高层建筑沉降监测与数据处理分析

林晓枝

(福建工程学院，福建福州 350108)

0 引言

随着建筑业的飞速发展，高层及超高层建筑物越来越多，为了避免因建筑物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，造成巨大的经济损失。为此，在高层建筑物施工过程中，应加强沉降观测过程的监控，及时掌握建筑工程沉降程度及沉降趋势，并科学分析、处理沉降观测结果，为勘察、设计、施工等部门提供详尽的一手资料，指导合理的施工工序，保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性。本文就福州某建筑工程为例，对高层建筑沉降观测方法与数据分析予以论述。

1 建筑物沉降监测方案［1，2］

高层建筑物施工应根据工程项目的性质、结构特点、规模大小、地质条件等实际情况，研究制定科学、合理的沉降监测方案，选择测量仪器设备实施监测，准确掌握建筑物的沉降变化规律，为工程施工提供科学依据。

1.1 工程概述

该工程为一幢23层综合楼(裙房5层)，位于福州三桥以南主干道东侧、福州拓福(仓山店)南侧，占地面积2 570.5 m2，建筑面积为39 873.1 m2(地下室面积6 373.0 m2)，建筑物高度为86.40 m，采用混凝土框剪结构，桩基础，桩端持力层为第层圆砾层。设一层地下室，基坑开挖至底板垫层底的深度约为5.15 m。建筑物单柱最大轴力约为20 000 kN(估算)，相邻柱基允许沉降差为0.002L(L为柱距)，整体倾斜允许值为0.002 5。

1.2 观测基准点的布设

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。依据GB 50026-2007工程测量规范规定一般高层建筑物周围要布设三个基点，基点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方，且与建筑物相距50 m～100 m间的范围为宜［3］。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深且稳定的建筑上设置墙脚基准点。

该工程根据甲方提供的参考点在施工场区之外设立3个沉降观测基准点，基准点用 φ22 mm的钢筋混凝土制成，埋深1 200 mm～1 500 mm，以确保基准点不受冬季冻胀变形的影响。并对建筑物观测方便的位置设立不少于2个工作基点，基准点与工作基点根据现场条件设立若干个连接点。

1.3 沉降观测点的布设

沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。为了能够反映建筑物的准确沉降情况，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，且相邻点间距以15 m～30 m为宜。

根据本工程的结构、地质等条件，并结合现场工程经验，本次监测选取沉降观测点12个(沉降观测点F1～F12)，主要布置在建筑物的四周和重要的承重部位等特征位置处。具体的沉降观测点布设见图1。

1.4 沉降观测的频率要求

沉降观测的时间和频率应综合考虑工程性质、地基情况、工程进度，以及设计单位和建设单位的要求等因素，并要符合相关规范的规定。根据JGJ/T 97建筑变形测量规程规定，沉降观测频率为:“民用建筑可每加高1层～5层观测一次”，并特别强调了:“观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定”［4］。综合考虑各项因素，本工程观测周期为主体结构施工阶段每施工完2层观测一次，结构封顶后每3个月观测一次，直至稳定。出现异常时加密监测。同时，根据 GB 50007-2002建筑地基基础设计规范5.3.4条规定，本工程在沉降监测过程中相邻监测点的沉降差允许值为0.002L(L为相邻监测点的中心距离)。

图1 沉降观测点布设示意图

2 沉降监测结果的分析

2.1 绘制各点的沉降与时间关系曲线

本工程主体沉降监测时间为:2010年12月30日～2011年12月14日，历时420 d，共监测15次。根据监测结果，绘制以每次测得的累计沉降量为纵坐标，每次观测时间为横坐标的各点累计沉降和时间关系曲线，各点的具体沉降情况见图2，图3。

图2 F1～F6累计沉降与时间关系曲线

图3 F7～F12累计沉降与时间关系曲线

2.2 沉降量等值曲线

利用各点的沉降量(即绝对沉降)绘制出建筑物的等值曲线图，如图4所示。

2.3 监测结果分析

图2，图3显示，建筑从施工开始就出现了下沉现象，但下沉速度不是很快，下沉量比较小。而第6次监测(87 d)开始至第14次监测(320 d)这个阶段，建筑沉降速度明显加快，下沉量比较明显，主要原因是建筑在主体施工初期，其基础还处于一种不稳定状态，随着荷载的增加，其沉降速率较大。且可见各观测点的沉降曲线大致相同，说明大楼整体属于均匀沉降［6］。第14次监测时，主体建设全部完成，开始地面回填、内部道路施工等工作。从第14次监测(320 d)至第15次监测(420 d)建筑有小幅上升过程，其原因是这期间回填影响以及周围的降水井封闭、内部道路施工等影响。图4中等值线间隔为1 mm，图中可以直观地得到整个场地基础沉降的特征:总体沉降比较均匀，建筑沉降最大的地方分布在F6点附近，最小沉降分布在F7点附近，平面上最大极差为8 mm，表明整栋大楼变形均匀，整体稳定性较好。

图4 各监测点沉降量等值曲线图

通过监测数据可知，本工程最大累计沉降为F6点，累计沉降为12.5 mm;最大相邻柱基沉降差为7.9 mm，位于F6～F7点之间。根据GB 50026-2007工程测量规范，建筑物的整体倾斜率按差异沉降推算，推算出最大倾斜率为0.000 33。各沉降监测点累计沉降差及倾斜率均未超过允许值，满足本工程沉降差允许值为0.002L(L为相邻监测点的中心距离)和整体倾斜率允许值0.002 5的要求。从整体上看，时间—沉降关系曲线图正确实时地反映了该建筑物的沉降过程。

3 结语

对高层建筑施工过程进行沉降监测具有极为重要的作用，其监测数据能够为设计部门提供依据。同时，也是优化设计和可靠度评价的有力手段。并且，将监测结果及时反馈给施工和管理部门，指导项目部制定科学、合理的施工方案，避免和预防因不均匀沉降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，造成巨大的经济损失。本文结合工程实例对高层建筑物沉降监测的主要内容和方法进行了介绍，希望结果具有一定的借鉴意义。

［1］武兴岩，全广军.高层建筑的沉降变形监测及数据处理分析［J］.科技信息，2011(1)：338-339.

［2］罗 亮，曾 涛.高层建筑物沉降变形监测及数据分析［J］.科技资讯，2009(27)：69-70.

［3］GB 50026-2007，工程测量规范［S］.

［4］JGJ/T 97，建筑变形测量规程［S］.

［5］GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［6］丁 宁，孙英君.高层建筑物变形监测数据处理与分析［J］.测绘科学，2011，36(5)：93-94.