的范围内，从而提高观测结果的可靠性与真实性。

关键词：沉降观测技术；GPS控制网；应用；施工；高层建筑；装配式

中图分类号：TU196.2""" 文献标识码：A"" 文章编号：

Research on the Application of Settlement Observation Technology in Prefabricated High-Rise Building Construction

Abstract：In order to realize the high precision observation of settlement in during construction， the settlement observation technology is introduced，taking a prefabricated building as an example， the settlement observation method of high-rise building in construction is designed.Establish GPS control network in the construction observation of prefabricated high-rise buildings，and according to the specific requirements of the construction site，at least four level points should be set， and the layout of the base points should be designed in a closed ring way，and the observation points need to be built on the building，such as the four corners of the building，and design the observation accuracy and period in the building construction，process the observation result data，and the observation method shall be completed through the calculation of the building settlement.Design examples and application experiment， the experimental results prove that the design method can not only realize the observation of building settlement，but also control the deviation of the observation results in a relatively small range，so as to improve the reliability and authenticity of the observation results.

Keywords：settlement observation technology;GPS control network;application;construction;high-rise building; prefabricated

0 引言

目前，为满足受众的需求，装配式建筑的层数越来越高，此类建筑在施工过程中，会受到主观、客观等因素的影响，出现不同程度的建筑结构沉降，当建筑沉降超出了预设范围后，建筑主体结构的安全性与可靠性将受到一定程度的影响[1]。为保证装配式高层建筑在施工中的稳定性，全面提升工程质量，需要根据工程施工的实际需求，对其进行沉降观测，即在施工中运用变形观测技术，强化对施工过程的监测，可以有效地避免由于不均匀沉降而引起的建筑物主要结构的损坏，从而减少施工中事故的发生[2]。沉降观测具有重要的应用价值，即对各类建筑、地质结构进行稳定检测，并能及时发现建筑中的异常沉降与变形，从而根据工程需求，提出对应的解决对策以实现对建筑沉降、变形的控制[3]。为落实此项工作，施工单位加大了对此类建筑施工观测的投入，并提出可能造成建筑沉降的原因。第一，工程地质条件的变化，包括工程地质条件、水文地质条件、土体物理特性的变化等[4]；第二，建筑物本身的荷载能力、结构形式、高度、因振动而产生变形等；第三，由于工程勘察不足、设计不合理、施工方法不合理、施工机械操作不规范等造成的工程变形。针对以上问题，本文旨在通过此次设计，实现对施工中沉降风险的控制，并根据相关的工程理论，为预测变形提供准确的技术支持。

1 工程概况

为确保相关工作达到预期效果，在设计沉降观测方法前，对本文此次研究的试点工程基本情况展开分析[5]，详见表1。

为确保监测的结果具有真实性与可靠性，在进行观测前，需要对该建筑工程项目所在地的地质环境与水文地质条件进行分析。经过现场技术人员的勘察与取样调研，发现该建筑所在地的沿线地表水水位及流量与大气降水强度密切相关。项目所在区域的岩石以花岗岩为主，质量较差，针片状情况严重，无法满足作为装配式高层建筑施工的质量要求。

项目选址于贵州省贵阳市西侧，出露地层为中生界侏罗纪、百平纪及新生界第四纪。西部为新中国古代纪龙泉山褶断断裂带，北部为合兴环形构造带，其褶皱结构较为致密，断裂以顺向逆冲为主；中部为绵阳环形构造带，由一系列缓慢的、近东西向的褶皱带构成，整体是一条由1°～3°构成的缓性单斜坡。

综合上述分析可知，该建筑项目所在地的地质环境相对较差，在施工中易出现建筑沉降现象，因此，有必要根据工程的实际需求，设计针对此建筑的沉降观测。

2 装配式高层建筑施工中的沉降观测

2.1 建立装配式高层建筑施工观测中的GPS控制网

掌握该工程项目的基本情况后，建立装配式高层建筑施工中的GPS控制网，设计建筑施工现场观测。为确保相关工作的实施达到预期，按照表2进行现场观测仪器设备的选型[6]。

完成仪器设备的选型后，为实现对高层建筑施工中的沉降的持续跟踪观测，GPS控制网的上空尽量保持空旷，卫星高度控制在10°～15°，在测站的上方排除任何障碍物对其的干扰[7]。为便于观察工作，在选取测站时，应尽量选取一些交通方便、上点容易的区域。为使GPS控制网中邻近几个点具有较高的相对精度，通常会在同一网络中同时进行多个点的同时观测，通过此种方式，直接得到点位之间的观测基线，使GPS控制网络中的邻近点具有更高的相对精度。

在此基础上，有选择地布置一些框架网，将框架网当作整个GPS控制网络的骨架[8]。注意控制网中最小异步环的边数目不能超过6条，通过此种方式，实现装配式高层建筑施工观测中的GPS控制网的构建。

2.2 布置沉降观测水准基点与观测点

设计沉降观测的水准基点与观测点时，应明确水准基点是工程开始观测的控制点，此点可以为以后的测量工作提供起算资料[9]。应至少设置4个水准基点。水准基点应埋设在不受建筑物沉降影响的区域内，以便于对点位的保存。如果在现场设置的水准基点与建筑物较远，可根据实际情况，设置现场工作基点，并采用浅埋式布置方式[10]。水准基点属于首级高程控制网，整体采用闭合环状方式设计，为了确保初始资料的准确性，需要对其高度值进行周期性检查。所有水准基点之间的距离，可以参照建筑物沉降观测路线长度设定。在此基础上，根据二级观测标准，设定观测点允许中误差，对其允许中误差进行计算，计算公式如下：

