高层建筑施工沉降观测技术

摘 要：目前,在我国的建筑物中,高层建筑占据的比例是越来越大.楼层不断增高、荷重不断增大增强,建筑物的沉降量也必然会不断地增加.高层建筑物的沉降观测就显得越来越必要和重要.文章阐述了高层建筑施工沉降观测的必要性,详细分析了引起高层建筑物沉降的主要原因,并提出对沉降观测的质量控制措施.

关 键 词：高层建筑；施工；沉降观测

近年来,随着我国经济建设的加快推进,带来了建筑行业的蓬勃发展.高层建筑由于可以更好地利用空间和增加更多的建筑面积,在一定范围内可以较好地解决我国目前建筑用地紧张的局面,从而导致我国目前的高层建筑越来越多.高层建筑物在建筑期及其运营过程中,都会产生形变.这种形变超过一定限度,就会影响建筑物的正常使用,严重时还会危及建筑物的安全.因此,在建筑物的施工与运营期间,必须对其进行监视观测.建筑物的沉降观测是建筑物在施工和使用阶段经常进行的一项重要观测内容,其主要职责在于监测建筑物是否有不均匀沉降,其不均匀沉降的速度是多少,是否影响到建筑物的安全等,目的是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,杜绝造成巨大的经济损失.

一、建筑物沉降观测的必要性

建筑物的沉降观测,是指测定建筑物上一些点的高程随时间而变化的工作叫沉降观测,也就是说,用水准测量的方法,周期性测量布设在建筑物上的沉降观测点相对于水准基准点之间的高差随着时间的变化量,即沉降量,以便了解建筑物的上升或下降情况.

在进行高层建筑施工的实际过程中,普遍使用沉降观测技术,并不断加强对高层建筑的各个阶段的沉降观测技术的使用.高效及时的沉降观测不仅能为今后的建筑工程项目施工提供准确可靠的技术指数和相关参数,而且能为设计部门提供详尽的地质勘测资料,为杜绝以后施工过程中可能发生的建筑主体结构损坏或者出现裂缝等质量问题提供了重要保证,同时还可以使得建筑项目的安全性与使用年限符合国家相关检验标准.

为能保证高层建筑物结构的安全,确保建筑物的正常使用,加强高层建筑物各个阶段的沉降观测是非常必要的,应引起高层建筑设计者的高度重视.特别在高层建筑施工期间,不仅要对各阶段沉降点进行周密的观测,而且还要通过专业技术人员对各项观测数据进行严密的分析和研究,找出项目所在地的高层建筑发生沉降的原因,并针对原因及时制定有效合理的控制措施,从而提升整个建筑工程项目的施工建设质量和确保今后在使用过程中高层建筑的使用安全性和稳定性.

二、引起高层建筑物沉降的原因

(一)地基土不均匀

每个地区的地质情况是不尽相同的.在地基土的成分相对比较复杂的地方,通常会由多种材料构成.对此,一般的设计中,对这类问题常作一定的简化、检测定处理,由此求出地基土的压缩模量及其密实度等数据.这样,在设计阶段计算出来的结果与实际情况是有一定误差的.这是导致高层建筑不均匀沉降现象发生的重要原因之一.

(二)地基处理上选取的方法不当

对于建筑的不同地基要采取不同的处理方法,并且在实际施工中还要对不同情况及要求进行不同的处理.每个地区的地质条件有很大的差异,外加其它因素,最终所选取的进行地基处理的方法应是科学合理的.处置的方法不当会导致沉降的发生.

(三)建筑施工过程中产生的变形

在工程的前期勘测阶段,如果地质勘探的工作不够细致,忽视了影响沉降的主要问题和不良的地质现象等,加上施工过程中没有对问题进行妥善的处理,也会造成高层建筑的沉降.另外,如果在施工过程中不严格按规范施工,同样会导致这些高层建筑物在后期可能发生沉降.

(四)建筑施工完成后在使用过程中出现的变形

比如说在建筑物附近临时有大量堆载,也会造成建筑体的局部下沉；或者是地下水管发生大量漏水,从而引起建筑地基的局部下沉.另外,还会存在相邻建筑之间的相互影响而产生的下沉.

(五)设计和计算误差导致的变形

在高层建筑的设计阶段,如果沉降经验系数存在取值不合理,或者是计算方法的选取不恰当,是导致出现变形的原因.现实中设计者往往会对一部分数据进行精确的计算,同时也会对一些结果进行估算,这些也会产生一定的计算误差,最终可能出现建筑基础沉降的问题,造成不良的变形后果.

(六)其他因素引起的变形

由于基础的地质构造不均匀,季节性和周期性的温度和地下水的变化以及受风力引起的摆动等,也会产生的建筑物的变形..

三、高层建筑物沉降观测的质量控制

观测前熟悉设计图纸,及时到实地踏勘,全面了解现场情况,并对施工现场规划部门所提供高程控制点进行查看和检核.然后制定沉降观测方案,进行人员分工,并对所需使用的仪器进行检验,准备好测量所需要的辅助工具和材料.要求：所有仪器、设备都应有有效的鉴定证书.仪器在日常使用过程中,定期对其进行检查、保养,并做好记录.

