高层建筑沉降观测数据处理与分析

程为青

(安徽建设工程勘察设计院，安徽合肥 230001)

高层建筑沉降观测数据处理与分析

程为青∗

(安徽建设工程勘察设计院，安徽合肥 230001)

从引起沉降的因素出发，参照理论并结合实例，阐述了沉降观测的数据处理与分析，以及对沉降趋势的预测方法进行探讨。

沉降观测；数据处理；预测性评估

1 概 述

随着经济的发展，高层建筑的建设将越来越多。由于各种因素的影响，建筑物在运营过程中，都会产生变形。这种变形在一定限度之内，应认为是正常现象，但如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重的还可危及建筑物的安全。根据沉降观测资料，运用数理统计方法，对建筑物的沉降进行均匀性(不均匀性)分析，探讨出建筑物变形的成因及对沉降趋势的预测方法。

2 沉降引起的因素及观测的必要性

引起建筑物沉降有内部和外部因素。其中内部因素引起的沉降有合理沉降、施工误差引起的沉降；而外部因素是基础形变、地质构造不均匀、季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的等。从大量的实测资料来看，沉降在时间－空间上与建筑过程有密切的关系，为掌握沉降的大小及规律，沉降观测具有必要性。

3 观测点的布设及观测成果稳定性分析

按设计及《建筑变形观测规范》要求，在建筑物上布设观测点，并定期观测这些点高程，从而获得各点变化量及累计量，根据《规范》，建筑物的下沉速度小于0.04 mm/d时，达到稳定阶段即可停止观测。

观测点稳定性分析:设观测点沉降为di，点位沉降中误差为mi。

(1)当｜di｜≤｜mi｜，由测量误差引起，则观测点稳定的；

(2)当｜di｜≤｜2mi｜，基本上属于测量误差引起，基本稳定；

(3)当｜di｜〉｜2mi｜，不稳定的，下沉量为di。

4 观测数据的处理及使用

某中心的主楼32层，基础为人工挖孔灌注桩，置于白垩纪泥质砂岩、泥岩中风化带上，于2006年9月开始施工，至2007年7月结构封顶，共作了9次沉降观测。计算表如表1所示。

沉降观测沉降量计算表 表1

作为施工阶段的沉降观测，观测值的大小反映了地基土的强度及其建筑物荷载情况。按照数理统计的观点，沉降量受地基强度和荷载(或称母体)制约，明显不同的地基土强度和荷载反映了不同的总体，而不同总体才是造成建筑物不均匀沉降的内在因素。我们可以运用数理分析方法对沉降值作统计分析，显然可以对成对数据进行t检验，从而判断它们之间的差异是否属于同一总体。按t分布理论，偶然误差的存在不改变所属总体的子样分布，而不同总体的子样分布必然与t分布存在显著性差异。

设成对数据的差为Xi，其总体平均值为u，如成对数据之间无异的话，则平均值X应是总体平均值u＝0的无偏估计量。即:H:u＝0

X为每对数据之差Xi的平均值，S－x是其样本标准差。

当由式(1)计算得到t〉理论值t(n－1，a)时，则拒绝假设，H:u＝0被否定，X和u有显著差异，这一推断的概率为1－a。反之，当t＜t(n－1，a)时，接受原假设，X和u＝0无显著差异。下面就某主楼沉降观测列表作数据的统计分析。

主楼2007年元月30日作第4次观测的数据 表2

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182。

所以t＜t(3，0.05)表明主楼两侧沉降值无显著差异，由此判断为均匀沉降。

主楼2007年6月25日第9次结构封顶观测数据 表3

按自由度n－1＝3、a＝0.05查t分布表，t(3，0.05)＝3.182，很明显t＜t(3，0.05)，说明主体沉降均匀。

除利用t检验，我们还可以用F检验对此例作统计分析，以便比较最后分析结果。

具体检验步骤如下:

(1)作原假设H0:a1＝a3＝a4＝a5＝a6＝a7＝a8＝a

(2)计算统计量:

全部计算用表4进行。

统计量的计算(单位/mm) 表4

5 沉降趋势预测

设自变量t为观测时间周期，则沉降量为自变量函数H，其近似函数关系式H＝f(t)。

所要求的函数H＝f(t)的n次代数多项式为:

为确定多项式的值，只要求解(1)式的系数值ai，并且使多项式(1)对给定数据(ti，Hi)与实测数据相拟合。从而得出变形规律函数H＝f(t)。

若对观测点定期进行了n次观测，可得以下n个方程式(i＜n):

由于实际观测数据不一定全部落在H＝f(t)函数曲线上，Vi不完全都等于0，则称之为误差，用Vk表示。根据n个误差方程式(2)，按最小二乘法求解系数aj，有

为最小值。进行微分并令其等于0，即:

则式(4)变为

式(6)为解算系数aj(i＋1)个方程式，将解算的系数代入式(1)，即求出预报方程H＝f(t)。

解方程组得预报方程为:

由式(7)的预测模型，预测了后3个月的情况，如表5所示。

表5

需注意的问题:

①选取曲线要与实际变化趋势相似，否则会影响拟合精度；

②用于拟合的观测数据不能太少；

③预测周期不宜过长。

6 结 论

沉降观测的方法与观测精度要求，对于反映微小变形来说，是观测方案首先要顾及的问题，否则，测量误差将掩盖这些微小变化而使观测结果不仅无用，还会得到错误结论。在这些条件下，将观测阶段的结果运用统计分析方法，结合工程特点在均匀性及沉降趋势作出预报性评估，在确保工程安全的前提下，充分挖掘桩基工程的潜力(如提高桩基承载力等)，以产生更大的经济效益和工程价值。

[1]程为青.曲线拟合在变形监测预报中曲线拟合的应用.安徽建筑，2007(2)

High－rise Building Subsidence Observation Data Processing and Analysis

Cheng WeiQing
(Anhui Geotechnical Investigation and Architectural Design Institute，Hefei 230001，China)

From the start，the subsidence caused by factors to combine theory，this article expounds the subsidence observation data processing and analysis，and the trend of subsidence prediction methods are discussed.

subsidence observation；data processing；predictive evaluation

1672－8262(2010)03－130－03

TU196.2

B

2009—11—30

程为青(1962—)，男，高级工程师，主要从事工程测量方面研究和技术管理工作。