式（1）中：为观测点允许中误差，mm；为观测点权值；为路线长度，m。在此基础上，进行施工观测点的设置，根据观测需求，点位需要拟建在建筑物上，包括建筑物的四角、拐角等[11]，详见图1。

2.3 设计建筑施工中观测精度与周期

设计建筑施工中观测精度时，先设定装配式建筑的整体倾斜度为，其计算公式如下[12]：

式（2）中：为装配式建筑的整体倾斜度，为点1的倾斜度，为点2的倾斜度，（°）；为点1与点2的水平距离，m。参照建筑质量控制标准，明确的允许值在0.002°～0.003°之间，将其作为依据，对建筑施工中点1与点2沉降允许差值进行计算，其计算公式如下：

式（3）中：为点1与点2沉降允许差值，mm。完成允许差值的计算后，根据观测时的中误差原则，设定的允许范围在1/20 ～1/10 。通过此种方式，确定建筑施工高程沉降中误差，从而确定建筑工程项目在施工中的沉降观测精度[13]。

应明确在观测过程中，当基准点与观测点等参照性点位的布置完成后，需要在现场进行建筑沉降的首次观测，通常情况下，记录首次观测的沉降值为0 mm[14]。在后续的观测中，根据工程的施工进度，设定1层～5层进行一次观测；6层～10层进行一次观测，以此类推。当建筑施工中遇到冬季阶段，出现中途施工中断的现象时，需要在建筑停工期间，每间隔2个月～3个月进行一次现场沉降观测。当工程继续施工后，需要在施工当日在现场进行一次观测。

当建筑物完成封顶施工后，需要每间隔3个月观测一次。第二年，需要每间隔6个月观测一次。第三年后，只需要间隔一年观测一次即可，按照此频率进行持续观测，当观测点的沉降速率达到一定标准后，完成观测。

2.4 观测数据处理与沉降量计算

观测中，仪器设备必须固定，从而降低外业采集数据的偏差[15]。每个测站的观测步骤都要严格遵守标准的规定，在观测过程中，应尽量避免强烈的光线照射，待成像清晰稳定后再进行读取。在调研人员收集到的资料中，有关的计算和检验均应在现场进行，同时，要做到边记录、边计算、边检查。通过上述方式，进行观测数据的成果整理，在此基础上，计算观测过程中的基本参数，计算公式如下：

式（4）～式（5）中：为当次（本次）观测建筑的沉降量，为本次观测的建筑高程值，为上次观测的建筑高程值，为建筑总沉降量，为首次观测建筑的高程值，mm。安排技术人员，负责每次计算与统计数据的记录，以实现对观测中成果数据的处理与沉降量的计算，完成沉降观测技术在设计中的应用。

3 工程实例分析

为实现对本文方法在实际应用中效果的检验，以该装配式高层建筑为例，设计实例应用实验，对该方法展开测试。

实验过程中，按照本文设计的方法，建立装配式高层建筑施工中的GPS控制网，布置沉降观测水准基点与观测点，设计建筑施工中观测精度与周期，并进行监测数据的统计与整理。在此过程中，记录建筑沉降观测过程中的相关数值，根据观测需求，统计建筑沉降观测手簿、单次沉降量、累计沉降量等参数。

本次观测共选择了4个观测点，按照规范在建筑施工过程进行沉降观测。将4个观测点表示为C-01～C-04。参照《建筑变形测量规范》可知，在进行建筑沉降观测时，当观测的最后100 d，建筑总沉降速度可以满足lt;0.04 mm/d的需求，说明建筑主体沉降已经进入稳定阶段。根据此标准记录使用本文设计方法沉降观测的结果，统计结果见表3。

从表3可以看出，C-01的沉降量最小，C-03的沉降量最大。综合分析可知，使用本文设计的方法可以实现对高层建筑施工进行沉降观测，观测数据的变化符合一般沉降规律。

为进一步检验本文方法的可行性，在观测过程中，使用2.1中的全站仪、经纬仪、铅垂仪等，在对应的观测时间内进行建筑施工沉降的人工测量，以人工测量结果为参照，将其与本文方法的观测结果进行比对，将比对后两者的误差作为检验本文设计方法实际应用效果的关键指标，统计实验结果，如图2所示。

从图2可以看出，C-01～C-04的沉降观测误差随着天数的增加而呈现增加趋势，但在建筑沉降稳定后，C-01～C-04的沉降观测误差lt;1 mm。因此，在完成上述实验后，得到以下的结论：本文此次研究引进的沉降观测技术在实际应用中的效果良好，应用此项技术进行装配式高层建筑施工观测，观测结果与人工实测结果的偏差较小。说明本文设计的方法不仅可以实现对建筑沉降的观测，还可以将观测结果偏差控制在一个相对较小的范围内，以此种方式，可提高观测结果的可靠性与真实性。

4 结语

开发装配式建筑是我国建筑行业未来的主要发展方向，相比传统的砖混结构建筑，装配式具有轻量化、环保化等优势。为推进装配式建筑的发展，本次开展沉降观测技术在装配式高层建筑施工中的应用研究，通过建立观测GPS控制网、布置沉降观测水准基点与观测点、设计观测精度与周期等方式完成沉降观测技术的优化应用，并应用实例证明所提技术的先进性。实例分析结果表明，应用该技术后，其沉降观测误差均＜1 mm，应用效果较好，具有更大的应用价值。通过此次设计，对提高装配式结构建筑施工质量具有重要意义。

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