高层建筑沉降观测方法分析探讨

关键词：高层建筑；沉降观测；观测点；精度控制；分析 

　　为了保证建构物的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计、施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建筑物沉降观测的的必要性和重要性愈加明显。结合本人在变形监测实施过程常见问题的分析处理，谈谈浅见,供大家参考。  

　　2沉降观测的国家规范要求  

　　根据国家规范，对于工业与民用建筑物、构筑物、建筑场地、地基基础、水坝等必须进行相关的变形测量，并且必须在工程设计时对变形测量就要统筹安排，施工开始即进行变形测量。 

　　变形测量有两层概念：包括垂直位移测量、水平位移测量。垂直位移测量即是通常所说的建筑物沉降观测。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑建筑施工过程中运用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息为勘察设计、施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，从而造成巨大的经济损失。 

　　根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择合理的沉降观测精度的等级尤为重要。一般没有特殊要求的情况下，一般性的高层建构物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测要求。 

　　国家规范对变形测量的等级划分及精度有如下要求：应该符合表1规定： 

　　其中沉降观测是垂直的位移测量，对于目前的超高层建筑越来越多的情况下，如何进行沉降位移测量显得尤为重要，规范对垂直方向的位移监测网也做了技术方面的要求，如表2：  

　　3.1首先必须建立沉降观测监测网，布设闭合环、结点或附合水准路线等形式。 

　　3.2沉降观测采用环形闭合法或往返闭合法进行控制。 

　　3.3根据工程的特点布局、现场的环境条件制订测量施测方案，由城市精密导线点提供的水准控制点引入，根据工程的测量施测方案和布网原则的要求建立水准控制网。 　 

　　4对沉降观测测量仪器的精度要求 　 

　　4.1所使用的仪器必须有产品合格证、定期的年检报告和检定证书。 

　　4.2智能全站仪精度要求： 

　　4.2.1智能全站仪测角精度X：X≤2″。 

　　4.2.2测距精度X：有棱镜X≤2mm+ 

　　2ppmD。 

　　4.2.3测距精度X：无棱镜X≤3mm+ 

　　2ppmD。 

　　4.3精密数字水准仪精度要求： 

　　4.3.1精密数字水准仪精度X：-0.3mm/km 

　　≤X≤+0.3mm/km（铟钢尺）用于控制点的高程引测、复验控制标高、沉降观测基准引测、沉降观降。 

　　4.3.2精密数字水准仪精度X：-0.9mm/km 

　　≤X≤+0.9mm/km（铟钢尺）用于重要部位的校核纠错、变形监测、校核。 

　　4.4 GPS接收机精度要求： 

　　4.4.1 GPS接收机精度X：静态平面X≤5mm+0.5ppmD，用于上部高层部位轴线投测的校核。 

　　4.4.2 GPS接收机精度X：动态平面X≤5mm+0.5ppmD，用于实时监测，高层重要部位的校核纠错、变形监测、校核。 

　　4.5普通水准仪精度要求X：-1.5mm/km 

　　≤X≤+1.5mm/km 

　　4.6电子经纬仪测角精度要求：X：X≤2"。 

　　4.7激光铅直仪精度要求： 

　　4.7.1激光铅直仪精度X：X≤1/200000（用于重要轴线的竖向投测）。 

　　4.7.2激光铅直仪精度X：X≤1/400000（用于一般轴线的竖向投测）。 

　　4.8所使用的相关材料及预埋件必须符合相关的规范及政府规定要求。 　 

　　5沉降观测点的布设要求 　 

　　5.1 基准点的布设 

　　5.1.1每个工程至少有3个稳固可靠的点作为基准点，目前比较重要的建筑物的沉降观测基准点一般需要点位必须立于稳固的持力层上，即中、微风化岩上，故此，通常会用钻机钻孔，达到持力层后，孔内埋于φ50的镀锌钢管，并且灌高强度砂浆，露出地面的部分根据各个城市的规定，使用统一编号的铁件并且进行标识。由于设计往往只对建筑物本身的观测点布置有所要求，而对基准点的位置没有要求，故此，基准点的埋设点必须在测量方案内体现，并且通过相关部门批准，并且注明与建筑物的距离。 