（1）仪器设备.沉降观测要求测量数据必须具有较高的精确度,只有这样才能在不断加荷下对建筑物的沉降情况进行精准的判断.通常规定其测量误差范围必须低于变形值的1/10～1/20.因此应使用S1或S05级的精密水准仪及高精度铟合金水准尺进行测量.如果在没有铟合金水准尺而只有一般塔尺的情况下,在测量过程中要使用第一段标尺.

（2）人员准备.所有参与测量的人员首先必须接受测量专业学习和技能培训,熟练掌握测量仪器的操作规程,熟悉测量理论知识.其次,对实测过程中出现的问题能够分析原因,并能正确运用误差理论进行平差计算,保证做到按时、快速、精确地完成每次观测任务.

（3）沉降观测精度.对于观测精度,不同的建筑物有不同的要求.一般情况下,在按照设计图纸所进行的高层建筑物施工过程中,通常按普通的二等水准测量规范要求进行沉降观测.（二）工作基点和观测点标志的布设

工作基点（以下简称基点）是沉降观测的基准点,应根据工程的沉降施测方案和布网原则的要求建立,而沉降施测方案应根据工程的布局特点、现场的环境条件制定.依据工作经验,一般高层建筑物周围要布设三个基点,且与建筑物相距50～100m间的范围为宜.基点可利用已有的、稳定性好的埋石点和墙脚水准点,也可以在该区域内基础稳定、修建时间长的建筑物上设置墙脚水准点.若区域内不具备上述条件,则可按相应要求,选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设基点.所布设的基点,在未确定其稳定性前,严禁使用.因此,每次都要测定基点间的高差,以判定它们之间是否相对稳定,并且基点要定期与远离建筑物的高等级水准点联测,以校核其本身的稳定性.沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件等因素综合考虑,布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点.一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧.埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠,使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图,以确定沉降观测点的位置.在工作点与沉降观测点之间要建立固定的观测路线,并在架设仪器站点与转点处做好标记桩,保证各次观测均沿统一路线.

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设置稳固后及时进行.一般高层建筑物有一或多层地下结构,首次观测应自基础开始,在基础的纵横轴线上（基础边）按设计好的位置埋设沉降观测点（临时的）,待临时观测点稳固好后,进行首次观测.首次观测的沉降观测点高程值是以后各次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,临时观测点移到上一层并进行观测直到+0.00,再按规定埋设永久观测点（为便于观测可将永久观测点设于+500mm）.然后每施工一层就复测一次,直至竣工.

（1）根据各观测周期平差计算的沉降量,列统计表,进行汇总.

（2）绘制各观测点的下沉曲线.首先建立下沉曲线坐标,横坐标为时间坐标,纵坐标上半部为荷载值,下半部为各沉降观测周期的沉降量.将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量标于坐标中,并将相应的荷载值也画于坐标中,所有测点进行连线,就得到对应于荷载值的沉降曲线.

（3）根据沉降量统计表和沉降曲线图,我们可以预测建筑物的沉降趋势,并将建筑物的沉降情况及时地反馈到有关管理部门,用以正确地指导施工.特别是处在沉陷性较大地基上的重要建筑物,对其进行不均匀沉降的观测就显得更为重要.利用沉降曲线还可计算出因地基不均匀沉降引起的建筑物倾斜度：q等于∣△cm-△∣/Lmn,△Cm,△Cn分别为m,n点的总沉降量,Lmn为m,n点的距离.对沉降观测的成果分析,我们还可以找出同一地区类似结构形式的建筑物影响其沉降的主要因素,指导施工单位编好施工组织设计,对正确指导施工大有裨益,同样也为勘察设计单位提供宝贵的第一手地基基础资料.

高层建筑沉降观测中需要注意的事项包括有：（1）严格按照国家测量规范的要求进行施测；（2）尽量用同一水平尺进行前后视观测；（3）严格按照固定的观测路线进行每次的沉降观测；（4）沉降观测时要避免阳光直接照射,各观测环境条件保持基本一致；（5）读数时确保成像清晰及其稳定性；（6）观测以及检核计算同步进行；（7）遇上雨季气候时要前后联测,并检查水准点的标高是否发生改变；（8）各次所观测的沉降情况,应及时报告给相关管理部门.当高层建筑物每天（24小时）连续沉降量超过0.1cm时,应该停止施工,并与相关管理部门制定相应的解决措施.

结束语

总之,建筑物的沉降观测耗时长、要求精度高,是一项艰巨而又细致的基础性工作.这就要求我们认真分析每项工程的自身特点,全面细致地制定既能满足工程需要又经济实用的观测方案.同时还要认真做好每一项观测工作,仔细分析观测数据、及时提供观测结果,为确保建筑物的安全以及提升建筑施工管理水平,并创建出优质、精品工程提供重要的沉降预测资料.