　　5.1.2保证由建筑物周围城市高程控制网引测，然后建立建筑物的二级高程控制网。 

　　5.1.3埋设点离建筑物距离以5～30m为宜。 

　　5.1.4各基准点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外。 

　　5.1.5基准点的保护措施要做好，不被碰撞。 

　　5.1.6埋好点的附图报请相关单位验收后方可使用。 

　　5.2变形观测点的布设。 

　　5.2.1布设点能够反映建筑物、构筑物变形特征和变形明显的部位。 

　　5.2.2标志应稳固、明显、结构合理，不影响建筑物、构筑物的美观和使用。 

　　5.2.3点位应避开障碍物，便于观测和长期保存。 

　　5.2.4与设计要求相一致。 

　　5.2.5建筑物四角或沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上。 

　　5.2.6裂缝或沉降或伸缩缝的两侧。 

　　5.2.7新旧建筑物或高低建筑物以及纵横墙的交接处。  

　　6沉降观测的施测方法 　 

　　6.1 建立水准控制网 

　　根据城市精密导线点、工程的测量施测方案和布网原则的要求建立水准控制网。必须保证在场区内任何地方架设仪器至少后视到两个观测点，并且场区内各观测点构成闭合图形，以便闭合检校；根据工程特点，建立合理的水准控制网，与基准点联测，平差计算出各水准点的高程。 

　　6.2 建立固定的观测路线 

　　由场区水准控制网，依据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布点图，确定沉降观测点的位置。在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处作好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。 

　　6.3沉降观测时间频率要求 

　　根据编制的工程施测方案及确定的观测周期，首次观测应在观测点稳固后及时进行。一般高层建筑物有地下结构，首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上或者基础边按设计好的位置埋设沉降临时观测点，等临时观测点稳固好，进行首次观测；首次观测的沉降观测点高程值是以后各观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2或N3级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定；随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测直到±0.00再按规定埋设永久观测点，为便于观测一般可将永久观测点设于±0.50mm。然后每施工一层3d后进行复测一次，直至竣工；对于超高层建筑塔楼每升高三层观测一次；在装饰阶段每月观测一次；整栋楼竣工后：竣工当年每三个月观测一次；竣工第二年半年观测一次；竣工第三年一年观测一次，直至沉降稳定。 

　　6.4沉降观测进需要坚持的“五定”原则 

　　6.4.1沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降测点，点位要稳定。 

　　6.4.2所有仪器、设备要固定 

　　6.4.3观测人员要固定。 

　　6.4.4观测时的环境条件基本一致。 

　　6.4.5观测路线、镜位、程序和方法要固定。 

　　以上措施在客观上能够尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。 

　　6.5观测中的注意事项 

　　6.5.1严格按测量规范的要求施测。 

　　6.5.2前后视观测最好用同一水平尺。 

　　6.5.3观测时要避免阳光直射，且各观测环境基本一致。 

　　6.5.4成像清晰、稳定时再读数。 

　　6.5.5随时观测，随时检核计算，观测时一次完成。 

　　6.5.6在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。 

　　6.5.7将各次所观测沉降情况及时反馈有关部门，当建筑物每天（24h）连续沉降量超过1mm时应停止施工，会同有关部门采取应急措施。 

　　6.6 各项观测指标要求如下 

　　6.6.1往返较差、附和或环线闭合差：△h=∑a-∑b≤1 ，n表示测站数（或△h=∑a-∑b≤1.0 ，L表示观测路线距离）。 

　　6.6.2前后视距：≤30m。 

　　6.6.3前后视距差：≤1.0m。 

　　6.6.4前后视距累积差：≤3.0m。 

　　6.6.5沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。 

　　6.6.6水准仪的精度不低于N2级别。 　 

　　7沉降观测的成果汇总分析 

　　7.1高层建筑沉降观测点相对于后视高差测定的允许偏差为±1mm，即仪器在每一测站观测完前视各点，再回视后视点，两次读数之差不得超过1mm。 

　　7.2成果整理时，首先检查手薄中的数据和计算是否正确，观测限差是否符合要求，精度是否合格。 

　　7.3将各次观测记录整理检查无误后，进行误差分配，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值，然后将观测值列入观测成果表中，计算相邻两次观测之间的沉降量，从而确定出沉观量，并且注明观测日期及荷重情况。 

　　7.4某个观测点的每周期沉降量：△cN=HI-H（I-1）,其中N表示某个观测点，I表示观测周期数（I=1,2,3……）且HN=N点的累计沉降量：△C=∑△cN。 

　　7.5为便于清楚表明沉降、时间、荷重之间的相互关系，要绘制每一观测点的时间与沉降量的关系曲线及时间与荷重的关系曲线，如图1所示：以沉降量为纵轴、时间为横轴、根据每次观测日期和每次下降量（隆起量）按比例画出各点，然后将各点连接，并且在曲线一端注明观测点号；以荷重为纵轴、时间为横轴、根据每次观测日期和每次下降量（隆起量）按比例画出各点，然后将各点连接，并且在曲线一端注明观测点号；以荷重为纵轴、时间为横轴、根据每次观测日期和每次下降量（隆起量）按比例画出各点，然后将各点连接：两种关系曲线可以画在同一图上，可以清楚的表明每个观测点在一定时间内，所受到的荷重及沉降量。 　 

　　8沉降观测遇到的问题处理措施  

　　8.1曲线在首次观测后发生回升现象：第二次观测出现回升，至第三次以后，观测曲线又逐渐下降，一般是由于初测精度不高，如果回升超过5mm，应将第一次的成果作废，若回升5mm内，第二次与第一次调整标高一致。 

　　8.2曲线在中间某点突然回升：一般是水准点或者观测点被移动所致，而且是被移高所致，才会出现回升。如果水准点被移动，则不能再用，如果是观测点，则需要另行设点。 

　　8.3曲线自某点起渐渐回升：一般是水准点下沉所致，由于水准点埋设不当，产生自然下沉，当建筑物初期时沉降量大于水准点的下沉量，曲线不会回升，当建筑物后期沉降趋于稳定，而水准点继续下沉，则曲线会渐渐回升，此时应该仔细追查原因，如果与水准点下沉有关，则要与高级水准点符合测量，确定下沉量。 

　　8.4曲线的波浪起伏现象：一般出现在观测的后期，由于初期沉降量较大，下沉值大于测量误差，但后期，下沉已经很微，测量误差在曲线上就会体现；应该根据整个情况进行分析，自某点起，将波浪线改为水平线。 

　　8.5曲线中断现象：由于沉降观测开始埋设在基础面上，在浇灌混凝土后没有埋设新点或者观测点被损毁，后来的观测点标高不一致使得曲线中断；为使曲线连接起来，可以按照估求出未做观测期间的沉降量。 　 

　　9结语 　 

　　综上所述，在高层建筑沉降观测中由于建设单位在工程开工后没有及时确定观测单位等各方面的原因，在地下室施工阶段没有进行沉降观测，或者观测中期由于观测单位不及时、现场环境阻碍等没有及时的进行相关的观测，使得观测成果不能准确的反映建筑的沉降状况，所以作为工程建设的业主一定要加强沉降观测的管理，不仅要及时的确定观测单位，而且要监督观测单位的行为，不能够流于形式。 

　　参考文献: 

　　[1] 建筑变形测量规程(JGJ/T8-97).北京：中国建筑工业出版社，1997. 

　　[2]高层建筑岩土工程勘察规范(JGJ72-2004)[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2004. 

　　[3]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.